51单片机 ESP8266模块 APP控制继电器，物联网DIY入门新手指南

题目

大家好，超子能力有限，技术不高，有什么错误的地方，欢迎批评指正。超子之前写过一篇STM32单片机配合ESP8266的WiFi模块接入阿里云生活物联网平台的DIY实验，有小伙伴问我51单片机能不能实现，答案是能。那么今天超子就给大家介绍下51单片机的实现方法。

程序设计中，我们使用的软件是Keil集成开发环境，C语言编写。如果大家想要程序源码的话，可以私信我，超子不是专业的程序员，水平不高，大家不嫌弃就行。

一说到51单片机的型号那就太多了，因为我们要使用MQTT协议对接阿里云生活物联网平台，所以对RAM空间要求比较多，一些常见的型号比如89C51，89C52，因为RAM空间太少不能用，所以我们本次DIY程序设计使用的单片机型号是STC12LE5A60S2。

ESP8266模块是通过串口AT指令控制的那种，网上有很多，价格也比较便宜，非常适合我们做DIY。

虽然我们前面使用STM32单片机做了第一个DIY设计，但是考虑到有些小伙伴，没有看过，所以超子还是说的详细一点，把每一个步骤再重新走一遍。

图1

首先进入我们自己的阿里云生活物联网平台，然后创建项目，我们就创建一个51单片机DIY项目吧，以后所有51单片机相关的DIY设计，我们都加入到这个项目内。

图2

项目建立完毕后，可以在项目列表中，看到51单片机DIY项目，旁边的第一个DIY设计项目，是上次STM32单片机DIY设计时建立的。然后我们点击51单片机DIY项目，进入项目管理界面。

图3

接下来，我们需要创建新产品。

图4

产品名称就叫51单片机插座，大家也可以起自己喜欢的名字。然后所属品类选择电工照明下的插座。节点类型选择设备，不接入网关，因为ESP8266可以连接WiFi路由器，直接具备接云的能力，所以是直连设备，不需要网关。连网方式一定要注意，虽然ESP8266是WiFi模块，但是不能选择WiFi连网，因为我们使用的是通用的，AT指令控制的ESP8266，没有在阿里云生活物联网平台认证，不兼容阿里云生活物联网平台APP的配网协议，如果我们选择WiFi方式的话，配网过不去，程序设计就无法进行了。所以我们取个巧，使用蜂窝连接方式，跳过阿里云生活物联网平台APP的配网，我们可以用ESP8266模块自己的APP配网或是直接把WiFi的SSID以及密码写在程序里。然后数据格式选择JSON，不适用ID2认证，最后点击完成就行了。

图5

产品建立完成后，我们要先进行第1步的功能定义的设置，我们选择的是电工照明分类下的插座，所以阿里云生活物联网平台自动帮我们添加了电源开关的功能属性。所以这一步我们不需要做什么额外的设置，直接点击下一步：设备调试。

图6

我们新建设备的时候，为了跳过配网协议，所以故意选择了蜂窝的连接方式，所以我们随便选一个通过认证的模组就行，选哪个型号都不会影响我们的DIY设计。

图7

选好模组后，我们点击新增测试设备，每个产品下可以添加最多50个免费的测试设备，我们做DIY程序设计，50个足够我们用了。

图8

新增测试设备时，我们要输入设备名称，就叫D001吧，超子喜欢用这种编号命名设备，大家可以根据喜好自己设置设备名称，然后点击确定就行。

图9

然后会弹出激活凭证，也就是三元组信息，这个是登录阿里云生活物联网平台的认证信息，稍后我们修改51单片机C语言程序时要用到这些重要信息。然后我们点击下一步：人机交互。

图10

和使用STM32单片机做DIY设计时一样，我们使用阿里云生活物联网平台的公版APP，也就是云智能APP。我们打开上图中红圈所示的开关。

图11

然后我们点击未设置，选择一个界面。

图12

自己喜欢哪个，选一个就行，然后点击确认。

图13

然后页面下方，我们要配置APP功能，同STM32单片机DIY时一样，我们主要设置多语言管理，填写品牌名称，设备名称，产品编号等等，大家根据喜好自己填一个就。最下方我们看到了天猫精灵，插座是天猫精灵支持的品类，所以可以直接绑定天猫精灵的账号，用天猫精灵控制开关，非常方便。然后我们点击下一步：批量投产。

图14

我们勾选上充分了解的对勾，然后点击开发完成，到此我们整个项目的配置就算完成了，就下来我们要修改51单片机的程序了。

图15

首先看esp8266.c源文件，wifi_mode变量用于设置使用哪种方式进行配网，大家根据注释自行选择就行，如果选择0的话，SSID和密码要在esp8266.h头文件中设置。

图16

然后我们需要修改mqtt.h头文件中的6个字符串，最麻烦的就是第3个，也就是MQTT协议中CONNECT报文中的包含的密码信息。我们一个一个来，讲一下怎么修改。

我们先看第6个需要修改的字符串，服务器的域名，格式如下所示：

*.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com

我们把*号替换成我们自己设备的ProductKey，这个ProductKey就是我们新建设备时弹出的3元组信息，图9所示，以我新建的设备作为例子，我们修改一下，最终结果如下：

a1jWDQfzbVB.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com

然后看第4和第5个字符串， 都是Topic主题，第4个set是用来接收控制开关命令推送的Topic，我们需要订阅它，第5个post是用来往服务器上传数据的，这次的实验post不是关键点。那么这两个Topic再那找呢？看下图。

图17

测试设备点击红圈圈中的查看。

图18

然后在Topic列表下，可以看到post和set，根据自己设备的实际内容，修改程序中第4和第5个字符串即可。

接下来看第1个字符串，也就是MQTT协议中CONNECT报文中包含的客户端ID信息，格式如下：

*|securemode=3,signmethod=hmacsha1|

其中*号是设备名称，以我的设备为例，修改一下，结果如下：

D001|securemode=3,signmethod=hmacsha1|

然后再看第2个字符串，也就是MQTT协议中CONNECT报文中包含的用户名信息，格式如下：

*&#

其中*号是设备名称 ，#号是ProductKey，都是图9中的三元组信息，就以我的设备为例，修改一下，结果如下：

D001&a1jWDQfzbVB

最后再看最麻烦的第3个字符串，也就是MQTT协议中CONNECT报文中包含的密码信息，需要经过一步加密，我们先要构建待加密的明文字符串，格式如下：

clientId*deviceName*productKey#

其中*号是设备名称 ，#号是ProductKey，以我的设备为例，修改一下，结果如下：

clientIdD001deviceNameD001productKey a1jWDQfzbVB

加密用的秘钥是图9中，三元组信息里的DeviceSecret，我们网上找一个加密算法的网站。

图19

我们复制待加密的字符串和密钥的时候，一定要多检查，不要多空格，不要多回车，错一点加密后的结果都不会正确的，所以大家一定要小心。加密后的结果就是第3个字符串的内容，到此6个需要修改的字符串我们都修改完毕了，重新编译程序，下载到开发板就行了。然后我们再回到阿里云生活物联网平台。

图20

我们进入第3步，人机交互设置页面，我们点击红圈所示的内容，然后弹出页面，需要我们填写设备名称，以我的为例，填上D001，然后就可以生成我们需要的，添加设备的二维码，因为文章中不能出现二维码，所以超子就不展示了。到此我们本次51单片机的DIY程序设计，基本就完成了。

单片机实现遥控器-红外数据传输——红外编解码原理

一、红外通信原理

红外遥控有发送和接收两个组成部分。发送端采用单片机将待发送的二进制信号编码调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。红外接收完成对红外信号的接收、放大、检波、整形，并解调出遥控编码脉冲。为了减少干扰，采用的是价格便宜性能可靠的一体化红外接收头(HS0038， 它接收红外信号频率为38kHz，周期约26μs) 接收红外信号，它同时对信号进行放大、检波、整形得到TTL 电平的编码信号，再送给单片机，经单片机解码并执行去控制相关对象。如图1 所示：

红外发送部分由51单片机、键盘、红外发光二极管和7段数码管组成。键盘用于输入指令， 51单片机检测键盘上按键的状态，并对红外信号进行调制，发光二极管产生红外线，数码管用来显示发送的键值。图2红外发射电路

红外接收部分由51单片机、一体化红外接收头HS0038和7段数码管组成。51单片机检测HS0038，并对HS0038接收到的数据解码，通过数码管显示接收到的键值。图 3红外接收电路

二、编码、解码

(1) 二进制信号的调制

二进制信号的调制由单片机来完成，它把编码后的二进制信号调制成频率为38kHz 的间断脉冲串，相当于用二进制信号的编码乘以频率为38kHz 的脉冲信号得到的间断脉冲串，即是调制后用于红外发射二极管发送的信号如图4 二进制码的调制所示

(2) 红外接收需先进行解调，解调的过程是通过红外接收管进行接收的。其基本工作过程为：当接收到调制信号时，输出高电平，否则输出为低电平，是调制的逆过程（图5 解调）。HS0038是一体化集成的红外接收器件，直接就可以输出解调后的高低电平信号；红外接收器HS0038的应用电路（图6）。

（3）红外遥控发射芯片采用 PPM 编码方式,当发射器按键按下后 ,将发射一组 108ms 的编码脉冲。遥控编码脉冲由前导码、16位地址码（8 位地址码、 8 位地址码的反码）和16位操作码（8 位操作码、 8 位操作码的反码）组成。通过对用户码的检验，每个遥控器只能控制一个设备动作，这样可以有效地防止多个设备之间的干扰。编码后面还要有编码的反码，用来检验编码接收的正确性，防止误操作，增强系统的可靠性。前导码是一个遥控码的起始部分，由一个 9ms 的高电平 ( 起始码 ) 和一个 4. 5ms 的低电平 ( 结果码 ) 组成，作为接受数据的准备脉冲。以脉宽为 0. 56ms 、周期为 1. 12ms 的组合表示二进制的 “0” ；以脉宽为 1. 68ms 、周期为 2. 24ms 的组合表示二进制的 “1” 。

（4）单片机采用外部中断 INT0 管脚和红外接收头的信号线相连，中断方式为边沿触发方式。计算中断的间隔时间，来区分前导码、二进制的 “1” 、 “0” 码。并将 8 位操作码提取出来在数码管上显示。

红外接收头输出的原始遥控数据信号,正好和发射端倒向.也就是以前发射端原始信号是高电平,那接收头输出的就是低电平,反之.

软件原理：

开始时发射一个特定的同步码头，对于接收端而言就是一个9ms的低电平,和一个4.5ms的高电平，这个同步码头可以使程序知道从这个同步码头以后可以开始接收数据。

采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉

宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms 的组合表示二进制的“1”。

解码的关键是如何识别“0”和“1”，从位的定义我们可以发现“0”、“1”均以0.56ms的高电平开始，不同的是低电平的宽度不同，“0”为0.56ms,“1”为1.685ms,所以必须根据高电平的宽度区别“0”和“1”。如果从0.56ms低电平过后，开始延时，0.56ms以后，若读到的电平为低，说明该位为“0”，反之则为“1”，为了可靠起见，延时必须比0.56ms长些，但又不能超过1.12ms,否则如果该位为“0”，读到的已是下一位的高电平，因此取（1.12ms+0.56ms）/2=0.84ms最为可靠，一般取0.84ms 左右即可。根据红外编码的格式，程序应该等待9ms的起始码和4.5ms的结果码完成后才能读码。

HS0038红外接收器，接收红外遥控器发射的信号，输出DATA口和单片机的外部中断0P3.2口相连。当有红外信号时，触发中断查询中断时间，并和红外起始码，“0”、“1”、终止码的时间进行比较。从而检测红外的操作码。

51可参考的程序

（1）发送程序

#include

static bit OP; //红外发射管的亮灭

static unsigned int count; //延时计数器

static unsigned int endcount; //终止延时计数

static unsigned int temp; //按键

static unsigned char flag; //红外发送标志

static unsigned char num;

sbit ir_in=P3^4;

char iraddr1; //十六位地址的第一个字节

char iraddr2; //十六位地址的第二个字节

unsigned char code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,

0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e}; //共阳数码管 0~~f

void SendIRdata(char p_irdata);

void delay(unsigned int);

void keyscan();

void main(void)

{

num=0;

P2=0x3f;

count = 0;

flag = 0;

OP = 0;

ir_in= 0;

EA = 1; //允许CPU中断

TMOD = 0x11; //设定时器0和1为16位模式1

ET0 = 1; //定时器0中断允许

TH0 = 0xFF;

TL0 = 0xE6; //设定时值0为38K 也就是每隔26us中断一次

TR0 = 1;//开始计数

iraddr1=3;//00000011

iraddr2=252;//11111100

do{keyscan();

}while(1);

}

void timeint(void) interrupt 1

{

TH0=0xFF;

TL0=0xE6; //设定时值为38K 也就是每隔26us中断一次

count++;

if (flag==1)

{

OP=~OP;

}

else

{

OP = 0;

}

ir_in= OP;

}

void SendIRdata(char p_irdata)

{

int i;

char irdata=p_irdata;

//发送9ms的起始码

endcount=223;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

endcount=117;

flag=0;

count=0;

do{}while(count

irdata=iraddr1;

for(i=0;i<8;i++)

{

endcount=10;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

if(irdata-(irdata/2)*2) //判断二进制数个位为1还是0

{

endcount=41; //1为宽的高电平

}

else

{

endcount=15; //0为窄的高电平

}

flag=0;

count=0;

do{}while(count

irdata=irdata>>1;

}

irdata=iraddr2;

for(i=0;i<8;i++)

{

endcount=10;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

if(irdata-(irdata/2)*2)

{

endcount=41;

}

else

{endcount=15;

}

flag=0;

count=0;

do{}while(count

irdata=irdata>>1;

}

irdata=p_irdata;

for(i=0;i<8;i++)

{

endcount=10;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

if(irdata-(irdata/2)*2)

{

endcount=41;

}

else

{

endcount=15;

}

flag=0;

count=0;

do{}while(count

irdata=irdata>>1;

}

irdata=~p_irdata;

for(i=0;i<8;i++)

{

endcount=10;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

if(irdata-(irdata/2)*2)

{

endcount=41;

}

else

{

endcount=15;

}

flag=0;

count=0;

do{}while(count

irdata=irdata>>1;

}

endcount=10;

flag=1;

count=0;

do{}while(count

flag=0;

}

void delay(unsigned int z)

{

unsigned char x,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

（2）接收程序

#include"reg52.h"

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar dis_num,num,num1,num2,num3;

sbit led=P1^0;

unsigned char code table[]={

0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,

0x99,0x92,0x82,0xf8,

0x80,0x90,0x88,0x83,

0xc6,0xa1,0x86,0x8e}; //共阳数码管 0~~f

sbit prem =P3^2; //定义遥控头的接收脚

uchar ram[4]={0,0,0,0};//存放接受到的4个数据 地址码16位+按键码8位+按键码取反的8位

void delaytime(uint time) //延迟90uS

{

uchar a,b;

for(a=time;a>0;a--)

{

for(b=40;b>0;b--);

}

}

void rem()interrupt 0 //中断函数

{

uchar ramc=0; //定义接收了4个字节的变量

uchar count=0; //定义现在接收第几位变量

uint i=0; //此处变量用来在下面配合连续监测9MS 内是否有高电平

prem=1;

for(i=0;i<1100;i++) //以下FOR语句执行时间为8MS左右

{

if(prem) //进入遥控接收程序首先进入引导码的前半部判断,即:是否有9MS左右的低电平

return; //引导码错误则退出

}

while(prem!=1); //等待引导码的后半部 4.5 MS 高电平开始的到来。

delaytime(50); //延时大于4.5MS时间，跨过引导码的后半部分，来到真正遥控数据32位中

//第一位数据的0.56MS开始脉冲

for(ramc=0;ramc<4;ramc++)//循环4次接收4个字节

{ for(count=0;count<8;count++) //循环8次接收8位（一个字节）

{

while(prem!=1); //开始判断现在接收到的数据是0或者1 ，首先在这行本句话时，

//保已经进入数据的0.56MS 低电平阶段

//等待本次接受数据的高电平的到来。

delaytime(9);//高电平到来后，数据0 高电平最多延续0.56MS，而数据1，高电平可

//延续1.66MS大于0.8MS 后我们可以再判断遥控接收脚的电平，

if(prem) //如果这时高电平仍然在继续那么接收到的数据是1的编码

{

ram[ramc]=(ram[ramc]<<1)+1;//将目前接收到的数据位1放到对应的字节中

delaytime(11); //如果本次接受到的数据是1，那么要继续延迟1MS，这样才能跨入//下个位编码的低电平中（即是开始的0.56MS中）

}

else //否则目前接收到的是数据0的编码

ram[ramc]=ram[ramc]<<1; //将目前接收到的数据位0放到对应的字节中

} //本次接收结束，进行下次位接收，此接收动作进行32次，正好完成4个字节的接收

}

if(ram[2]!=(~(ram[3]&0x7f))) //本次接收码的判断

{

for(i=0;i<4;i++) //没有此对应关系则表明接收失败，清除接受到的数据

ram[i]=0;

return ;

}

dis_num=ram[2]; //将接收到的按键数据赋给显示变量

}

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