如今，多數(shù)小區(qū)中的單元樓都裝有樓宇對講門禁。人們想要進(jìn)入樓中，理論上只有兩種方式：刷門禁卡（臉或手指也可）；輸入并呼叫門牌號，讓屋里的人按開門按鈕。這兩種開門方式，分別適用于戶主和訪客進(jìn)入，同時極大程度降低了入室盜竊發(fā)生的概率，是“科技改變生活”的極佳案例。然而，對于一些只能刷卡的老式門禁，出門忘帶門卡，是個相當(dāng)高頻的問題，尤其是家里沒有別人的時候，別提多頭大了。實際生活中，解決方法有很多。有的門禁可以輸入密碼；我們也可以打電話聯(lián)系物業(yè)，或是等一會尾隨他人進(jìn)入。但是以上這些方式，或多或少會耽誤幾分鐘時間，而且太不自動化。作為一個“創(chuàng)客”，我怎能接受得了。為此，我設(shè)計并制作了一款基于ESP8266和舵機的聯(lián)網(wǎng)門禁，使用手機APP操作開門禁，解決了這個棘手的問題。ESP8266是一款國產(chǎn)的WiFi芯片，通常是以WiFi模塊的方式，通過串口連接到Arduino等開發(fā)板上使用。然而有許多國內(nèi)外技術(shù)大佬發(fā)現(xiàn)，ESP8266內(nèi)置的MCU控制器，可以直接被編程。換句話說，它可以獨立運作，完成Arduino等單片機幾乎全部功能的同時還能連接WiFi。此外，一塊ESP8266開發(fā)板，價格大約二十塊錢人民幣，相比于Arduino官方的動輒數(shù)百元的開發(fā)板，性能更強的同時成本大幅度降低。況且，官方秉持開源精神，開放了適用于Arduino的ESP8266 SDK。說白了，就是會玩Arduino的人可以零門檻開發(fā)ESP8266。于是，在以Atmel（Arduino官方開發(fā)板芯片供應(yīng)商）為首的許多芯片廠商因疫情原因供貨短缺的情況下，ESP8266在全球開源硬件圈大受歡迎，成為了新一代物聯(lián)網(wǎng)控制器的極佳選擇。而我這個作品需求：首先要有聯(lián)網(wǎng)功能，并能驅(qū)動舵機這樣的模塊設(shè)備；其次為了實際應(yīng)用，要盡可能降低成本；最后要便于開發(fā)，使用我熟悉的Arduino代碼（基于C++）編程。恰好這幾點都是ESP8266的優(yōu)點，于是我毫不猶豫地下單，看在其便宜，怕質(zhì)量不好的份上一次買了四塊板。此外，我還學(xué)習(xí)了AppInventor，是一款圖形化的簡單安卓開發(fā)工具，用于設(shè)計手機上的開鎖應(yīng)用。一切準(zhǔn)備就緒，我便利用周末的自由時間，開始了這一項目。我結(jié)合其目標(biāo)功能，設(shè)定了分步開發(fā)計劃。第一是用模塊驅(qū)動舵機轉(zhuǎn)動，這很容易，直接把Arduino程序拿過來就能用；第二步是將模塊聯(lián)網(wǎng)，與手機等廣域網(wǎng)設(shè)備建立通信，實現(xiàn)手機控制。這一步的難度就相當(dāng)大了。由于現(xiàn)在家庭WiFi上面都套了好幾層內(nèi)網(wǎng)，手機和模塊不在同一WiFi下是完全無法訪問ESP8266的，更別說建立通信控制了。因此，直接連接的方案是不可能的，必須進(jìn)行中轉(zhuǎn)。中轉(zhuǎn)的原理就是在公網(wǎng)架設(shè)一臺服務(wù)器，ESP和手機都可以訪問并建立連接。當(dāng)手機發(fā)送的信息到達(dá)服務(wù)器，ESP就會立刻檢測到并執(zhí)行開門動作。自己購買云服務(wù)器的成本過高，好在有許實惠的物聯(lián)網(wǎng)專用云可供選擇。目前國內(nèi)做得比較好的是巴法云，個人非商業(yè)用途可免費使用。根據(jù)巴法云官方的開發(fā)文檔和示例程序，我發(fā)現(xiàn)稍微損失一點安全性，讓模塊使用MQTT協(xié)議聯(lián)網(wǎng)，要比使用TCP協(xié)議速度更快，且代碼更簡單。并且單元樓的大門，就算被無關(guān)人員遠(yuǎn)程打開，還有一層家門，大可不必?fù)?dān)心。以上過程，我用了兩個周末寫代碼，終于實現(xiàn)了手機聯(lián)網(wǎng)控制功能，然而新的棘手問題又出現(xiàn)了。1.0版本的程序，模塊連接的WiFi名稱和密碼信息，是寫在源代碼里，直接燒寫進(jìn)單片機的。如果要連接其它WiFi，或者自己家的WiFi改了密碼，就需要更改源代碼重新燒寫程序，過于復(fù)雜。因此，模塊最好能夠像市面上的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，通過手機配網(wǎng)，隨時重置連接其它WiFi。為此，我再次上網(wǎng)搜索，在各種社區(qū)論壇查閱大佬們的解決方案，最終發(fā)現(xiàn)了一個寶藏庫——WiFiManager。這個庫整合了一些簡單的函數(shù)，可以實現(xiàn)通電自動聯(lián)網(wǎng)和手機配網(wǎng)。ESP8266通電開機后，程序會自動檢索EEPROM（ESP8266上一個斷電不會清空的存儲器）中是否有WiFi信息，如果有就會嘗試連接，沒有或者連接失敗，就會進(jìn)入配網(wǎng)模式；ESP8266會先把自己變成一個WiFi熱點，使用手機連接后會自動跳轉(zhuǎn)到其內(nèi)置的配置網(wǎng)頁，我們可在網(wǎng)頁上可以輸入要連接的WiFi名和密碼。保存后，模塊會再次嘗試聯(lián)網(wǎng)，如果連接成功，新設(shè)置的WiFi名和密碼信息會覆蓋原來EEPROM中的數(shù)據(jù)，并在下次通電自動連接；如果連接失敗，那么模塊就會重置，再次進(jìn)入配網(wǎng)程序。此外，我們也可以通過引腳觸發(fā)，比如按按鈕的方式，手動清除模塊中已有的WiFi信息，觸發(fā)重新配網(wǎng)。這一系列研發(fā)過程同樣耗時兩個周末，也與聯(lián)網(wǎng)控制完成了融合，實現(xiàn)了目標(biāo)中的全部功能。至此，這個項目已經(jīng)進(jìn)行了一個月的時間。在實際使用的測試中，還有一些需要改進(jìn)的地方。比如模塊短暫斷網(wǎng)后，不會自動重連，而是先重啟，再自動清除了配網(wǎng)信息……直到現(xiàn)在，我的程序代碼已經(jīng)更新到了第四代，解決了測試中發(fā)現(xiàn)的全部BUG。通過這次制作我大大認(rèn)識到ESP系列WiFi控制器的無限潛力，手里剩下的三塊板子未來也有相當(dāng)廣闊的開發(fā)空間。其實，這一項目的成功，除了我的興趣，更離不開各種開源社區(qū)的帖子，也就是各位大佬秉持極客精神，將自己的包括源代碼在內(nèi)的整個作品成果，無償分享給愛創(chuàng)造的所有人。我也會將我的整個設(shè)計和代碼分享到各大社區(qū)，將這種無私的開源創(chuàng)客精神傳遞下去。最后，我也希望自己能夠保持興趣，繼續(xù)享受這種自己動手解決問題的獨特快樂。實際測試視頻
作者簡介：金元寶，男，2007年10月生，高一“求知少年”。『小小少年說』公號創(chuàng)建者，周五專欄小作者。自2016年3月25日起，每周一篇，記錄成長。
元寶的話：好久沒有做自己曾熱愛的單片機電子制作了。這次實踐，我似乎發(fā)現(xiàn)了兩個寶藏，一個是ESP8266這個性價比極高的物聯(lián)網(wǎng)控制器，另一個就是各大開源論壇。這些開源極客們秉持極客精神，將自己的設(shè)計與成果分享出來，是一種非常高尚的行為，我也要將其延續(xù)下去。作品相關(guān)的布線圖和代碼鏈接將會置頂留言中發(fā)出，感興趣的可以閱讀并下載。
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