0 引言

随着科技的发展，人们对居住条件的要求逐渐提高，传统的只有居住功能的家居已经不能满足人们对居住环境的要求，智慧化和数字化是未来家居的发展趋势。随着物联网技术的不断发展，智能家居成为新的研究热点和应用领域^[1-2]。近几年，微信已经被广泛普及使用，它可以保证用户的真实性，所以可以将微信与智能家居相结合，通过密钥进行身份认证，认证通过后用户便可与智能设备之间进行数据交换^[3-4]。基于此，本文将微信公众号和CC3200芯片相结合，使用云服务器存储数据，实现了用户远程操控家居设备、获取家居环境状态的功能，系统可靠性高、实用性好、控制方便，具有较好的应用前景。

1 系统设计方案

系统框图如图1所示。用户首先需要接入网络并且关注云家居公众号，之后通过密钥绑定家居控制系统，就可以在公众号中发送文本、语音消息，或者点击公众号中的菜单实现以下功能：远程控制家居设备，例如台灯、风扇、空调等；查询设备状态，例如获取台灯状态、风扇转速、空调温度等；获取传感器数据，例如室内温湿度、天然气浓度值等。

系统分为服务器端和客户端：服务器端为微信服务器和阿里云服务器；客户端为微信公众号和CC3200 LaunchPad开发板，这两个客户端都可以向服务器提交数据和下载数据。

微信服务器定义了公众号菜单，并且把微信客户端发送的消息以可扩展标记语言(Extensible Markup Language，XML)形式的数据发送到阿里云服务器；阿里云服务器根据指令更新数据库，同时接收开发板上传的传感器数据，将数据存入数据库。

当微信公众号请求数据时，阿里云服务器将响应消息打包成XML数据，并通过微信服务器转发到微信客户端；当开发板请求数据时，阿里云服务器将请求的数据通过HTTP协议响应给开发板。

2 系统硬件设计

系统硬件组成框图如图2所示。本系统采用CC3200作为主控芯片，该芯片是TI推出的集成高性能ARM Cortex-M4内核的微控制器，是业界首个具有内置Wi-Fi的MCU^[5-6]。CC3200芯片包括3大子模块：MCU子模块内核运行频率为80 MHz，具有多种外设；Wi-Fi网络处理器子模块支持站点STA、接入点AP和Wi-Fi Direct模式；电源管理子模块可以启用低功耗模式^[7]。

CC3200通过Wi-Fi连接到路由器，进而接入互联网，然后通过HTTP-GET的方式获取数据库中台灯等设备的状态，同时将传感器数据上传到阿里云服务器^[8]。

3 系统软件设计

软件设计包含3部分：CC3200微控制器程序设计涉及将设备联网进行数据的上传和下载、传感器数据的采集和显示；微信公众平台程序设计包含微信公众号菜单界面设计；阿里云服务器程序设计包括微信请求接口、CC3200数据交互接口。

3.1 CC3200微控制器程序设计

CC3200通过Wi-Fi连接到路由器，进而接入互联网，然后创建HTTP客户端，连接到HTTP服务器上，上传传感器状态并且获取最新的控制指令。

其中，开发板上传状态并获取指令流程图如图3所示。首先设置HTTP-GET的请求头，主机名Host为139.129.9.166，通过sprintf函数设置请求URL：sprintf(acSendBuff，"/WeChat/cc3200/upload_and_get.do?sequence=number1&temperature=%.2f&humidity=%d&MQ2Data=%d"，temperature，humidity，MQ2Data)，温湿度和天然气浓度通过此URL进行上传；之后发送HTTP-GET请求到阿里云服务器，服务器接收到请求后定位请求资源，然后将资源响应给开发板。

开发板收到HTTP响应后先判断状态行的状态代码是否等于200，若等于200就代表客户端请求成功，此时先逐行读取响应头部，直至到达响应头部的末尾，然后进行响应正文数据的处理。

处理响应正文数据过程为：响应正文为“light=off，fan=on，airconditionState=cold，airconditionTemp=26”，以获取台灯状态为例，通过strstr函数寻找“light=”字符串在响应正文中的位置（pcIndxPtr），然后将pcIndxPtr加上“light=”的长度得到台灯状态字符串的起始地址，进而得到台灯状态并更新。

3.2 阿里云服务器程序设计

3.2.1 微信请求接口设计

微信服务器把用户发送的消息（文本、语音、菜单）以XML代码形式转发到阿里云服务器，转发的URL为http://139.129.9.166/WeChat/wechat/index.do，微信请求接口程序流程图如图4所示。

具体过程如下：

(1)请求经过阿里云服务器的处理后分发到WeChatController.java文件中的index函数，此函数先将XML消息解析成Map，然后获取消息的类型MsgType：文本、语音、菜单消息分别对应text、voice、event。

(2)根据消息的类型分别路由到不同的函数进行处理：文本、语音和菜单消息分别对应函数onText、onVoice、onEvent，在这些函数中获取不同类型数据中的微信消息wxMsg，然后判断wxMsg中是否存在命令信息，比如开台灯、风扇状态等命令，若存在则将其转换为关键字key，例如L_ON、F_STATUS等。

(3)根据关键字调用WxAction类中相应操作函数：若关键字为L_ON，则调用函数do_l_on；如果关键字为F_STATUS，则调用函数do_f_status。

上述操作函数分为两种处理方式：若操作为开台灯等类别命令时，操作函数首先把命令保存到数据库，然后把需要回复的文本及对应语音URL打包成XML格式回应给微信服务器；若操作为获取台灯状态等类型命令时，操作函数首先从数据库里读取状态信息，然后打包回应给微信服务器。

3.2.2 CC3200数据交互接口程序设计

CC3200数据交互接口程序流程图如图5所示，具体过程为：CC3200的HTTP-GET请求经阿里云服务器处理后分发到CC3200Controller.uploadAndGet函数进行处理，从请求的URL中取出CC3200上传的温湿度和天然气浓度值，存入MySQL数据库；之后从数据库中读取台灯等设备的状态，通过HTTP协议响应给CC3200，从而可以更新设备状态。

3.3 微信公众号程序设计

微信公众平台上自定义菜单有助于丰富公众号的界面，让用户更好更快地理解公众号的功能。自定义菜单接口可实现多种类型按钮，比如click按钮、view按钮等^[9]。

其中，用户点击click类型按钮后，微信服务器会通过消息接口推送消息类型为event的结构给阿里云服务器，并且带上按钮中所填写的key值，比如台灯状态等；用户点击view类型按钮后，微信客户端将会打开在按钮中填写的网页URL，比如本设计中用户可以通过点击公众号右下角的“用户手册”查看该公众号如何使用^[10]。

4 系统测试

液晶显示屏上显示的信息如图6所示，绑定设备和获取温湿度界面如图7所示，文本控制台灯和语音控制风扇界面如图8所示。

5 结论

本文将微信公众号和内置Wi-Fi的CC3200芯片加以结合，并利用云服务器存储数据，设计了一款云家居交互系统，用户使用微信公众号即可远程控制家居设备并获取家居环境状态。

系统优势在于：(1)数据处理代码部署在服务器上，系统更新升级只需在服务器上进行，用户不需要进行软件更新，体验性较好；(2)将家居设备联网，使用户随时都可以对家居设备进行控制，实现了智能化；(3)将微信和阿里云服务器巧妙地结合起来，为智能云家居提供了一个良好的范例。

参考文献

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[2] Zhou Xiaoyan，Huang Tinglei，Liu Pin，et al.Research on smart living technology based on WSN[C].International Conference on Intelligent Computing and Integrated Systems.IEEE，2010：938-941.

[3] 戴晟辉.微信公众平台搭建、开发与实践指南[M].北京：中国铁道出版社，2014.

[4] 朱智星，白鹏飞，罗智杰，等.基于微信公众平台的云智能采集系统的设计[J].电子技术应用，2015，41(8)：17-19.

[5] TI.e络盟供应TI针对物联网应用的LaunchPad与Booster-Pack开发平台[J].单片机与嵌入式系统应用，2014(10)：25.

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[8] PALLE D V，KANCHI R R.Cloud-based monitoring and measurement of pressure and temperature using CC3200[C].International Conference on Intelligent Systems and Control.IEEE，2017.

[9] 方倍工作室.微信公众平台开发最佳实践[M].北京：机械工业出版社，2014.

[10] 刘捷.微信公众平台企业应用开发实战[M].北京：电子工业出版社，2015.

作者信息:

高世皓1，2，王立华2，朱吉芳3，周松江4

（1.北京邮电大学 泛网无线通信教育部重点实验室，北京100876；

2.山东科技大学 电子通信与物理学院，山东 青岛266590；

3.阿里巴巴集团，浙江 杭州311121；4.北京邮电大学 信息光子学与光通信研究院，北京100876）