基于ESP8266EX的电视开关控制系统设计.pdf

10电视技术第47 卷第6 期（总第57 1期）D0I:10.16280/vide0e.2023.06.003中图分类号：TN931.2文献标识码：A10-13,19.YANGGY.DesinofTVswitchcontrolsystembasedonESP8266EXJJngineering,，2 0 2 3，47（6)文献引用格式：杨功银基ESP8266EX的电视开关控制系统设计J.电视技术，2 0 2 3，47（6）：10-13，19ARTS&DESIGN电视技重ideo Engineering器件与设计基于ESP8266EX的电视开关控制系统设计杨功银（湖南开放大学（湖南网络工程职业学院），湖南长沙410004)摘要：如今，电视已在城乡普及，很多少年儿童因沉迷电视导致视力变差，近视率持续上升，越来越成为一个家庭问题和社会问题。对此，设计一种基于ESP8266EX芯片的电视开关控制系统，选用无线网络芯片ESP8266EX作为主控芯片，利用中国移动物联网开放平台ONENET云平台实现主控芯片与微信小程序间的数据交换，达到远程控制电视机开关的目的，使得家长能对少年儿童沉迷电视进行有效监管。详细介绍系统的硬件原理和软件设计。关键词：ESP8266EX；O NENET 云平台；微信小程序Design of TV Switch Control System Based on ESP8266EXYANG Gongyin(Hunan Open University(Hunan Network Engineering Vocational College),Changsha 410004,China)Abstract:Nowadays,television has become popular in both urban and rural areas.For many years,childrens vision has deteriorateddue to television addiction,and the myopia rate continues to rise,becoming increasingly a family and social problem.In this regard,thispaper designs a TV switch control system based on ESP8266EX chip,selects wireless network chip ESP8266EX as the master chip,and uses China Mobile Internet of things open platform ONENET cloud platform to achieve data exchange between the master chipand WeChat applet,so as to achieve the purpose of remote control of TV switch,so that parents can effectively supervise childrens TVaddiction.This article provides a detailed introduction to the hardware principle and software design of the system.Keywords:ESP8266EX;ONENET cloud platform;WeChat mini program0引言随着科技的发展和人们生活水平的提高，电视已经在城乡家庭中得到普及。电视给少年儿童带来了知识和欢乐的同时，也让许多自制力差的孩子因为长时间看电视导致视力和学习成绩下降，这给家长带来了不小的困扰。解决少年儿童沉迷电视问题是一个社会难题，本文欲从技术上解决这个问题，设计了一款基于ESP8266EX芯片的电视开关控制系统。通过此系统，家长可以随时利用手机微信客户端控制家里的电视，对孩子看电视进行有效监管。1总体方案设计为了降低成本，本文设计的系统直接采用ESP8266EX芯片作为主控模块。由于ESP8266EX芯片的GPIO引脚输出电压和电流能力有限，使用GPIO引脚与继电器模块连接，实现低电压控制高电压的目的。为了不让电视机在高温下长时间工作，系统使用温度传感器DS18B20实时测量当前电视机内部温度。当温度异常，系统将切断电视电源。为了远程获取当前电视的开关状态，系统使用ESP8266EX芯片自带的AD模块采集电视电源板的作者简介：杨功银（198 4一），男，硕士，工程师，研究方向为物联网技术应用、电子技术应用以及嵌式应用技术开发。电视技术第47 卷第6 期（总第57 1期）ARTS&DESIGN电视技重ideoEngineering器件与设计输出电压，附加简单的外围电路就可以实现设计目的。ESP8266EX芯片是一款能够通过无线网络与互联网相连的微控制器，可以用它与中国移动物联网开放平台ONENET云平台相连。系统采用目前广泛流行的微信小程序作为应用端，具有开发周期短、安全性高的优点2。本系统总体方案如图1所示。手机微信小程序ESP8266EX云平台温度传感器电视电源图1系统设计方案2硬件电路设计2.1ESP8266EX核心电路设计ESP8266EX芯片集成了一个TensilicaL106处理器，其内部设计有SRAM，A D C，PWM、天线开关、射频、功率放大器、低噪声接收放大器、滤波器以及电源管理模块。正是因为其比较完善的设计，ESP8266EX最小系统只需要简单的外围电路3。参照ESP8266EX相关设计资料，本文设计的系统核心电路如图2 所示。ESP8266EX的电源由数字电源和模拟电源组成ESP8266EX的数字电源电压在1.8 3.3V，由Pin11和Pin17两个引脚外接3.3V提供。ESP8266EX的模拟电源由Pinl、Pi n 2、Pi n 4、Pi n 2 9、Pi n 30 外接电源提供，电压在2.53.6 V。ESP8 2 6 6 EX芯片内部的功率放大器和低噪声功率放大器的工作电压由Pinl、Pi n 3、Pi n 4外接的模拟电源提供，内置锁相CIGNDIGNDCap6.SpFC2ANOJnOXaNOXALNIXVDD33EXT_RSTBRIGNDVDD33UOTXD12KUORXDGND二C3二C410uFJ0.1F34.nHVDD33(INOVaaANITVIXax1onGNDVDDAGPiOs24GPIOSL.2WIFIANTLNASD_DATA_123R2SDDICSDIOSSD_DI2.2nHTO0R3VDD3P3SD_DATA_022R3SDDO6CLKDO2SDXTOOR421R4SD.CLK73SD_D33VDD3P3SD_CLKAVPESP8266EXTOOR=C5C620SDCMDFLASIIVDD_RTCSD_CMD2.4pF.0pFTOORTOUT6TOUTSD_DATA_319R6TOORSD.D3CHEN718R7SD.D2CIP_ENSD_DATA_2TOORGNDGSPIO16.17GNDVDDPSTSWLWIaLWOALWtold9VDD33二二二91SALWOaLWVDD3E图2ESP8266EX核心电路电视技术第47 卷第6 期（总第57 1期returnT_DS18B20_Byte_Data;/返回读取Read Bit/立位地读取DS18B20_Byte_Data l=DS18B20T_ DS18B20_Byte_Data=1;/DS18B20u8T_DS18B20_Byte_Data=O;u8C Bit=O;/位计数BytevoidDS18B20_Readu8 ICACHE_FLASH_ATTRideoEngineering品一汉ARTS&DESIGN器件与设计环电路工作电压由Pin29、Pi n 30 引脚外接模拟电源提供。与数字电源不同的是，模拟电源的几个引脚都使用了电容和电感元件，构成了LC滤波电路。滤波电路将电源引人的高频谐波减弱或去除，提高供电质量。为了提高电路的可靠性和稳定性，这里选择的电感额定电流都在1A左右，满足其不少于50 0 mA的要求。电路图中的电容C3容量达到10F，这是考虑到ESP8266EX工作在TX时会产生较大的瞬时电流，如果不加上这个大电容，电源会被拉低进而影响电路的正常工作4。ESP8266EX的7 脚是芯片的使能引脚，外接RC电路控制；32 脚是复位脚，在芯片内部设计有上拉电阻，外部通过RC电路实现芯片复位。由于Pin7脚低电平持续2 0 0 s以上时，ESP8266EX也将重启，因此，可以通过7 脚、32 脚实现系统重启。2.2Flash电路设计本设计采用8 个引脚的SPI接口的Flash，容量大小为2 MB。Fla s h 芯片的6 脚是时钟引脚，通过电阻R4与ESP8266EX芯片的2 1脚相连。R4可以使驱动电流减少，降低外部电路的干扰和串扰，此外还可以使时序得到调节。外扩Flash可以保存应用程序和系统参数，系统从Flash加载运行。2.3晶振电路ESP8266EX芯片可支持多种不同频率的时钟。本设计采用了2 6 MHz的晶振。晶振的输人端与ESP8266EX芯片的2 8 脚相连，输出端与ESP8266EX芯片的2 7 脚相连。同时，晶振输人端和输出端分别增加了对地调节电容C2、C1。2.4射频接收电路ESP8266EX芯片的WiFi信号接收电路比较简单。射频信号通过由C5、L 2、C 6 构成的滤波电路进入芯片的2 脚，然后在芯片内部进行处理2.5测温和AD采集电路本设计测温功能用DS18B20芯片实现。DS18B20是一款体积小、抗干扰能力强、精度高的常用传感器。它只有电源地端、数据信号输入输出端以及电源端三个引脚。AD采集电路利用ESP8266EX芯片的AD采集引脚采集电视机电源板开机后产生的12 V电压。这里的电压只有在电视正常开机后才会有，不开机时是0 V。因而，通过判断此电压的存在，可以知晓电视机当前是否开机。3软件设计本系统软件设计包括三部分：一是云平台相关设备的创建和配置5；二是运行在ESP8266EX芯片上的嵌入式软件开发，主要完成与云平台的通信、温度检测、电压检测及对电视机的开关控制；三是微信小程序的开发设计3.1ONENET云平台设备创建与配置由于需要异地远程控制，本设计需要选用一款云平台。中国移动设计的ONENET物联网开放平台是一款面向产业互联和智慧生活应用的平台即服务（PlatformasaService，Pa a S）平台。开发者可以轻松使用MQTT、L w M 2 M、CO A P、H T T P等行业标准协议将各种传感器和智能硬件快速接人该平台，实现低成本物联网应用开发和部署6。在本设计中，笔者登录ONENET官网（https:/ 卷第6 期（总第57 1期）（下转第19页）GPIO4_U，FU NC _ G PI O 4）;/C PI O 4引脚配置PIN_FUNC_SELECTPERIPHSS10MUX6966XXXXXX（XX表示上报的数据信息）（3）PU BL I SH 报文。示例:3 0 U9U0045456ARTS&DESIGN电视技量ideoEngineering器件与设计(Message Queuing Telemetry Transport，M Q T T)协议与云平台通信。MQTT协议是一个面向物联网应用的实时通信协议，底层使用TCP/IP协议提供可靠的网络连接。ESP8266EX的软件开发需要实现MQTT协议中的几种报文。根据MQTT协议的相关规定和本项目的实际需求，本文设计的程序实现了connect报文用于连接ONENET平台，订阅报文用于接收从微信小程序端推送来的控制信息，推送报文用于上报ESP8266EX采集的一些温度信息和反馈一些控制信息。基于平台的设备、鉴权信息、上报信息协议和格式等，本文设计实现的几种报文如下。（1）c o n n e c t 报文。示例：10 2 6 0 0 0 44D515454 04 C2 00 78 00 0A 31 30 3839 30 32 3734393700 06 35 33 37 32 30 39 00 06 79 67 79 35 32 30。（2）订阅报文。示例：8 2 0 D000A0008576569 78 69 6E 69 66 00。运行在ESP8266EX芯片上的程序是利用安信可公司提供的集成开发平台开发的。对电视机电源的控制，采用ESP8266EX芯片的一个GPIO引脚输出控制继电器的方式进行。本设计采用ESP8266EX芯片的GPIO4脚进行控制，在安信可提供的集成开发平台中，采用NONRTSDK对CPIO4进行初始化。对该引脚的初始化代码如下GPIO_OUTPUT_SET（G PI O _ I D _ PI N（4），1）;/GPIO4输出高电平在MQTT的接收报文中，ESP8266EX芯片对接收到的报文进行解析。当解析的报文来自topic为Weixinif同时指令为TVON时，通过代码控制GPIO引脚输出高电平，使继电器接通从而使电视机接通电源工作；当指令为TVOFF时，通过代码控制GPIO引脚输出低电平，使继电器断开电视机电源停止工作。此外，用户通过阅读电视说明书可得到电视的长时间工作温度上限，利用微信小程序端设置电视的关机温度，当温度传感器检测到温度超过设定值，也可切断电视机电源使其停止工作。电视机工作时，电源板会输出12 V电压，ESP8266EX芯片的AD模块就是通过采集电源板上的电压来判断电视机的开机状态。ESP8266EX芯片将电视机的开机状态信息和温度信息上报云平台，并通过云平台转发到微信小程序端，使得用户知晓电视机的工作状态信息并做出控制决策，这样就可以使得少年儿童看电视的行为可控。软件切断电视电源的关键代码如下。if（o s _ s t r c mp（t o p i c Bu f，We i x i n i f ）)=0)INFO(“YUN:%s，=%d r ln”，FILE_,_LINE_）;if（o s _ s t r c mp（d a t a Bu f，T VO N）=0）GPIO_OUTPUT_SET（G PI O _ I D)PIN(4),0);1else if（o s _ s t r c m p（d a t a Bu f,T VO FF)=0)GPIO_OUTPUT_SET（G PI O _ I D _PIN(4),1);13.3微信小程序设计微信小程序是一种基于微信的轻量级应用程序，可以在微信内被便捷地获取和传播，同时具有出色的用户使用体验。本设计采用微信小程序作为用户控制端软件。小程序的界面设计在wxml文件中体现。本文使用了text、Vi e w、i n p u t 和image组件，并对这些组件做了合适的样式设计。界面显示效果如图3所示。*oooWeChat10:55100%电视开关控装系O电视关机温度设：45电视当前工作温度：39.1图3微信小程序显示效果图电视技术第47 卷第6 期（总第57 1期）C编辑：张玉聪(上接第13页）编辑：张玉聪ARTS&DESIGN电视技市ideo Engineering器件与设计4应应用效果该切换器能很好地实现对主、备发射机运行参数的实时监测。当达到切换条件，切换器能根据各项运行参数智能地进行全流程主备自动切换，而且图形界面会直观展示切换进程细节。该切换器用于地面数字电视发射机主备切换，也可用于调频广播发射机主备切换，既是切换器也是数据采集器。在台站监控系统中的使用情况表明，其运行十分稳定可靠，已成为台站监控系统的重要组成部分。55结语本文利用触摸屏较强的数据采集、通信、数据运算处理以及生动的图形动画显示功能，简易地设计出功能完善、性能稳定的发射机主备监控切换器。设计作为控制端，小程序需要借助云平台将控制信息发送到ESP8266EX芯片端并接收来自ESP8266EX芯片的一些上报信息。ESP8266EX芯片与云平台使用MQTT协议进行信息传递。理论上，微信端也可以通过MQTT协议完成与云平台的信息沟通，但是实现比较复杂，工作量也比较大。本设计使用ONENET云平台提供的应用程序编程接（A p p l i c a t i o n Pr o g r a mmi n g In t e r f a c e，A PI）接，使用HTTP或HTTPS调用进行设备管理、数据查询以及设备命令交互。通过查阅ONENET云平台的使用说明，本设计中，给云平台发送控制命令采用POST方法。实现发送控制指令的部分关键代码如下。wx.request(url:http:l/ 魏立威.发射机主备机切换控制器的设计J.活力，2 0 13(1):40.2谢英.基于触摸屏和PLC的发射机控制系统.信息化研究,2 0 0 9(11):9-12.3 黄军飞，覃晖.基于ARMLinux的地面数字电视发射机主备切换控制器设计.广播与电视技术，2 0 2 1（9)：98-101.4 喻成.发射机主备机自动切换系统设计J.电子制作，2015(12):49-50.5 汪家祺，沈斌，王敏海，等.发射机同轴倒换开关故障分析与处理J.广播与电视技术，2 0 2 3，50（1）：93-95.关控制系统能够采集电视的工作状态和实时温度信息，并通过ONENET云平台转发到用户使用的微信小程序端实现远程控制。为了节省成本，减小系统的体积，便于安装使用，本系统不使用常与ESP8266EX芯片搭配的带串口的单片机，提高了系统的稳定性和可靠性。本系统可使得家长对少年儿童的看电视行为实现有效监管，减少沉迷电视对少年儿童的身心伤害。参考文献：1 赵剑锋，安霆，张晓辉，等.基于ESP8266的声光报警和智能控制装置设计J.仪表技术，2 0 2 3（3）：2 1-2 3.2张萍.基于ESP8266和OneNET云平台的远程报警系统J.单片机与嵌入式系统应用，2 0 17（12）：6 4-6 7.3 张峰，刘海锋.基于物联网技术的智能插座设计与实现J物联网技术，2 0 2 2（3）：6 8-7 0.4管嘉诚，李晓烽，黄志芳，等.基于ESP8266与机智云的物联网智能家居.物联网技术，2 0 2 3，13（3）：140-142.5 祝朝坤，王显然.基于树莓派与ESP8266的温室环境智能监控系统的设计与实现J.电子产品世界，2 0 2 3，30（1)：40-43.6 张恒强，安霆，王乙涵.基于ESP8266的物联网技术应用研究.仪表技术，2 0 2 2（3）：2 6-2 9.