单片机 WiFi 手机 APP

目录

一、引言

二、连接原理

1. 关键模块选择

2. 硬件连接方式

3. 编程实现通信

三、创建服务器

1. 服务器编程

四、开发手机 APP

1. 平台选择

2. 开发工具介绍

3. 网络通信实现

五、测试与调试

1. 单元测试

2. 集成测试

六、部署与维护

1. 发布 APP

2. 用户反馈与维护

七、实际案例

一、引言

在当今科技飞速发展的时代，单片机与手机 APP 通过 WiFi 连接控制的重要性日益凸显，其应用场景也越来越广泛。

随着智能家居、智能设备的不断普及，人们对于便捷、高效的控制方式的需求也在不断增加。单片机与手机 APP 通过 WiFi 连接，为用户提供了一种全新的控制体验。

例如在智能共享单车领域，基于 STM32 单片机无线手机 APP 智能共享单车充电宝雨伞设计套件，通过手机 APP 调用手机摄像头扫描设备上的二维码，实现对共享设备的开锁、计费等操作，极大地提高了用户使用的便捷性。

在智能家居方面，如 51 单片机 WIFI 手机 APP 智能窗户窗帘控制系统，用户可以通过手机 APP 设置手动模式、环境自动模式、时间自动模式，实现对窗帘的智能控制。根据光照强度、温湿度等因素自动打开或关闭窗帘，或者通过手动操作控制窗帘的开合，为用户营造舒适的生活环境。

此外，基于单片机手机无线 WIFI 控制家电开关插座控制系统，让用户可以通过手机 APP 随时随地对家电设备进行开关控制，不受地域限制。无论是在家庭、办公室还是学校等场所，都能提高家居生活的智能化水平。

STM32 单片机无线 WIFI 插座智能家居 APP 视频监控设计以及 STM32 单片机通过 ESP8266WiFi 模块与 Android APP 实现数据传输等应用，也进一步展示了单片机与手机 APP 通过 WiFi 连接的强大功能和广泛应用前景。

二、连接原理

1. 关键模块选择

在实现单片机与手机 APP 通过 WiFi 连接时，选择合适的单片机和 WiFi 模块至关重要。常见的单片机有 Arduino、ESP32 等，WiFi 模块有 ESP8266、ESP32 等。

对于单片机的选择，Arduino Uno 因其易用性和丰富的社区支持而广受欢迎。ESP32 则具有强大的处理能力和丰富的外设接口。

在选择 WiFi 模块时，ESP8266 是一个低成本的选择，它可以通过串口与单片机进行通信，并且支持多种工作模式。ESP32 不仅集成了 WiFi 功能，还具有蓝牙功能，适用于需要多种无线通信方式的应用场景。

选择这些模块的依据主要包括以下几点：

• 功能需求：根据项目所需的数据传输功能、数据量大小以及是否需要特殊接口等因素来选择。

• 开发难度：考虑模块的开发环境是否友好，是否有丰富的文档和示例代码。

• 成本：在满足功能需求的前提下，选择成本较低的模块。

2. 硬件连接方式

WiFi 模块与单片机的物理连接方式通常有多种。以 ESP8266 为例，它可以通过 UART 连接到单片机。

连接接口方面，ESP8266 的 VCC 引脚连接到单片机的 5V 或 3.3V 引脚（具体取决于模块和单片机的工作电压），GND 引脚连接到单片机的 GND 引脚，RX 引脚连接到单片机的 TX 引脚，TX 引脚连接到单片机的 RX 引脚。

电源供应方面，确保 WiFi 模块和单片机都有足够的电源供应。如果单片机采用 5V 电源，而 ESP8266 工作在 3.3V，则需要通过电压转换电路将 5V 转换为 3.3V。

不同的 WiFi 模块和单片机可能会有不同的连接方式，需要参考具体的数据手册和开发文档。

3. 编程实现通信

要使单片机能通过 WiFi 模块与互联网通信，需要进行以下步骤：

开发环境设置：

• 对于 Arduino 单片机，可以使用 Arduino IDE 进行开发。在 IDE 中选择正确的串口，并设置波特率为与 WiFi 模块相匹配的值，通常为 115200。

• 对于 ESP32 等其他单片机，也有相应的开发环境可供选择，如 ESP-IDF。

网络编程方法：

• 对于通过串口通信的 WiFi 模块，如 ESP8266，可以使用 AT 指令进行配置。例如，发送 “AT” 命令测试与模块的通信是否正常，发送 “AT+RST” 命令重置模块，发送 “AT+CWMODE=” 命令设置 WiFi 工作模式等。

• 在单片机上创建一个小型服务器，以便手机 APP 可以与之通信。可以使用如 ESP8266WebServer 或 WebServer 库来创建一个简单的 Web 服务器，并设计 API 端点，以便手机 APP 可以通过这些端点与单片机通信。

• 在手机 APP 开发中，选择合适的开发平台，如 Android Studio 或 Xcode，实现网络通信功能，使用如 HTTP 请求来与单片机服务器通信。

通过以上步骤，可以实现单片机通过 WiFi 模块与互联网通信，从而实现与手机 APP 的连接和控制。

三、创建服务器

1. 服务器编程

在单片机上创建小型服务器可以使用如 ESP8266WebServer 或 WebServer 库。首先，需要选择适合项目需求的库，并在单片机的开发环境中进行配置。例如，对于 Arduino 单片机，可以在 Arduino IDE 中添加相应的库，并进行必要的设置。

设计 API 端点是为了让手机 APP 能够与单片机进行通信。可以根据具体的应用需求，定义不同的端点，例如获取传感器数据的端点、控制设备动作的端点等。在设计 API 端点时，需要考虑数据的格式和通信协议，确保手机 APP 能够正确地解析和处理来自单片机的数据。

以一个简单的温度传感器为例，可以定义一个 API 端点，当手机 APP 访问该端点时，单片机将当前的温度数据发送给手机 APP。具体的实现步骤如下：

1. 在单片机的代码中，创建一个 Web 服务器实例，并设置相应的端口号。

1. 定义 API 端点的处理函数，当手机 APP 访问该端点时，读取温度传感器的数据，并将其以特定的格式发送给手机 APP。

1. 在主循环中，不断检查是否有手机 APP 的请求，并调用相应的处理函数进行响应。

通过以上步骤，可以在单片机上创建一个小型服务器，并设计 API 端点以便手机 APP 通信，实现单片机与手机 APP 之间的数据交互。

四、开发手机 APP

1. 平台选择

在开发手机 APP 时，首先需要考虑选择合适的平台。目前主要有 iOS、Android 和跨平台开发三种选择。

iOS 平台：

• 优点：使用方便，界面友好，具有庞大的用户社区，操作流畅，对用户隐私性提供了很高的安全保障。iOS 开发环境 Xcode 功能强大，开发语言 Swift 和 Objective-C 也较为成熟。同时，iOS 用户群体具有较高的购买力和忠诚度，对高质量应用程序有着强烈的需求。

• 缺点：限制的硬件和软件生态系统，只能在苹果设备上运行，选择相对较少。开发和调试的复杂性较高，需要使用特定的开发工具和编程语言，对于没有相关经验的开发人员来说可能带来一定的学习曲线。开发成本较高，需要针对不同的设备和屏幕尺寸进行优化，而且开发人员需要适应苹果的设计和开发标准。依赖于 Apple 的政策和更新，开发者需要及时了解和适应苹果的政策和更新，确保应用程序与最新的规范和要求保持一致。有限的自定义和灵活性，开发者可能需要按照苹果的设计和用户界面准则来开发应用，这可能限制了应用的创新和个性化程度。

Android 平台：

• 优点：硬件和软件选择更加丰富，开发成本相对较低。用户群体广泛，市场份额较大。开发工具 Android Studio 功能强大，社区支持也很丰富。

• 缺点：安全和隐私方面相对 iOS 较弱，应用程序可能面临更多的安全风险。操作系统版本碎片化严重，需要考虑不同版本的兼容性问题。用户群体购买力和忠诚度相对 iOS 较低。

跨平台开发：

• 优点：共享业务逻辑，将业务逻辑写入一次，在任何平台上运行，大大减少了构建应用程序所需的工作量，降低了成本，并缩短了发布时间。维护方便，共享代码不仅降低了初始构建期间的成本，而且对应用程序的使用寿命也有益。学习一门语言即可，比学习两套语言更容易。同一个团队可以在两个应用程序上工作，团队经费更便宜，使项目管理更容易，更高效地工作，知识在团队中更容易分享。共享单元测试，在写测试时花费的时间更少。与网络一起使用，当使用基于 Web 的解决方案（或支持网络的本机）解决方案时，所有上述规则也适用于 Web 平台。

• 缺点：性能问题，跨端应用通常比原生应用在性能方面表现稍差。由于需要在多个平台上运行，跨端框架可能无法充分利用每个平台的特性和优化。限制性，跨端开发框架可能会限制开发者对特定平台的访问和控制，导致某些高级功能无法实现或者性能受限。依赖第三方，跨端开发可能会依赖于第三方框架或工具，这可能会增加项目的复杂性和风险，特别是在框架更新或维护方面。不适用于所有场景，对于需要大量平台特定功能或性能要求较高的应用，原生开发可能更为适合。学习曲线，使用新的跨端开发框架可能需要开发人员学习新的技术和工具，这可能会增加项目的学习曲线和开发成本。

综上所述，开发者需要根据项目的具体需求、预算、开发团队的技术水平等因素来选择合适的开发平台。

2. 开发工具介绍

在开发手机 APP 时，选择合适的开发工具非常重要。以下是一些常用的手机 APP 开发工具：

Android Studio：

• 特点：Android Studio 是谷歌推出的官方 Android 开发工具，功能强大，集成了代码编辑、调试、性能分析等功能。它提供了丰富的插件和库，可以加速开发过程。支持多种编程语言，如 Java 和 Kotlin。具有良好的社区支持，开发者可以轻松找到解决方案和学习资源。

Xcode：

• 特点：Xcode 是苹果公司推出的 iOS 和 macOS 开发工具，提供了直观的界面设计工具、强大的调试器和性能分析工具。支持 Swift 和 Objective-C 编程语言。与苹果的生态系统紧密集成，开发者可以方便地进行应用程序的发布和管理。

3. 网络通信实现

在 APP 中实现网络通信功能是与单片机服务器通信的关键。以下是详细介绍：

使用 HTTP 请求与单片机服务器通信：

• 在 Android 平台上，可以使用 Retrofit 或 Volley 等网络请求库来发送 HTTP 请求。这些库提供了方便的接口，可以轻松地与服务器进行交互。在发送请求时，需要设置正确的 URL、请求方法和参数。接收到服务器的响应后，可以根据响应数据进行相应的处理。

• 在 iOS 平台上，可以使用 Alamofire 或 URLSession 等框架来发送 HTTP 请求。这些框架也提供了简洁的接口，方便开发者进行网络通信。与 Android 类似，需要设置正确的 URL、请求方法和参数，并处理服务器的响应。

为了确保网络通信的稳定性和安全性，可以采取以下措施：

• 使用 HTTPS 协议进行加密通信，防止数据被窃取或篡改。

• 处理网络错误和异常情况，如网络连接失败、服务器响应错误等。

• 对数据进行适当的序列化和反序列化，确保数据在传输过程中的完整性。

通过以上方法，可以在手机 APP 中实现与单片机服务器的网络通信，实现对单片机设备的控制和数据交互。

五、测试与调试

1. 单元测试

在单片机和 APP 开发过程中，单元测试起着至关重要的作用。对于单片机软件而言，单元测试是针对单个模块或函数进行的测试，目的是确保每个单元在特定的条件下都能够正常工作。具体流程如下：

1. 确定被测试的函数或模块：明确需要进行单元测试的函数或模块，一般选择在软件中使用频率高且重要性大的部分。

1. 编写测试用例：针对函数或模块的各种输入和输出情况编写测试用例，包括正常输入、边界条件输入和非法输入等。例如对于一个将字符串转换为整数的函数，可以测试一般正常调用情况如 “9”“1000”“-1” 等，也可以测试空指针、非数字字符串、带小数点的字符串、超长字符串、超大数字、错误格式的字符串等情况。

1. 执行测试用例：使用编写的测试用例来执行单元测试。调用被测试函数或模块的各种输入情况，并检查其输出是否符合预期。

1. 判断测试结果：根据测试用例得到的结果来判断被测试函数或模块是否符合预期，并记录测试结果。如果结果不符合预期，需要分析原因并进行调试。

1. 修改代码：根据测试结果对代码进行修改，以修复发现的错误并提高代码的质量。

1. 重复执行测试用例：修复代码后，再次执行测试用例，确保代码已经被修复，测试通过。

在进行单元测试时，可以使用一些工具来帮助检测代码的覆盖率，以确保测试用例能够覆盖代码的各个部分。常用的单元测试工具有 CUnit 和 Unity 等。

对于手机 APP 开发，单元测试同样重要。单元测试可以帮助开发人员检测代码中的错误、缺陷和潜在的问题。通过及时发现和修复这些问题，可以保证代码的质量和稳定性。单元测试可以分为如下几个步骤：

1. 确定测试目标：在编写单元测试之前，开发人员需要明确测试目标和预期结果。这有助于确保测试的准确性和完整性。

1. 编写测试用例：测试用例是单元测试的核心。测试用例应该覆盖代码的各种情况和条件，并检测其行为和输出。例如对于一个与单片机通信的功能模块，可以测试不同的网络状态、不同的输入数据等情况。

1. 执行测试用例：测试用例可以手动执行，也可以通过自动化测试框架执行。自动化测试框架可以帮助开发人员更快速和有效地执行测试用例，并自动报告测试结果。

1. 分析测试结果：分析测试结果可以帮助开发人员更好地理解代码的行为和输出，发现问题和改进代码。

1. 修复问题：在发现问题之后，开发人员需要及时修复问题，确保代码的质量和稳定性。修复问题后，需要重新运行测试用例，确保问题已经解决并且没有引入新的问题。

2. 集成测试

集成测试是测试整个系统集成的关键步骤，确保所有组件协同工作。在单片机和手机 APP 通过 WiFi 连接的系统中，集成测试主要包括以下步骤：

1. 确定集成测试需求：明确对整个系统进行集成测试的内容，即测试的具体对象。集成测试需求主要来源于设计模型和集成构件计划。集成测试着重于集成版本的外部接口的行为，因此测试需求须具有可观测、可测评性。

• • 对于单片机部分，需要分析其与 WiFi 模块的接口以及与手机 APP 通信的接口。确定这些接口的行为和预期输出，以便设计测试用例。

• • 对于手机 APP 部分，需要分析其与单片机通信的接口以及用户界面的交互行为。确定这些接口的行为和预期输出，以便设计测试用例。

1. 设计集成测试用例：根据集成测试需求，设计测试用例。测试用例应覆盖系统各个组件之间的接口以及集成后的功能。

• • 例如，可以测试手机 APP 与单片机的连接过程，包括 WiFi 连接的稳定性、数据传输的准确性等。

• • 还可以测试手机 APP 对单片机的控制功能，如发送指令控制设备动作，检查单片机是否正确响应。

• • 同时，也要测试系统在不同环境下的性能，如网络延迟、信号强度等因素对系统的影响。

1. 执行集成测试：按照设计好的测试用例，对整个系统进行集成测试。可以手动执行测试用例，也可以使用自动化测试工具进行测试。

• • 在测试过程中，要记录测试结果，包括测试通过的情况和出现的问题。

• • 对于出现的问题，要进行详细的分析，确定问题的根源。

1. 分析测试结果：对集成测试的结果进行分析，判断系统是否满足集成测试的要求。

• • 如果测试结果不符合预期，需要进一步分析问题的原因，并进行调试和修复。

• • 如果测试结果符合预期，可以进行下一步的部署和维护工作。

1. 修复问题并进行回归测试：对于集成测试中发现的问题，要及时进行修复。修复问题后，要进行回归测试，确保问题已经解决，并且没有引入新的问题。

• • 回归测试可以使用之前的测试用例，也可以根据问题的情况设计新的测试用例。

通过以上集成测试步骤，可以确保单片机和手机 APP 组成的系统能够稳定、可靠地运行，满足用户的需求。

六、部署与维护

1. 发布 APP

将单片机与手机 APP 通过 WiFi 连接控制的 APP 提交到应用商店是让更多用户使用的关键步骤。以提交到 Android 的 Google Play Store 和 iOS 的 Apple App Store 为例，其流程和注意事项如下：

Android 平台：

• 首先，需要在 Google Play Console 上注册开发者账号，并支付一定的注册费用。然后，准备好 APP 的安装包（APK 文件）以及相关的应用截图、描述等信息。在上传 APP 时，需要确保 APP 符合 Google Play 的政策和规范，包括但不限于隐私政策、安全要求等。同时，要注意 APP 的兼容性，确保能够在不同的 Android 设备上正常运行。

iOS 平台：

• 对于 iOS 平台，需要在 Apple Developer 网站上注册开发者账号，并加入 Apple Developer Program。然后，使用 Xcode 进行 APP 的打包和上传。在上传过程中，需要提供 APP 的图标、描述、截图等信息，并确保 APP 符合 Apple 的审核指南，包括性能、用户体验、隐私等方面的要求。

无论在哪个平台发布 APP，都需要注意以下几点：

• 确保 APP 的稳定性和可靠性，在发布前进行充分的测试。

• 提供清晰的用户指南和帮助文档，方便用户使用。

• 及时处理用户反馈和问题，不断改进 APP 的功能和性能。

2. 用户反馈与维护

收集用户反馈对于 APP 的持续改进至关重要。用户的反馈可以帮助开发者发现 APP 中存在的问题，了解用户的需求和期望，从而进行有针对性的更新和维护。

可以通过以下方式收集用户反馈：

• 在 APP 中设置反馈渠道，如反馈按钮或邮件联系方式，让用户能够方便地提交问题和建议。

• 关注应用商店中的用户评价和评论，及时回复用户的问题和反馈。

• 利用社交媒体平台、论坛等渠道与用户进行交流，了解用户的使用体验和需求。

根据用户反馈进行更新和维护的步骤如下：

• 分析用户反馈，确定问题的优先级和严重程度。

• 对于严重的问题，及时进行修复，并发布更新版本。

• 对于用户提出的新需求和建议，进行评估和规划，在后续的版本中逐步实现。

• 在更新版本发布后，及时通知用户，并鼓励用户进行更新。

通过不断收集用户反馈并进行更新和维护，可以提高 APP 的质量和用户满意度，延长 APP 的生命周期。

七、实际案例

单片机 WiFi 手机 APP 在实际生活中有很多应用，下面以智能窗户窗帘控制系统和远程灯控制为例进行展示。

智能窗户窗帘控制系统：

• 51 单片机 WIFI 手机 APP 智能窗户窗帘控制系统允许用户通过手机 APP 设置手动模式、环境自动模式、时间自动模式，实现对窗帘的智能控制。

• • 手动模式下，用户可通过按键或手机 APP 控制窗帘的开合以及调节定时时间。

• • 环境自动模式中，利用光敏电阻和 ADC0832 采集光照强度，结合 DHT11 温湿度传感器，当温度、湿度、光强任意一个高于设定值打开窗帘，全部小于设定值关闭窗帘。

• • 时间自动模式下，用户设定好窗帘打开及闭合的时间，预设时间到后，窗帘便会执行相应的动作。

• • 同时，系统还配备了 LCD1602 液晶显示，第一行显示模式、温度、湿度、光强，第二行显示时间。手机 APP 也能显示模式、温度、湿度、光强、开启关闭时间，并且可以设置开启关闭时间、阈值、模式。此外，LED 表示当前状态，亮表示当前窗帘打开状态，灭表示当前窗帘关闭状态。

• 基于 STM32 单片机智能窗帘窗户衣架控制系统由 STM32F103C8T6 单片机核心板、2.4 寸 TFT 彩屏、（无线蓝牙 / WIFI 模块 - 可选）、DHT11 温湿度传感器、雨滴检测电路、光照采集电路、ULN2003 步进电机驱动电路、高亮 LED 灯电路、按键组成。

• • 系统实时显示万年历、光照值、温度、湿度、液滴值大小，按键可设置各个采集量对应的阈值，驱动 2.4 寸 TFT 彩屏实时显示采集到的数据。设备工作模式分为自动模式、手动模式、定时模式。

• • 在自动模式下，当检测到光线低于设置阈值或者当前湿度超过设置阈值或者检测到雨滴参数超过阈值，步进电机旋转一周关闭；如果光照好、湿度低、无雨水，步进电机正转一周停止，打开。当光照低于阈值时，打开 led 进行补光。

• • 手动模式下，按键可以控制设备的开关及 LED 开关。

• • 定时模式下，通过当前时间和设置时间段对比，来控制步进电机设备打开还是关闭。

• • 无线 APP 功能可以连接板载无线模块，查看相应数据；进行一键校时功能，将手机时间设置到板载中，更新板子年月日时分秒；发送指令切换当前工作模式，也可以对所有显示变量的阈值进行设置其中包括定时时间段，且设置阈值后，设备存储数据到单片机 Flash 中，掉电不丢失。

• 基于 wifi 控制的 stm32 单片机智能窗帘设计由 STM32F103C8T6 单片机最小系统板、光敏电阻、ULN2003 驱动电路、LCD 液晶显示屏、按键、蜂鸣器、LED 灯、wifi 通信模块、步进电机、电源接口组成。

• • 采用 LCD 显示屏对窗帘的开关状态、光照强度和控制模式进行实时显示。用户可通过按键在手动模式下对窗帘进行开启或者关闭；在自动模式下，系统可通过检测光照强度的亮暗来控制窗帘的开关。系统使用步进电机的正传和反转来模拟窗帘的开启和关闭。

• • 手机 APP 可以连接 wifi 模块，APP 可实时显示窗帘当前的状态、环境的光强度，也可以发送控制指令，对窗帘进行控制。

远程灯控制：

• ESP8266 WIFI 模块学习之路 (3) 中，通过手机 APP 可以对 ESP8266 连接的 LED 灯进行控制。下载特定的 APP 后，连接到 WIFI 模块对应的 WIFI，输入正确的地址和端口号，即可通过 APP 的开关功能页面设置开关的功能，控制远程的单片机上的 LED 灯。

• 手把手教你开发基于单片机的 wifi 通信的物联网项目 (远程灯控制)，该项目以涂鸦智能的 wifi 模块和 STM32F103C8T6 为主芯片，通过 UART 串口实现通信。经过 WIFI 模块申请、硬件设计、软件设计等步骤，实现了手机 APP 对远程灯的控制。用户可以通过手机涂鸦智能 App 进行配网，控制 LED 的亮灭和亮度。

• 基于 STM32F030F4P6 单片机智能云平台远程控制灯亮灭设计 20 - 050，通过短路检测电路检测两个端子孔是否短接，短接则灯亮，系统将数据通过 wifi 模块发送给本地路由器，再由路由器发送给客户服务器，服务器将数据发送给手机 wifi 串口 APP 显示。同时，通过手机串口 APP 可以发送指令控制高亮灯的灭，协议格式明确。