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一、项目概述

在物联网（IoT）时代，智能设备的远程控制变得越来越重要。本文介绍了一个构建智能设备控制面板的项目，允许用户通过 Web 应用来控制多个 ESP32 设备。用户可以通过该面板查看设备列表，实时了解设备状态，并对设备进行操作（例如开关、调节亮度等）。

二、系统架构

为了满足项目需求，我们设计了一套系统架构，包括前端、后端、数据库和通信协议，如下图所示：

1. 单片机和设备

• 单片机：ESP32

• 设备：智能灯光、智能插座等

2. 通信协议

• WebSocket：用于实时通信，保证设备状态的实时更新

• RESTful API：用于设备的管理操作

3. 技术栈

• 前端：React、Vue.js 或 Angular（本文选择 React）

• 后端：Node.js、Flask 或 Django（本文选择 Node.js）

• 数据库：MongoDB 或 Firebase（本文选择 MongoDB）

三、环境搭建

1. 前端环境

安装 React 开发环境：

npx create-react-app smart-device-control-panel
cd smart-device-control-panel
npm start

2. 后端环境

安装 Node.js 和 Express：

mkdir backend
cd backend
npm init -y
npm install express mongoose body-parser ws

3. 数据库环境

安装 MongoDB：

# 对于 macOS 用户
brew tap mongodb/brew
brew install mongodb-community@5.0# 启动 MongoDB
brew services start mongodb/brew/mongodb-community

四、代码实现

1. 前端代码

在 src 目录下创建组件和服务，主要包括设备列表管理、设备控制和实时状态更新。

设备列表组件

DeviceList 组件用于显示所有设备的列表。

// src/components/DeviceList.js
import React from 'react';function DeviceList({ devices }) {return (<div><h2>设备列表</h2><ul>{devices.map((device) => (<li key={device.id}>{device.name} - {device.status}</li>))}</ul></div>);
}export default DeviceList;

设备控制组件

DeviceControl 组件用于控制设备的状态。

// src/components/DeviceControl.js
import React, { useState } from 'react';function DeviceControl({ onControl }) {const [deviceId, setDeviceId] = useState('');const [command, setCommand] = useState('');const handleSubmit = (e) => {e.preventDefault();if (deviceId && command) {onControl(deviceId, command);}};return (<div><h2>设备控制</h2><form onSubmit={handleSubmit}><div><label htmlFor="deviceId">设备 ID:</label><inputtype="text"id="deviceId"value={deviceId}onChange={(e) => setDeviceId(e.target.value)}/></div><div><label htmlFor="command">指令:</label><inputtype="text"id="command"value={command}onChange={(e) => setCommand(e.target.value)}/></div><button type="submit">发送</button></form></div>);
}export default DeviceControl;

服务模块

deviceService 模块用于与后端进行通信。

// src/services/deviceService.js
const API_URL = 'http://localhost:3000';export async function getDevices() {const response = await fetch(`${API_URL}/devices`);return response.json();
}export async function controlDevice(id, command) {await fetch(`${API_URL}/control/${id}`, {method: 'POST',headers: {'Content-Type': 'application/json',},body: JSON.stringify({ command }),});
}export function subscribeToDeviceUpdates(callback) {const ws = new WebSocket('ws://localhost:8080');ws.onmessage = (event) => {const device = JSON.parse(event.data);callback(device);};
}

主应用组件

App 组件是主应用组件，负责管理设备列表和控制操作。

// src/App.js
import React, { useState, useEffect } from 'react';
import DeviceList from './components/DeviceList';
import DeviceControl from './components/DeviceControl';
import { getDevices, controlDevice, subscribeToDeviceUpdates } from './services/deviceService';function App() {const [devices, setDevices] = useState([]);useEffect(() => {getDevices().then(setDevices);subscribeToDeviceUpdates((updatedDevice) => {setDevices((prevDevices) =>prevDevices.map((device) => (device.id === updatedDevice.id ? updatedDevice : device)));});}, []);const handleControl = (id, command) => {controlDevice(id, command);};return (<div className="App"><DeviceList devices={devices} /><DeviceControl onControl={handleControl} /></div>);
}export default App;

2. 后端代码

在 backend 目录下创建服务器和路由，处理设备管理和控制请求。

设备模型

Device 模型定义设备的结构。

// backend/models/Device.js
const mongoose = require('mongoose');const deviceSchema = new mongoose.Schema({name: String,status: String,
});module.exports = mongoose.model('Device', deviceSchema);

服务器和路由

server.js 文件设置服务器，处理设备列表和控制请求，并通过 WebSocket 实现实时状态更新。

// backend/server.js
const express = require('express');
const mongoose = require('mongoose');
const bodyParser = require('body-parser');
const WebSocket = require('ws');
const Device = require('./models/Device');const app = express();
const wss = new WebSocket.Server({ port: 8080 });
app.use(bodyParser.json());// RESTful API
app.get('/devices', async (req, res) => {const devices = await Device.find();res.json(devices);
});app.post('/control/:id', async (req, res) => {const { id } = req.params;const { command } = req.body;// 发送控制命令给设备// 这里可以通过与 ESP32 设备通信的特定实现来发送命令const device = await Device.findById(id);if (device) {// 更新设备状态逻辑device.status = command.status; // 假设 command 包含 status 属性await device.save();// 通知所有 WebSocket 客户端wss.clients.forEach((client) => {if (client.readyState === WebSocket.OPEN) {client.send(JSON.stringify(device));}});res.sendStatus(200);} else {res.sendStatus(404);}
});// WebSocket
wss.on('connection', (ws) => {ws.on('message', (message) => {const { id, status } = JSON.parse(message);Device.findByIdAndUpdate(id, { status }, { new: true }, (err, device) => {if (err) return;wss.clients.forEach((client) => {if (client.readyState === WebSocket.OPEN) {client.send(JSON.stringify(device));}});});});
});app.listen(3000, () => {console.log('后端服务器在 http://localhost:3000 运行');
});

代码说明

前端代码说明

1. DeviceList 组件 (DeviceList.js)

• 用于显示设备列表。

• 从 props 获取设备数据，并生成设备列表的 HTML 元素。

3. DeviceControl 组件 (DeviceControl.js)

• 用于控制设备。

• 包含设备 ID 和控制指令的输入框，并在表单提交时调用 onControl 函数。

5. deviceService 模块 (deviceService.js)

• getDevices 函数：从后端获取设备列表。

• controlDevice 函数：向后端发送控制设备的指令。

• subscribeToDeviceUpdates 函数：通过 WebSocket 订阅设备状态更新。

7. App 组件 (App.js)

• 主应用组件，管理设备列表和控制操作。

• 使用 useEffect 钩子在组件挂载时获取设备列表，并订阅设备状态更新。

• handleControl 函数调用 controlDevice 发送控制指令。

后端代码说明

1. 设备模型 (Device.js)

• 定义设备的 Mongoose 模型，包含 name 和 status 属性。

3. 服务器和路由 (server.js)

• 监听客户端连接和消息，更新设备状态并通知所有客户端。

• GET /devices：获取所有设备。

• POST /control/:id：控制指定 ID 的设备，并通过 WebSocket 通知所有客户端。

• 使用 Express 创建服务器，并连接到 MongoDB 数据库。

五、项目总结

在本项目中，我们构建了一个智能设备控制面板，用户可以通过 Web 应用控制多个 ESP32 设备。项目使用 React 构建前端，用 Node.js 和 Express 搭建后端，使用 MongoDB 存储设备数据，并通过 WebSocket 实现设备状态的实时更新。项目架构清晰，功能完备，为用户提供了良好的体验。