QT学习开发笔记（项目实战之智能家居物联网项目1 ）

Posted 2023-04-06 ManGo CHEN

智能家居物联网项目

本章介绍使用 Qt 开发智能家居中的一个物联应用。简单直白的说就是通过云服务器远程控
制设备（与设备通信等）。本章可以直接做毕设，是毕设物联网项目的一大福音！本章将实现远
程点亮开发板 LED 作为一个项目实例。

在生活中，我们可能使用过 WIFI 智能插座这款产品。智能家居中常用来控制电器开关。
比如远程开热水器，远程打开空调，窗帘等等。这些 WIFI 智能插座的原理就是将 WIFI 插座注
册到云服务器上，然后通过手机的 APP 来访问云服务器，然后控制 WIFI 插座。嗯，原理我们
懂了。本章就是模仿？不，或者说是直接开发这样的一个项目。包括 WIFI 连网，注册到云服
务器上，编写 Qt UI 通过网络来与云服务器通信，然后再下发指令到这个连网的设备，与之通
信。恩本章的流程就是这些，带着这个项目流程，然后一步步看笔者是如何通过 Qt 实现的吧！

本章需要读者对正点原子的 wifi 模块 ATK-ESP8266 串口转 WIFI 有一定的了解。正点原子
提供了 STM32 与 ESP8266 模块通信的例程，如果学习过 STM32 与 ESP8266 模块通信的例程
的内容，理解起来则会更容易。建议参考文档：ATK-ESP8266 WIFI 用户手册_V1.x.pdf 及原子
云平台 API 文档 V1.2.pdf。

项目硬件

 必备硬件

本章需要正点原子 ATK-ESP8266 串口转 WIFI 模块（免费接入原子云）。另外还需要加上
一个 USB-TTL 模块，外加一根 T 口 USB 连接线，可接入 PC（电脑）调试。

T 口连接线连接 USB-TTL 模块再连接 ATK-ESP8266 模块到 PC（电脑），用于在 PC（电脑）
上直接使用串口调试/测试此模块。

这里可能会有部分读者会问是否可以用其他 WIFI 模块，比如正点原子 Linux USB WIFI 模
块，或者直接使用开发板联网接入到云设备呢？答案是不可以的！只有一些特定的设备，需要
刷能接入云的固件才能接入服务器。
又有读者问是否可以直接购买一些 WIFI 插座来使用呢？答案是不可以的！因为这些 WIFI

插座也是一样，也是刷了固件，而且这些设备是连接到阿里云的。需要与特定的手机 APP 结合
使用才能注册到阿里云服务器。也就是不能拿来二次开发了！

恰好我们正点原子有物联网模块 ESP8266 与 4G DTU 模块。本章主要讲解如何通过正点原
子的串口转 WIFI ESP8266 模块来开发一个物联网的项目应用！

 可选配件

本项目可以在正点原子 I.MX6U ALPHA | mini 开发板直接使用，下图为正点原子 ALPHA

开发板在底板上预留的 ATK MODULE 接口（串口接口）上的接法图。

特别提醒：如果反复实验不正确时，因为 ATK-MODULE 这个接口，KEY 和 LED 脚如果有其
他程序在使用，那么很可能会影响 ESP8266 模块的功能。刚好那两个脚接到了 ESP8266 的烧录
固件IO-0脚与复位RST脚上，所以我们可以用杜邦线将模块重新连接到这个座子上，只接VCC、

GND、TX 和 RX 脚即可！

测试 WIFI 模块

要实现物联网功能，需要使用正点原子的 ATK-ESP8266 WIFI 模块。首先我们先测试正点
原子的 ATK-ESP8266 WIFI 模块是否正常使用，及能否正常连接原子云服务器。ATK-ESP8266
WIFI 用户手册_V1.3.pdf 手册第 2.2.3 小节硬件连接，将 ATK-ESP8266 WIFI 模块连接到 PC（电
脑），再查阅 ATK-ESP8266 WIFI 用户手册_V1.3.pdf 手册的第 2.2.9.1 小节，注册原子云帐号后，
添加设备，然后按 2.2.9.1 小节测试连接本地 WIFI（自己的路由器发出的 WIFI，注意不要使用
中文名或者有空格的 WIFI，确保路由器的 WIFI 能上网！）。请自行完成并成功连接到原子云。

WIFI 模块连接原子云

请先测试个人的 ATK-ESP8266 模块是否正常使用，及正常连接云。原子云的设备需要先分
好组，各个设备命名如下。注意需要和笔者命名的名字一样，也就是至少有一个分组及一个名
字为“客厅灯”的设备，并记住编号及密码（密码由云生成，默认“12345678”）。
、
源码路径 4/01_smarthome/esp8266/esp8266.cpp，内容如下。默认使用的 WIFI 模块串口通
信波特率为 115200。在 Ubuntu 上设试 WIFI 模块时，一般串口名称为“ttyUSB0”，默认是没有
权限访问这个/dev/ttyUSB0 设备的。所以我们需要使用下面的指令修改权限。（注意：本例适用
于 I.MX6U Linux 开发板与 Ubuntu，Windows 不作测试！）。
sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0

修改完成后查看源码内容如下。先看源码，不要急着运行！

 /****************************************************************** 
 Copyright © Deng Zhimao Co., Ltd. 1990-2021. All rights reserved. 
 * @projectName esp8266 
 * @brief esp8266.cpp 
 * @author Deng Zhimao 
 * @email [e-mail] 
 * @net www.openedv.com 
 * @date 2021-05-27 
 *******************************************************************/ 

1 #include "esp8266.h" 

2 #include <unistd.h> 

3 #include <QDebug> 

4 

5 Esp82266::Esp82266(QWidget *parent) 

6  

7 Q_UNUSED(parent) 

8 /* 串口对象，用于与 Esp8266 模块通信 */ 

9 serialPort = new QSerialPort(this); 

10 

11 /* 定时器对象，用于定时发送设备在线的心跳包 */ 

12 timer = new QTimer(); 

13 
14 /* led 对象，用于串口接收到云发过来的数据，然后控制板子的 LED */ 

15 led = new Led(this); 

16 

17 /* 设置串口名 */ 

18 #if __arm__ 

19 serialPort->setPortName("ttymxc2"); 

20 #else 

21 serialPort->setPortName("ttyUSB0"); 

22 #endif 

23 

24 /* 设置波特率 */ 

25 serialPort->setBaudRate(115200); 

26 

27 /* 设置数据位数 */ 

28 serialPort->setDataBits(QSerialPort::Data8); 

29 

30 /* 设置奇偶校验 */ 

31 serialPort->setParity(QSerialPort::NoParity); 

32 

33 /* 设置停止位 */ 

34 serialPort->setStopBits(QSerialPort::OneStop); 

35 

36 /* 设置流控制 */ 

37 serialPort->setFlowControl(QSerialPort::NoFlowControl); 

38 

39 if (!serialPort->open(QIODevice::ReadWrite)) 

40 qDebug()<<"串口无法打开！可能正在被使用！"<<endl; 

41 else  

42 qDebug()<<"串口打开成功！"<<endl; 

43  

44 

45 /* 开始连接云 */ 

46 connectToClound(); 

47 

48 connect(serialPort, SIGNAL(readyRead()), 

49 this, SLOT(serialPortReadyRead())); 

50 

51 connect(timer, SIGNAL(timeout()), 

52 this, SLOT(onTimerTimeOut())); 

53  

54 

55 void Esp82266::serialPortReadyRead() 

56 

57 /* 接收缓冲区中读取数据 */ 

58 QByteArray buf = serialPort->readAll(); 

59 

60 QString temp = QString(buf); 

61 readData.append(temp); 

62 qDebug()<<temp<<endl; 

63 

64 if (readData.contains("ready"))  

65 /* 如果复位成功 */ 

66 sendCmdToEsp8266("AT+CWMODE=1"); 

67 readData.clear(); 

68  

69 

70 if (readData.contains("OK") && readData.contains("AT+CWMODE"))  

71 qDebug()<<"设置 STA 模式成功"<<endl; 

72 sendCmdToEsp8266("AT+CWJAP=\\"ALIENTEK-YF\\",\\"15902020353\\""); 

73 qDebug()<<"开始连接 WIFI"<<endl; 

74 readData.clear(); 

75  

76 

77 if (temp.contains("WIFI GOT IP"))  

78 qDebug()<<"连接 WIFI 成功"<<endl; 

79 sleep(2); 

80 /* 原子云的设备号及密码 */ 

81 
sendCmdToEsp8266("AT+ATKCLDSTA=\\"02314701717851074890\\",\\"12345678\\""); 

82 qDebug()<<"开始连接原子云请等待"<<endl; 

83  

84 

85 if (temp.contains("CLOUD CONNECTED"))  

86 qDebug()<<"连接原子云成功"<<endl; 

87 sleep(2); 

88 /* 15s 就发送一次心跳包 */ 

89 timer->start(15000); 

90  

91 

92 if (temp == "开") 

93 led->setLedState(true); 

94 else if (temp == "关") 

95 led->setLedState(false); 

96 

97  

98 

99 Esp82266::~Esp82266() 

100  

101 serialPort->close(); 

102 delete timer; 

103 timer = nullptr; 

104  

105 

106 void Esp82266::sendCmdToEsp8266(QString cmd) 

107  

108 cmd = cmd + "\\r\\n"; 

109 

110 QByteArray data = cmd.toUtf8(); 

111 serialPort->write(data); 

112  

113 

114 void Esp82266::connectToClound() 

115  

116 /* 重启模块，注意若已经连接上原子云， 
117 * 需要重新上电或者短接 RST 脚来复位模块 */ 

118 sendCmdToEsp8266("AT+RST"); 

119  

120 

121 void Esp82266::sleep(int second) 

122  

123 usleep(second * 1000000); 

124  

125 

126 void Esp82266::sendTextMessage(QString message) 

127  

128 serialPort->write(message.toLatin1()); 

129  

130 

131 void Esp82266::onTimerTimeOut() 

132  

133 sendTextMessage("online"); 

134 qDebug()<<"发送设备在线心跳包"<<endl; 

135  

查看源码，我们可以知道以下重要内容。
第 72 行，“ALIENTEK-YF”是笔者处的路由器发出的 WIFI 热点名称，密码是“15902020353”。

请修改为自己的 WIFI 名称及连接密码！没有路由器，用手机开热点也可以。

第 81 行，是原子云上的“客厅灯”设备的编号“02314701717851074890”，及密码“12345678”，
请填写自己的设备编号，及密码，注意这个设备需要命名为“客厅灯”，后面程序需要使用到它！
按照上面的程序就容易地可以连接上原子云了。也无需熟读 ATK-ESP8266 WIFI 用户手册

_V1.3.pdf 手册。

阅读笔记联邦学习实战——联邦学习在智能物联网中的应用案例

联邦学习实战——联邦学习在智能物联网中的应用案例

• 前言
• 1. 案例背景与动机
• 2. 历史数据分析
• 3. 出行时间预测模型
• • 3.1 问题定义
  • 3.2 构造训练数据集
  • 3.3 模型结构
• 4 联邦学习实现
• 阅读总结

前言

FATE是微众银行开发的联邦学习平台，是全球首个工业级的联邦学习开源框架，在github上拥有近4000stars，可谓是相当有名气的，该平台为联邦学习提供了完整的生态和社区支持，为联邦学习初学者提供了很好的环境，否则利用python从零开发，那将会是一件非常痛苦的事情。本篇博客内容涉及《联邦学习实战》第十一章内容，使用的fate版本为1.6.0，fate的安装已经在这篇博客中介绍，有需要的朋友可以点击查阅。本章内容主要围绕人工智能物联网（AIoT），一种将人工智能技术和物联网技术相结合而出现的前瞻性概念。在AIoT的概念中，物联网中的设备和传感器能收集大量数据，通过对数据进行人工智能的语义分析和处理，实现万物数据化、智能化，帮助使用者做出更好的决策。尽管如此，由于数据隐私相关法案完善，IoT设备数据得到严格保护，导致IoT设备成为了数据孤岛，数据价值难以被利用。随着联邦学习技术的提出和普及，以及边缘计算能力跌加强，FL正迅速成为AIoT领域数据隐私保护机器学习的有效方案。

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1. 案例背景与动机

随着AIoT技术的发展，智慧城市、智能家居、智慧社区等概念层出不穷。智慧社区是指通过在社区部署AIoT设备，采集用户日常行为数据，通过人工智能技术分析，为用户出行带来更好的建议，达到智慧化管理的目的。

由于社区住户行为数据属于个人隐私，所以不适合集中式处理，只能在本地进行独立处理分析，这种单点数据处理方式效果有限，功能也仅限本社区。联邦学习提供了有效的解决方案，通过联邦学习技术架构，一方面保证用户的数据不离开本地，另一方面有效联合各个社区的数据进行联合建模。

2. 历史数据分析

社区住户出行数据通常包括住户的登记信息和历史出行信息。

• 登记信息：性别，年龄等画像信息。
• 出行信息：ID，出行时间，出行地点，通行方式。

在分析不同住户群体的不同出行习惯上，存在着较大的差异，传统的数据分析很难得到满意的效果：

• 不同群体差异性大，统计分析很难捕获关键的统计规律性。
• 单个社区住户数量少，仅仅依靠单个住户的数量进行建模，无法构建有效的机器学习模型。

3. 出行时间预测模型

3.1 问题定义

对于出行时间的预测，一般归结为回归问题。即通过用户的历史行为准确预测用户下一次的出行时间。但是用户的出行具有随机性，事实上，绝大多数只是需要一个大致的区间，这样的难度比准确预测一个时间点更低。
所以，将用户的出行退化为一个多分类问题，将每天划分为多分时间段，预测用户出行的时间段。

3.2 构造训练数据集

根据用户出行历史数据预测未来的出行数据，这是典型的时间序列模型。首先构造特征x，特征构造包括两个层面的特征数据：

• 画像属性特征：用户性别，年龄，工作日出行频率，休息日出行频率等用户画像信息。
• 时间序列特征：以N星期为周期生成序列，将该序列作为递归神经网络的输入得到用户时序行为特征。

对于标签y的构建相对简单，比如将每天24小时划分为6个区间，如果出行时间在早上7点，那么该条记录为[0,1,0,0,0,0]。当然还可以根据实际的业务来定。

3.3 模型结构

模型构建如上图所示，将序列数据输入递归网络中提取时序特征，再与属性特征拼接输入全连接层，经过sigmoid分类得到出行概率。
模型构建代码如书中p156所示，这里用Keras快速构建出行时间预测模型。

4 联邦学习实现

本节架构可以直接复用第10章的实现，服务端和客户端的通信基本一致，主要区别在于数据的格式和模型结构不同。由于本章内容涉及保密协议，所以博主也无法复现其代码，读者只能够参考书中的代码，实际上， 学习的目的本身也不只是复现，更重要的是弄明白模型构建的逻辑，大行不顾细谨，大礼不辞小让，细节的部分，还是需要自个花费功夫精心打磨才是。
最后是关键的性能分析部分，本案例通过对10个社区的打卡数据进行分析，总共上万住户和近百万条样本数据，构建出6分类出行预测模型，效果如下图所示：

可以看出，在联邦学习的训练下，各个社区的模型效果都要好于本地训练的结果，可见联邦学习在智慧社区环境下的优越性。

阅读总结

本章内容更多的是对联邦学习在工业界应用的一个拓展和了解，由于涉及到保密协议，所以项目实现的代码和数据集都未能公布，实属遗憾，但是从训练结果可以看出，联邦学习确实在工业界有很大的应用前景，无论是打破数据孤岛，还是提升模型性能，联邦学习都将会是AIoT有力的武器。