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【得捷电子Follow me第1期】综合任务5：简易“家庭守护助手”|PicoW家居监测及收发邮件消息通知 #短视频 - 简单自我介绍：EEWORLD论坛物联网电子爱好者 - 硬件：使用硬件Pico W核心板（带主控RP2040+WiFi模块），毫米波模块，蜂鸣器，OLED显示屏 - 实现功能：人存在监测，发生告警蜂鸣器鸣叫并通过邮件发出通知；远程邮件下发，则可以控制开发板设备动作，或获取本地传感器数值状态 - 演示实验：A、告警上报 （本地告警+手机邮件消息+电脑邮件消息）B、下发控制蜂鸣器 C、下发获取传感器状态（下发邮件+返回邮件） #项目总结 ##背景 - 某天出门，担心门没关好，老是想着有没有一个方法可以知道家里状态？作为电子爱好者，怎可能放过它，总想找个办法解决一下～～～ - 出租房的原因，也不想用什么智能家居套装. - 家庭应用:个人极客，居家应用，简单方便 - 常用方法：用云连接，远程可控，这类方案用ESP32实现非常常见了。所以，在此不作赘述! - 今天带着“技术本无高低贵贱”心态，以好玩&可学习的宗旨，用了邮件消息的方式【ps：网上有被人把这方式说得一文不值！】实现通过WI-FI通信，连接邮件服务器，让Pi Pico W开发板可被用户作远程双向控制。分别用到了SMTP和IMAP的协议。 - 中间也比较有幸学习参考了umail（链接:[Awesome MicroPython (awesome-micropython.com)](https://awesome-micropython.com/) 上面有很多不错的micropython包）和网上一大佬[Anonymitor](https://www.zhihu.com/people/passerby-1)（链接：[在基于microPython的esp32上实现采用SMTP\POP3、SMTP\IMAP协议通信的服务器作为信息中转的编程开发 - 知乎 (zhihu.com)](https://zhuanlan.zhihu.com/p/568450880?utm_id=0)）的贡献。 当然，直抄代码是没办法直接调试通过的，当中的坑位，下文会详细进行说明探讨！ ##主要功能 - 通过WiFi连接路由器实现连网 - 毫米波检测模块探测到人来或人离，驱动蜂鸣器指示 - 开发板通过smtp协议向目标邮箱上报毫米波检测模块探测状态到的人存在状态 - 开发板通过imap查收邮件，用户可用邮件方式向开发板发送控制命令 - 可用下发邮件方式，查询传感器当前状态 ##硬件框图 - 外围模块：OLED显示屏（I2C接口），蜂鸣器（GPIO），人存在检测模块（GPIO/UART） - 核心主控：Raspberry Pi Pico W（RP2040）、片上WiFi（英飞凌CYW43439）、片内温度检测和指示LED灯  ##硬件连接 - 开发板硬件 通过PinOut图，可以将Pico W的引出引脚进行了解。  - 毫米波传感器模块 MR5G21毫米波微动监测模块的示意图，如下所示。它引出VCC、GND、OUT和UART TXD/RXD，其中OUT脚为毫米波监测到人存在的状态输出脚。电源VCC支持3.3~5V的电源输入。  - OLED模块 OLED模块引出了GND、VCC、SDA和SCL，共计4个引脚。通过4pin的防呆插头可以将OLED屏幕链接到Pico W的底板的I2C1。  - 蜂鸣器接口 蜂鸣器模块引出GND、VCC、NC、SIG，共计4个引脚。同样，也可以通过排线链接到底板A0上。  ##软件设计 通过查阅网络资料，先了解一下邮件收发的协议： ###邮件收发协议 - SMTP是什么 （英文全称：Simple Mail Transfer Protocol；中文全称：简单邮件传输协议）是一种提供可靠且有效的[电子邮件传输](https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B5%E5%AD%90%E9%82%AE%E4%BB%B6%E4%BC%A0%E8%BE%93/22035911)的协议。SMTP是建立在FTP[文件传输服务](https://baike.baidu.com/item/%E6%96%87%E4%BB%B6%E4%BC%A0%E8%BE%93%E6%9C%8D%E5%8A%A1/5389842)上的一种邮件服务，主要用于系统之间的邮件信息传递，并提供有关来信的通知。 - SMTP的特点： 1）SMTP是基于文本的协议 2)工作于发送与接收的机器在持续连线的网络下工作，是作为UUCP协议的补充研发的（UUCP，Unix-to-Unix Copy(UNIX至UNIX的拷贝)，Unix系统的一项功能，允许计算机之间以存储-转发方式交换e-mail和消息。在Internet兴起之前是Unix系统之间连网的主要方式。） 3）SMTP区别其他两种协议最重要的一点：SMTP在传递信息的过程是通过“推送”的形式，不能作“拉取”消息，如果需要实现拉取，邮件相应的客户端必须使用POP和IMAP。 4）SMTP是属于TCP/IP协议簇里面的 5）SMTP建立于FTP传输服务之上 6）SMTP的重要特性之一是跨越网络传输邮件，即是“SMTP邮件中继” - SMTP的工作过程： 1）建立连接：SMTP客户端请求与SMTP服务器建立一个TCP连接，连接成功后互通域名等一系列相关信息 2）邮件发送：SMTP客户将邮件发送给SMTP服务器，SMTP服务器进行接收 3）连接释放：SMTP退出命令，服务器处理相应，随后关闭TCP连接 - 摘要链接：（[介绍SMTP、IMAP、POP三种邮件协议及其功能点_简述smtp pop imap协议_お诠释爱も去LOVE的博客-CSDN博客](https://blog.csdn.net/qq_44852846/article/details/120716611)） - IMAP是什么 IMAP（Internet Message Access Protocol）以前称作交互邮件访问协议（Interactive Mail Access Protocol），是一个[应用层协议](https://baike.baidu.com/item/%E5%BA%94%E7%94%A8%E5%B1%82%E5%8D%8F%E8%AE%AE/3668945)。 - IMAP协议特点： 1）IMAP协议默认传输协议：TCP/IP 2）IMAP协议适用的网络架构：C/S 3）IMAP协议访问模式：离线/在线 此项是POP协议最大的区别 4）IMAP协议存储模式：分布式 5）提供面向用户的邮件收取服务 6）能够持续不间断的连接服务器，客户端操作服务器端可以看见 7）支持多个用户同时访问且能让用户感知其他用户的操作 8）支持访问消息中的MIME部分和部分获取 9）支持服务器保留信息状态 10)处于TCP/IP模型中的应用层协议 - IMAP的工作原理： 离线情况：与POP3基本保持一致性 在线情况：客户端在于服务端会持续不断的进行连接，客户端可直接在进行在线浏览等之类的操作，再决定是否下载相关邮件，即是客户端直接在服务器上对邮件进行相应的操作。 - 服务器域名和端口，加密 每个邮箱都有一个域名，例如【 smtp = umail.SMTP('smtp.qiye.aliyun.com', 465, ssl=True) # aliyun mail's SSL port】，其中的参数smtp.qiye.aliyun.com为域名，465为端口，ssl=True表示是否采用加密连接。若不确定所使用邮箱的以上信息，可以网页登入邮箱设置界面查询到。 - 邮箱密码与授权码 【注意坑位】：邮箱密码并不是授权码，授权码是在假定第三方终端不受信的情况下，不直接采用密码输入登录，进而采用第三身份验证手段确认后（例如短信验证），使服务器生成一个序列文本，代替用密码登录。 在调用SMTP或IMAP需要用到第三方终端登录的授权码，例如【smtp.login('axxx@qq.com', 'zs0Kz123456ZmScr')】登录参数第一个为邮箱地址，第二个为一串授权码，该授权码也需要从邮箱网页设置界面，使能第三方终端登录时，会生成的一个序列文本。【提醒：如果所用测试的邮箱，之前在foxmail等PC终端中使用，若重新生成授权码之后，同时，需要修改PC端终端上的密码为授权码，原邮箱密码是没法再从foxmail上登录邮箱。在用邮箱官方网页登录是可以用密码登入的。】 ###软件实现过程 - 流程图  - 先初始化屏幕及外设，然后建立WiFi连接，再根据监测的警报状态进行告警邮件发送，并根据定时间隔查询邮件服务器，做出回复应答。 ###WiFi连接 通过network包创建WiFi链接，在WiFi链接路由器成功后，将IP地址进行打印输出，完成WLAN的链接即可进行邮件协议的应用传输。 ``` # 网络密码 ssid = "your-ssid" password = "your-password" # 联网 wlan = network.WLAN(network.STA_IF) wlan.active(True) wlan.connect(ssid, password) # Wait for connect or fail max_wait = 10 while max_wait > 0: if wlan.status() < 0 or wlan.status() >= 3: break max_wait -= 1 print("waiting for connection...") time.sleep(1) # Handle connection error if wlan.status() != 3: raise RuntimeError("network connection failed") else: print("connected") status = wlan.ifconfig() print("ip = " + status[0]) ``` ###发送邮件 （1）设置阿里云邮箱->打开三方客户端登录->获取授权码 - 通过网页界面登录邮箱，进行如下设置。 - 使用新版本界面风格，在右上角的【设置】，然后【账户与安全】选择【账户安全】然后在【三方客户端安全登录管理】打开【三方客户端密码】开关，然后复制生产的新密码，将其放入Micropython工程用于SMTP登录  （2）实时性 - 【注意坑位】：每次邮件主题要变化，确保邮件服务器不拦截丢弃邮件。否则出现使用SMTP连续发送多封邮件后，手机或PC客户端仅收到第一封邮件。因此，如下代码加入Tag计数变量，以便使得每封邮件的subject都是变化的。 （3）主要功能代码 - 以下代码邮箱地址以及授权码需要更换为所测试的目标所属。另外，邮箱服务器域名及端口也需要正确配置，如：'smtp.qiye.aliyun.com', 465 则为阿里云服务器域名地址及端口，支持SSL加密连接。 ``` def smtpMailSend(tag, doorstate, temperature): smtp = umail.SMTP('smtp.qiye.aliyun.com', 465, ssl=True) # aliyun mail's SSL port smtp.login('your-mail@yourmailbox.com', 'your-auth-key') # 需要替换为所需的邮箱和授权码 smtp.to('your-mail@yourmailbox.com') smtp.write("From: Home Sensor Device Msg" + str(tag)+ " <your-mail@yourmailbox.com>\n") smtp.write("To: Home Master <your-mail@yourmailbox.com>\n") smtp.write("Subject: MicroPython+Pico W->SMTP/IMAP email message\n\n") if (doorstate == 0): smtp.write("The door of your home is close.\n") else: smtp.write("The door of your home is open.\n") smtp.write("The temperature of your home is " + str(temperature) + "\n") smtp.write("...\n") ret = smtp.send() print(ret) smtp.quit() ``` ###查收邮件 （1）IMAP命令集 在执行的socket连接之后，需要通过登录指令登入IMAP服务器的对应的邮箱账号，并通过指令对邮箱内的邮件执行查询，并在返回的响应数据中，检索出需要的subject信息。详细关于IMAP的指令集，可以参考如下链接： [RFC 3501: INTERNET MESSAGE ACCESS PROTOCOL - VERSION 4rev1 (rfc-editor.org)](https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc3501) （2）主要功能代码 ``` def imapMailHandle(): a = umail.IMAP("imap.qiye.aliyun.com", 143) resp = a.accountLogin('your-maibox@yourmailbox.com', 'your-auth-key') print(resp) #OLED显示发送成功状态 if resp != "login success": oled.fill(0)# clear oled.text("Login Fail!", 0, 0) oled.show() else: oled.fill(0)# clear oled.text("Login Success!", 0, 0) oled.show() resp = a.querySubjectCommandDit() for key in resp: resp = a.deleteEmail(key)# 删除指令的邮件 print(key) cmdlist = a.getContrlCommand() display = False for i in range(len(cmdlist)): #print(cmdlist[i]) #imapMailHandle if (cmdlist[i][0:22] == "Subject: cmd,buzzer,on"): beepAlarm(3) display = True elif (cmdlist[i][0:23] == "Subject: cmd,buzzer,off"): beepAlarm(0) display = True elif (cmdlist[i][0:23] == "Subject: cmd,sensor,get"): beepAlarm(1) display = True global buttonInt #trigger send sensor state email buttonInt = True if display == True: oled.fill(0)# clear oled.text("Received Mail Success!", 0, 0) oled.show() a.closeConnect() ``` （3）调试Log信息  ###OLED显示 OLED屏幕是以I2C接口与主控链接，因此需要引入I2C和ssd1306的库，调用OLED实例即可完成文本显示和屏幕刷新。 ``` from ssd1306 import SSD1306_I2C from machine import Pin, I2C # OLED显示 # Grove - OLED Display 0.96" (SSD1315) i2c = I2C(1, scl=Pin(7), sda=Pin(6), freq=400000) oled = SSD1306_I2C(128, 64, i2c) oled.fill(0)# clear oled.text("System Start", 0, 0) oled.text("Home Sensor", 0, 32) oled.text("Alanlan86", 0, 48) oled.show() ``` ###人存在监测及报警 - 毫米波模块，通过监测微波方式探测到人进入检测范围后，输出电平状态，Pico W开发板通过GP16进行中断检测。 ``` button = machine.Pin(16, machine.Pin.IN, machine.Pin.PULL_UP) buttonState = button.value() buttonInt = False # button handle_interrupt def handle_interrupt(pin): global buttonInt, buttonState, button buttonInt = True buttonState = button.value() button.irq(trigger = (machine.Pin.IRQ_RISING|machine.Pin.IRQ_FALLING), handler = handle_interrupt) while True: #button intterup event handle if (buttonInt == True): buttonInt = False tag += 1 print("tag=" + str(tag)) print("button state change...\n") beepAlarm(2) print("post email message...\n") smtpMailSend(tag, buttonState, temperature) oled.fill(0)# clear oled.text("Send Mail!", 0, 0) oled.show() ``` - 蜂鸣器控制，通过GP26控制I/O反转，驱动有源蜂鸣器发出鸣叫声音。 ``` buzzer = machine.Pin("GP26", machine.Pin.OUT) def beepAlarm(cnt): for i in range(cnt): buzzer.on() utime.sleep(0.25) buzzer.off() utime.sleep(0.25) buzzer.off() ``` - 片内温度检测，通过ADC检测芯片内部的PN结，从而计算得到温度（扩展了解可以参考网络链接：[如何利用PN结来测量温度？ (taodudu.cc)](http://www.taodudu.cc/news/show-244105.html?action=onClick)）。 ``` #internal temperature sensor_temp = machine.ADC(machine.ADC.CORE_TEMP) conversion_factor = 3.3/(65535) while True: #### 省略部分其他代码#################### # sample internal temperature reading = sensor_temp.read_u16() * conversion_factor temperature = 27 - (reading - 0.706)/0.001721 #print("Temp: ", temperature) ``` ##功能展示 - 整体实物  - 调试测试过程 （1）发送控制邮件： 从邮箱中发出：subject（主题）为【cmd,buzzer,on,】的邮件，Pico W开发板收到邮件后，将驱动蜂鸣器鸣叫3次。 从邮箱中发出：subject（主题）为【cmd,buzzer,off,】的邮件，Pico W开发板收到邮件后，将驱动蜂鸣器停止鸣叫。  （2）发送邮件获取状态： 从邮箱中发出：subject（主题）为【cmd,sensor,get,】的邮件，Pico W开发板收到邮件后，将驱动蜂鸣器鸣叫1次，同时再鸣叫2次，并触发开发板上报当前人存在状态和温度值。 （4）查收邮件通知：  （5）手机查收通知消息：    ##资料及源码 -其他任务帖相关链接： [【得捷电子Follow me第1期】+任务1：熟悉micropython的基本语法 - Digi-Key得捷电子技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1245306-1-1.html) [【得捷电子Follow me第1期】+ 任务2 驱动外设->蜂鸣器->2只老虎音乐 - Digi-Key得捷电子技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1245312-1-1.html) [【得捷电子Follow me第1期】+ 任务3 网络时间同步到OLED上 - Digi-Key得捷电子技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1245322-1-1.html) [【得捷电子Follow me第1期】+任务4 GNSS模块（Air530）定位 - Digi-Key得捷电子技术专区 - 电子工程世界-论坛 (eeworld.com.cn)](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1245329-1-1.html) - 综合任务源代码链接： 【提醒：如下载源码实验，请将SSID\Password\邮箱名称\授权码等私有信息进行配置后再测试】 ##活动心得体会 - 致谢：感谢得捷电子和EEWORLD电子工程世界社区举办本次Follow Me活动！使得本人可以在学习之余也有一个比较好的交流平台，与一帮志同道合的工程师进行思想的碰撞！这是意见非常赞的事情！👍 - 建议：针对活动提一个个人不成熟的想法，是否可以考虑综合任务部分推出建议性主题方向，或者自行挑主题进入小组配合！因为对于本人来说，思考综合任务的"创意灵感"还是比较困难，弄死不少脑细胞！！！哈哈哈哈~~~~