用微信小程序通过瑞萨 RA4E2 控制空调完整系统教程

系统概述

本系统实现了一个基于MQTT协议的空调远程控制系统，由三个主要部分组成：

1. 微信小程序作为用户界面
2. ESP32作为MQTT客户端和通信桥梁
3. 瑞萨RA4E2微控制器作为红外信号发生器

系统工作流程：

1. 用户通过微信小程序发送温度设置指令
2. 指令通过MQTT协议发送到EMQX消息代理
3. ESP32订阅MQTT主题并接收指令
4. ESP32通过串口(UART)将指令转发给RA4E2
5. RA4E2解析指令并生成相应的红外信号
6. 红外信号控制空调调整温度

硬件连接

ESP32 设置

• 使用Serial1(UART1)与RA4E2通信
• RX引脚: GPIO16
• TX引脚: GPIO17
• 波特率: 9600

RA4E2 设置

• 使用P109和P110与ESP32通信
• 红外发射器连接至P815引脚
• LED状态指示连接至引脚207

代码详解

ESP32 代码分析

1. 网络与MQTT配置

// WiFi配置
const char *ssid = "123";            // WiFi名称
const char *password = "12341234";   // WiFi密码

// MQTT配置
const char *mqtt_broker = "broker.emqx.io"; // MQTT代理服务器
const char *mqtt_topic = "aircon/temperature"; // 订阅主题
const char *mqtt_username = "emqx";         // MQTT用户名
const char *mqtt_password = "public";       // MQTT密码
const int mqtt_port = 1883;                 // MQTT端口

2. 初始化设置

void setup() {
    Serial.begin(115200); // 调试串口
    Serial1.begin(9600, SERIAL_8N1, 16, 17); // 与RA4E2通信的串口
    connectToWiFi();      // 连接WiFi
    mqtt_client.setServer(mqtt_broker, mqtt_port); // 设置MQTT服务器
    mqtt_client.setKeepAlive(60);           // 设置保活时间
    mqtt_client.setCallback(mqttCallback);  // 设置回调函数
    connectToMQTT();      // 连接MQTT服务器
}

3. MQTT消息处理

void mqttCallback(char *mqtt_topic, byte *payload, unsigned int length) {
    // 打印接收到的消息
    Serial.print("Message received on mqtt_topic: ");
    Serial.println(mqtt_topic);
    Serial.print("Message: ");
    for (unsigned int i = 0; i < length; i++) {
        Serial.print((char) payload[i]);
    }
    
    // 解析指令
    int i = (int)payload[1];
    if(i == 54) // ASCII '6'，对应温度26度
    {
        Serial1.print("22"); // 发送"22"到RA4E2
        delay(10);
        Serial.println("\n-----------26 ok----------");
    }
    if(i == 56) // ASCII '8'，对应温度28度
    {
        Serial1.print("33"); // 发送"33"到RA4E2
        delay(10);
        Serial.println("\n------------28 ok--------");
    }
}

RA4E2 部分代码

1. 主要功能定义

// PWM配置（用于红外信号生成）
#define PWM_CHANNEL_0          0           // GPT0通道
#define PWM_PERIOD_COUNTS      2630        // PWM周期计数 (38kHz频率)
#define PWM_DEFAULT_DUTY       1315        // 默认PWM占空比 (50%)
#define PWM_PIN_P815           BSP_IO_PORT_08_PIN_15  // P815引脚

// 命令定义
#define PWM_START_CMD          "PWM_START"
#define PWM_STOP_CMD           "PWM_STOP"
#define PWM_DUTY_CMD           "PWM_DUTY="

// LED控制命令
#define LED_ON_CMD     "LED_ON"     // 打开LED
#define LED_OFF_CMD    "LED_OFF"    // 关闭LED
#define LED_TOGGLE_CMD "LED_TOGGLE" // 切换LED
#define LED_ON_DIGITAL  "22"        // 数字命令打开LED（26度）
#define LED_OFF_DIGITAL "33"        // 数字命令关闭LED（28度）

2. 主循环

void hal_entry(void)
{
    // 初始化UART、LED和PWM
    uart_init();
    led_init();
    pwm_init();
    pwm_start(); // 启动PWM
    
    // 发送启动信息
    uart_send_string("=== RA4E2 UART Communication Test ===\r\n");
    
    // 主循环
    while (1)
    {
        // 处理数字命令动作
        if (g_led_action == 1) // 收到"22"
        {
            send_data_26(); // 发送26度红外信号
            uart_send_string("The air conditioner temperature is set to '26'\r\n");
            g_led_action = 0;
        }
        else if (g_led_action == 2) // 收到"33"
        {
            send_data_28(); // 发送28度红外信号
            uart_send_string("The air conditioner temperature is set to '28'\r\n");
            g_led_action = 0;
        }
        
        // 处理其他命令和错误
        // ...
        
        // 延时100ms
        R_BSP_SoftwareDelay(100, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
    }
}

3. 红外信号生成

void send_data_26(void)
{
    uint64_t data1 = 0x482802052; // 35位数据
    uint64_t data2 = 0x20008;     // 32位数据
    uint64_t data3 = 0x482802072; // 35位数据
    uint64_t data4 = 0xB;         // 32位数据
    
    send_start(); // 发送起始信号
    
    // 发送数据1（35位）
    for(int i = 35; i > 0; i--)
    {
        pwm_start();
        Delay_us(560); // 高电平560us
        pwm_stop();
        
        if((data1 >> (i-1)) & 0x01) {
            Delay_us(1690); // 比特1：低电平1690us
        } else {
            Delay_us(560);  // 比特0：低电平560us
        }
    }
    
    // 补位0
    pwm_start();
    Delay_us(560);
    pwm_stop();
    
    // 更多数据发送...
}

void send_start(void)
{
    // 起始信号：高电平9600us，低电平4500us
    pwm_start();
    Delay_us(9600);
    pwm_stop();
    Delay_us(4500);
}

4. UART回调处理

void uart9_callback(uart_callback_args_t * p_args)
{
    switch (p_args->event)
    {
        case UART_EVENT_RX_CHAR:
            // 接收到单个字符
            uint8_t rx_byte = (uint8_t)p_args->data;
            if (g_rx_count < sizeof(g_rx_buffer) - 1)
            {
                g_rx_buffer[g_rx_count] = rx_byte;
                g_rx_count++;

                // 即时检测短数字命令（无需回车换行）
                if (g_rx_count >= 2)
                {
                    if (g_rx_buffer[g_rx_count - 2] == '2' && 
                        g_rx_buffer[g_rx_count - 1] == '2')
                    {
                        g_led_action = 1; // 主循环执行26度命令
                        memset(g_rx_buffer, 0, sizeof(g_rx_buffer));
                        g_rx_count = 0;
                        break;
                    }
                    else if (g_rx_buffer[g_rx_count - 2] == '3' && 
                             g_rx_buffer[g_rx_count - 1] == '3')
                    {
                        g_led_action = 2; // 主循环执行28度命令
                        memset(g_rx_buffer, 0, sizeof(g_rx_buffer));
                        g_rx_count = 0;
                        break;
                    }
                }
            }
            break;
        // 其他事件处理...
    }
}

系统调试与测试

1. 硬件连接检查

• 确认ESP32与RA4E2之间的串口连接正确
• 确认红外发射器连接到RA4E2的P815引脚
• 确认电源供应稳定

2. 软件调试步骤

ESP32端：

1. 打开串口监视器，查看WiFi连接状态
2. 确认MQTT连接成功
3. 使用MQTT客户端工具向aircon/temperature主题发送消息测试
4. 观察ESP32是否正确接收并转发指令

RA4E2端：

1. 通过串口监视器查看系统启动信息
2. 测试直接发送"22"和"33"命令
3. 使用红外接收器验证生成的红外信号是否正确
4. 测试空调是否响应红外信号

3. 常见问题解决

1. WiFi连接失败 ：检查SSID和密码是否正确，网络是否可用
2. MQTT连接失败 ：检查网络连接，确认MQTT服务器地址和端口正确
3. 串口通信失败 ：检查波特率设置（9600），确认TX/RX交叉连接
4. 红外信号无效 ：检查红外发射器连接，确认PWM配置正确

扩展功能

本系统可以进一步扩展以下功能：

1. 支持更多温度设置选项
2. 添加状态反馈机制，让小程序显示当前空调状态
3. 增加定时任务功能，支持预约开关机
4. 添加多个设备支持，实现多房间空调控制
5. 增加安全认证机制，提高系统安全性