摘要:本文介紹了一種智能家居環境控制器,開發者設計基于STM32F103C8T6開發闆,通過WIFI模塊接入互聯網,通過公有雲—機智雲AIoT作為服務器,與手機連接。在手機APP的操控下,實現遠程溫度、濕度及光照度的測量,同時遠程控制家居中設備的開啟和關閉。樣機經過長時間測定,運行穩定可靠,具有良好的應用前景。

随着計算機技術、通信技術、網絡技術的發展及互聯網的日益普及,人們對傳統的家居環境也提出了新的要求,人們在信息化社會中需要的不僅僅是舒适的居家環境,更需要一個智能化、信息化的智能家居系統,智能家居逐漸成為未來家居生活的發展方向。

然而,目前的智能家居系統配置較為複雜,添加設備繁瑣,普通用戶很難會使用。若能降低其操作難度,做到即插即用、提供在線升級的服務,新版本能夠完全兼容老版本,這樣極大地節約消費者的使用成本,使智能家居真正走進人們的日常生活。

本項目設計了一款智能家居環境控制器。通過家居環境控制器可以實時掌握室内環境的溫度、濕度及光照度,并可以通過手機平台對溫度進行遠程調控,同時設計了遠程開關,可以用手機遠程控制家居中的有關設備。

1設計思路

(1)家居環境控制器終端設計。系統采用32位的微處理器STM32C8T6作為主控制芯片,**電路包括電源電路、串口通信電路、繼電器電路、wifi通信電路等;程序開發基于MDK開發環境,實現數據采集、數據顯示及無線通信等功能。(2)機智雲系統的搭建。采用機智雲的遠程服務器實現數據點的搭建,完成數據點固件的生成,虛拟服務器的搭建,實現局域網和遠程數據的傳輸,同時支持虛拟調試。(3)安卓手機平台搭建和應用開發。安卓手機應用程序的開發方案是根據實際的應用需求,設計出相應的用戶界面。

2主要硬件電路設計

2.1結構框圖

圖1智能家居環境控制器硬件結構框圖

智能家居環境控制器硬件結構框圖如圖1所示,主要由電源模塊、STM32主控模塊、溫度檢測模塊、繼電器模塊和WIFI模塊幾個部分組成。電源模塊提供其他各模塊工作所需電源,STM32主控模塊采用STM32C8T6芯片,它像大腦一樣控制着**器件的運行,WIFI模塊負責接入互聯網,溫度、濕度、光照度檢測模塊負責采集溫度值,繼電器模塊是系統的執行機構,通過繼電器的通斷實現被控模塊的工作。

2.2電源模塊

為了保證産品工作穩定,在設計電源電路的時候,采用單片機主控模塊和WIFI模塊分别供電的方式,通過5V開關電源從220V市電接入,經過AMS1117穩壓到3.3V,一路給單片機系統供電,一路給WIFI模塊供電。

2.3STM32主控模塊

STM32F103C8T6系統電路如圖2所示。STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M内核STM32系列的32位的微控制器,程序存儲器容量是64KB,需要電壓2V-3.6V,單片機外接8M晶振,在内部經過9倍倍頻,以72MHz的頻率工作[2]。WIFI模塊采用esp8266芯片,如圖3所示。ESP8266尺寸為5×5mm,WIFE模塊需要**器件有10個電阻電容電感、1個無源晶振、1個flash。工作溫度範圍:-40～125℃。在本設計中,WIFI模塊通過與STM32單片機的PA2和PA3連接,保持通信。

圖2 STM32F013C8T6系統電路

2.4傳感模塊

溫度檢測傳感器模塊采用DS18B20芯片,濕度檢測芯片采用DHT11芯片,光照度檢測芯片采用BH1750。STM32單片機将采集到的串行的9～12位數字量經過換算得到溫度值、濕度值及光照度值,然後定時發送給WIFI模塊,然後通過網絡将這些數據發到到服務器,服務器按照協議将溫度、濕度、光照度信息通過網絡發送到用戶的APP,實現環境監測功能。

後期,根據需要還可以擴展其他檢測模塊,如煙霧檢測模塊、紫外線檢測模塊等。

2.5繼電器模塊

本設計共包含三個繼電器模塊,用于控制被控設備的通斷。

3軟件設計

系統的主程序流程圖如圖4所示。本項目中主程序在運行後首先完成系統初始化,然後調用相關的子程序來實現數據采集、數據顯示、無線通信及繼電器處理等功能。其中ESP8266模塊實現溫度數據和繼電器開關量數據上傳雲服務器,同時接受手機APP的控制指令進行上傳數據的控制,圖5所示為手機APP測試界面。

圖3WiFi模塊

圖4主程序流程圖

圖5手機APP測試界面

4 機智雲服務器及手機系統的搭建

用戶在開發者中心進行數據點的搭建,将自己所需的數據點創建起來通過服務器生成自己的特點的固件,每一個固件含有一個唯一的密鑰,防止别人連接自己的設備進行誤操作,同時也保護自己的信息安全。第一次進行數據連接時,需要在一個局域網的下進行數據的匹配,保證手機也是連接到局域網下面,這樣,使用機智雲APP就可以實現連接了。手機app信息實時回傳到後台,後台返回控制信息,實現遠程數據控制和局域網控制。

該設計使用獨特的配網方式,使用一鍵式配網功能,簡化了大量的繁瑣的步驟實現快速配網快速使用,一般的設備在斷網之後就無法實現遠程控制,有的設備隻能實現局域網控制,而這款設計的采用的是分布式配網方式,及時在主網沒有信号使也可以實現自動搜索默認的網絡。同時支持兩個備用網絡實現遠程控制,防止主網斷電之後設備遠程控制無效,一般的智能家居設備都會出現因為使用壽命或者突發情況導緻設備死機,該設計擁有獨特的看門狗設計防止設備死機WiFi模塊的固件擁有獨特的喂狗指令,一旦WIFI模塊和單片機出現信息交換失敗,WiFi模塊的指令配合硬件實現0.5s重啟,從而有效的避免了因為設備死機導緻的其他的問題。

5 結語

本設計完成的智能家居環境控制器,使用戶實時掌握室内環境的溫度、濕度及光照度,并可以通過手機平台對溫度進行遠程調控,同時設計了遠程開關,可以用手機遠程控制家居中的有關設備。樣機經過長時間工業測試,系統運行穩定可靠,具有良好的應用前景。

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