基于wifi的物联网控制照明电路

2018-05-30广东技术师范学院黄道燚

电子世界 2018年9期

广东技术师范学院黄道燚

一、总体结构

图1 总体结构框图

本设计的整体结构框图如上图1所示，以中国移动物联网平台为中继，使用手机APP对物联网平台的数据流进行设置，每一个设备对应物联网平台的一个数据流，以达到分离控制的效果[1]。在各个照明系统部分则加入单片机、wifi模块、继电器模块等电路。通信时，wifi模块连接到家庭路由器，再借助路由器网络连接到物联网平台，单片机系统则通过wifi模块对物联网平台进行对应的数据流读取操作，再根据app设置的对应数据流的数值，借助继电器电路，对照明电路的通断进行控制，从而控制照明灯的目的。

在手机app设计方面，则是分别设置了按钮控制和语音控制两种方式，对用户的按钮输入或语音输入作判断。判断用户需要对那盏灯，进行开还是关的操作。判断完成后，最后都以连接物联网平台，改变物联网平台对应数据流的方式进行控制照明设备。下文将分别从硬件电路和软件设计两部分分别对该系统进行阐述。

二、硬件电路

本设计每一个照明灯及控制系统的硬件电路主要由下面各个子电路部分构成：

（1）单片机（STC15F2K60S2）最小系统，由于该款单片机集成了晶振和复位电路，所以只需提供电源便可正常工作。单片机与其它电路的连接如图2和标号所示：

图2 主电路

单片机是本设计的核心处理器，主要完成整个系统的控制、处理工作,包括驱动wifi模块接入家庭路由器、通过wifi模块及家庭路由器接入中移动物联网平台、定时读取物联网平台数据、驱动继电器模块对照明电路的通断进行控制等工作。

（2）Wifi模块电路主要完成接入家庭路由的功能，其电路连接见图2，通过2.4Gwi fi网络，连接到家庭无线路由器，使用要将家庭路由器账号和密码写入单片机。

（3）继电器电路及照明灯。其电路连接见图2。由于单片机的系统工作电压为5v，而照明灯工作电压220v，两者电压类型和电压值都不相同，所以单片机不能直接对照明电路进行控制。在本设计中使用继电器电路对两者进行隔离，起到保护单片机电路系统和对照明电路进行间接控制的作用。

（4）稳压电源电路。家庭用电为交流220v，而单片机工作电压为直流5v，单片机无法直接接入到家庭用电当中，所以需要先进行电压转化，然后再接入。本设计采用稳压电源电路来实现电压的转化，先使用变压器电路对交流电压220v进行降压和整流，转化为12V的直流电压，再使用稳压芯片7805对其进行稳压，从而获取单片机使用的工作电压5V。如图3所示：

图3 稳压电源电路

三、软件系统设计

本设计软件系统分单片机程序部分和app部分，下面分别阐述：

1、单片机程序流程

单片机的总体设计流程如下：

（1）初始化工作：包括波特率设置、IO口初始化、wi fi模块的AT指令设置等工作。

（2）连接物联网：驱动wifi模块连接家庭无线路由器，接入中国移动物联网平台，每隔2秒读取本设计对应的数据流一次。具体格式：

读取数据流[2]：

（3）对数据流数进行判断。如上格式，“id”后面的“deng1”为数据流的名称，表示对应第一个照明设备。本系统设置的数据流名称为deng1、deng2、deng3等分别对应各个照明设备，“current_value”的后面为数据流的值，如果该值为1则控制继电器电路开灯，如果该值为0则控制关灯。所以在读取到物联网平台数据后，要对其进行解析提取出数据流的值，再进行判断，在执行开关灯的操作。

2、app设计流程

使用app-inventor进行app设计与制作[3]，设计的界面如下图4所示：

图4 手机app设计的界面

手机app的界面如图4，包括各个灯的指示标签和打开、关闭按钮，以及话筒按钮。设计流程如下：

（1）用户按下按钮时，则app软件后台借助手机网络接入物联网平台，并对该按钮所对应的灯的数据流进行开关数值设置。例如：用户按下灯6后面的“打开”按钮，则app软件对中国移动物联网平台进行接入。接入后，发送修改数据流指令信息格式如下：

灯6所对应的数据流是“deng6”, 这里"value"：1是将其值改为1，从而达到照明设备6在读取数据流时，得到的值是1，从而单片机驱动继电器控制进行开灯操作。

（2）增加语音模块和语音文本转化模块。当用户按下“话筒”按钮，则调用科大讯飞语记开始接受用户的语音输入[4]，用户语音输入完毕后，则使用语音文本转化模块将语音转化为文本，然后对该文本进行检查、比较，检查文本是否包含例如“开灯1”、“开灯2”、“关灯6”等关键字，如果有这些关键字，则按照内容去更改对应的数据流的值，具体流程操作同上按钮的流程。