基于IOT技术的智能香薰控制系统

黄萍萍，罗清雄，郑月滢，倪伟传，万智萍

（中山大学新华学院，广州 510520）

0 引言

在物联网[7]快速发展的情况下，在越来越多的领域中应用智能化[1,3]的手段来解决问题。香薰机是通过散发出来的活氧负离子，与空气中有害的气体分子产生强力反应、综合清除，已达到净化空气的作用，也可以让室内空气变得清新些，使得环境空间中更加适宜。目前，香薰机的控制大多数处于依靠手动调节的状态，而且空间环境中的温湿度调节往往被忽略。在市场中，有极少部分香薰机利用语音进行远程控制，但该远程控制系统中仅仅完成了远程控制，未考虑对实际环境空间的影响，并没有设计出智能调控的软硬件协作系统。

因此，我们此研究项目是基于IOT技术[2,5,14]的智能香薰控制系统，增加了时间、温湿度的显示，使得用户可通过OLED的显示来操控香薰机。利用LED三色光来显示香薰机散发的强弱状态，更好地智能控制香薰机使其运作。本系统以STM32F107为核心控制器，可根据需要连接多个传感器模块，实时的对环境进行数据采集，使用户可以在移动客户端上详细了解到温湿度的具体情况且可根据不同的需要进行控制智能香薰机，操作简单、智能调控等优点。

1 整体系统结构

本系统主要包括硬件系统模块、软件系统模块、客户端智能控制模块三大核心模块。整个系统结构如图1所示。

图1 系统结构图

硬件系统模块：系统将DHT11数字温湿度传感器、DS3231、OLED显示屏模块等接入到STM32F107VC主板通过ESP-8266WIFI模块[4,6,8]接入云服务器，把各传感器的数据传给指定云服务器，数据将存入云服务器后台的MySQL数据库。通过从数据库提取出各个传感器的值，利用HelloChart绘制出温湿度曲线图，用户可通过登录APP端实现查看所属空间的温湿度的情况,

为了保持无线模块的稳定性以及通信的安全性，本系统采用性能稳定的ESP-8266模块采用AP模式，该模块加密类型有：WEP64/WEP128/TKIP/AES，通过路由器访问云服务器进行数据的传递，安全性高且稳定性好。

软件系统模块：用户可通过登录手机APP点击控制按钮，通过网络将控制指令发送服务器，STM32F107VC控制板从服务器获取指令对香薰机进行操作，实现远程操控。根据数据的反映进行合理的强弱控制，利用LED灯来显示香薰机散发强弱。根据温湿度的反映设置定时器，通过设置定时器控制香薰机的开关，避免香薰的浪费以及使用，也进一步避免香薰机因运作过长而散发有害物质。

客户端智能控制模块[11～13,15]：用户利用APP移动端可方便快捷查看所属空间温湿度的变化，当温湿度的值超过最适宜的值时，系统会自动按所设定的策略执行以及对香薰机进行远程监控。

2 系统硬件设计

硬件系统主要由多模块形式构成，利用不同功能模块组成，有效降低了系统的构造成本，优化了系统的总体性能。系统主要由DHT11数字温湿度传感器、时钟信号、OLED显示屏、LED等模块组成，以STM32F107VC作为主控芯片，温湿度传感器所采集环境空间中的数据信息交由给主控芯片进行优化处理，实现与APP移动端[9,10]的控制平台温湿度数据展示以及对香薰机的智能调控等；数据传输通过ESP-8266 WIFI模块进行无线收发，实现与APP移动端之间的命令和温湿度数据信息的无线传输；APP移动端的控制平台主要对接收到的温湿度数据曲线展示和对香薰机的远程调控。

当主控芯片接收来自云端的命令指令对香薰机进行智能调控时，对主控芯片发送控制的格式为：

2.1 温湿度数据采集

温湿度数据采集模块是由DHT11数字温湿度传感器和STM32F107VC主板构成，DHT11数字温湿度传感器是一个校准的数字信号输出复合型传感器，可同时检测环境空间中温度和湿度，测量范围摄氏度温度为0～50℃，相对湿度为20%～90%RH。系统通过DHT11数字温湿度传感器对环境空间中的温湿度情况进行数据采集，将采集到数据通过ESP-8266WIFI模块传输至云端保存并处理数据。OLED显示屏中实时反映了温湿度的数值。

2.2 核心控制器

根据整体系统以及功能的需求，本系统采用以8051为内核单时钟/机器周期的STM32F107VC的单片机作为硬件核心控制器。因为该单片机有集成SRAM、FLASH、计时器/定时器、I/O接口、SPI、12位A/D转换、看门狗以及串口在线编程等外围模块。包含了数据采集和OLED显示以及其他控制功能模块，满足了系统设计的总体要求。

图2 STM32F10VC原理图

3 系统软件设计

在本系统中采用无线传输方式将所采集的参数传输至APP移动端。无线WIFI模块有多种工作模式，在系统中采用AP模式下，首先对ESP-8266无线WIFI模块进行初始化设置，根据无线传输通讯协议，从主控芯片的串口给无线WIFI模块发送AT指令，完成初始化指令等。将采集的数据通过ESP-8266无线WIFI模块传输至指定的服务器，后端服务接收到来自ESP-8266WIFI模块透传的数据。通过数据分析处理，将处理后的数据存储至MySQL数据库中。用户通过访问APP移动端可详细了解任意时刻温湿度的数值，且可对香薰机实现远程监控。

3.1 APP应用程序具有的功能

用户在APP上可以在首页查看温湿度的曲线图，查看即时数据，历史数据，在远端进行控制，还可以浏览一下生活资讯，APP移动端具有较完善的功能，主要由温湿度数据、远程调控、生活资讯构成，且页面友好，方便操作。

3.2 APP控制过程

用户通过登录手机APP端查看温湿度数据变化，当温湿度超过最适宜时，可通过APP设定所需操作，来控制香薰机，为我们所需的适宜环境进行设置，为避免香薰机运作过长而散发的有害物质，通过设置定时器，当达到所设置的时间时，香薰机可自动关闭运作系统。

图3 APP控制过程

智能调控的香薰机，在移动端APP设置了“大中小”的按钮控制，调节香薰机的转动，对香薰机发送“大中小”控制的格式为：

当查看温湿度数值曲线，温湿度出现较大偏大时，可通过远程智能调控对香薰机进行控制。利用定时功能对其进行操控，对香薰机发送定时控制。

4 系统测试实验

整体系统构建完成后，为了验证系统的可实现性以及性能优势，进行了系统的测试。本文在选定不同环境空间中放置数据采集的设备，有针对性的对环境的温度与湿度进行采集，实时反馈于用户端，并根据其助眠效果进行分组测验，其结果如图4所示。

图4 智能香薰控制系统实物图

图4为本系统的实物图，通过DHT11数字温湿度传感器与主控制器等设备保证在同一WIFI热点覆盖区域内，才能保证所采集的数据能正常传输至云端。将传感器采集到环境空间中温湿度的数据，进一步数据处理，在APP中显示温湿度的具体数值以及某个时间段内温湿度变化的曲线，如图5所示。用户可通过登录APP对香薰机进行远程调控，可定时控制，调节开启大小等操作。

图5 温湿度的曲线及控制

香薰机可以利用多种方式将水和纯植物精油雾化，使得室内保持一定的湿度。助眠效果良好，可辅助治疗和缓解流感、气管炎等疾病，并对神经系统、心血管系统和人体的新陈代谢起到一定的保护作用。对比使用香薰机入睡时间前后：纯植物精油香薰对缩短入睡困难失眠者的入睡时间有明显的效果，且可智能调控香薰机的使用，方便简洁。

表1 失眠患者治疗入睡时间缩短情况

通过观察10组数据可以看到，2例在使用纯植物精油香薰前后入睡时间均小于30min，无入睡困难状况，故不在此次测试范围内。8例入睡困难者中，4例使用纯植物精油香薰后入睡时间显著减少，相比较于使用前减少大于80%，3例使用纯植物精油香薰后入睡时间相较于使用前大于50%，1例使用纯植物精油香薰后相较于之前无效。根据疗效标准，达到疗效显著有4例，达到有效疗效有3例，无效1例，总有效率为87.5%。

5 结束语

本作品从生活实际出发，实用性强。且与市场上的香薰机相比，本系统在监控上更加精确实且具有定时功能及智能调节开启大小，用户只需要在手机安装对应的客户端即可温湿度的数据曲线，根据温湿度的曲线进行远程监控。智能化调控的香薰机，使得空间环境状态达到最佳，且助眠效果良好，可辅助治疗和缓解流感、气管炎等疾病，并对神经系统、心血管系统和人体的新陈代谢起到一定的保护作用，提高生活质量，保障生活的品质。