基于物联网的智能控温电火箱的设计

黄倩 刘先明,2* 宋余君,2 周群,2

（1 怀化学院电气与信息工程学院 湖南省怀化市 418008）

（2 湖南省武陵山片区生态农业智能控制技术重点实验室 湖南省怀化市 418008）

1 引言

随着我国社会经济的快速发展，人们的生活水平质量得到了极大提升，在我国南方地区，没有集中的供暖设备，电火箱流行于城乡办公场所、家庭，是南方人冬天必不可少的取暖设备。电火箱的出现，虽然为取暖提供了方便，但是同样也带来了用电安全隐患，一些用户在使用时常常忘记关电火箱，在人离开之后，电火箱仍在运行加热，持续工作，长此以往轻则导致用电的浪费，重者甚者会引发火灾，威胁人的生命和财产安全[1]。

现有的电火箱均是将调节装置装在箱体外侧，人们需要调节温度时，需要去俯身开启调控装置，当温度过高或者过低时，需要使用者手动调节温度，该调节方式需要多次调节才能达到使用者想要的温度[2]。在调节的过程中需要多次俯身操作，十分不便，此调节方法不仅浪费时间,而且温度调节效果还不好。

本设计的一款人离断电的智能控温电火箱，能很好解决用电安全问题。智能控温电火箱设有多种工作模式，能很好的解决操作不便、温度调节效果不好的问题，满足人们对冬天取暖舒适性的要求[3]。使用者可以通过手机远程调节温度、开关机，提前开启加热，实现到家就能取暖。

2 系统总体设计

本设计的智能控温电火箱系统，在用户端配合开发的小程序[4]。用户可通过手机小程序控制电火箱的工作模式，小程序发送控制命令至服务器，服务器将控制命令发送到带有Wi-Fi 模块控制器，控制加热装置加热；控制器在执行控制命令之后，将控制器中的传感器数据回传至手机端。用户可实时查看电火箱的工作状态，和电火箱内部的工作参数，如电火箱内部当前温度值和是否有人体存在。系统总框图如图1 所示。

3 系统硬件电路

本设计的智能控温电火箱硬件由主控单片机、温度传感器、人体红外传感器、电源模块和无线Wi-Fi 模块等四个模块组成，加热装置作为控制器的输出装置。硬件电路图如图2 所示。

控制器的主控单片机采用STM32F103，对温度传感器和人体红外传感器发送过来数据进行转发，并对Wi-Fi 模块与服务器之间的通信进行校正，保证数据传输的准确性。温度传感器DS18B20和人体红外传感器通过I2C 接口与主控单片机相连，温度传感器在本设计中的主要功能是实时监测电火箱内部的温度值，并将监测到的温度值实时发送至主控单片机。人体红外传感器在本文设计中的主要功能是用来检测是否有人体存在，即用户是否在使用电火箱，将人体红外传感器检测到的数据发送至主控单片机，Wi-Fi 模块通过串口与主控单片机相连，其主要功能是建立控制与服务器的联系，将控制器接入互联网服务器，将数据进行云处理。主控单片机通过将传感器的工作参数与小程序设置的工作模式参数进行对比，控制加热装置是否加热。

图1：系统总框图

图2：硬件电路结构图

图3：预热模式流程图

图 4：加热模式流程图

图5：保温模式流程图

4 系统软件设计

本设计的智能控温电火箱软件设计主要是三种工作模式的转换，分别为预热模式，加热模式和保温模式，满足用户在不同使用情景下的需求[5]。

4.1 预热模式

本设计的智能控温电火箱系统，针对无法立即到达电火箱放置地点时，使用者通过预计自己开始使用电火箱的时间来进行预热设置。在预热模式下，使用者可以设置预热开始时间和预热温度，默认预热温度为20 度，预热时间0-30 分钟可调，电火箱会在预热开始时间前5 分钟以最低温度进行预热，控制器将电火箱的温度加热到预热温度后，电火箱在预热时间内维持此温度不变。使用者一回到家就可取暖，一旦预热时间超过设定预热时间，电火箱就会自动停止加热，保障用电安全。预热模式流程图如图3 所示。

4.2 加热模式

本设计的系统加热模式，电火箱的温度值可在20-70 度之间任意设置，作为电火箱的工作温度，控制器接收到用户设置的温度值后，会与温度传感器检测到的当前温度值进行对比。当电火箱内部的温度值低于设定值时，控制器控制加热装置加热；当电火箱内部的温度值高于设定温度值时，控制器控制加热装置停止加热；直到电火箱内部的温度与设定温度达到一致，此后，控制器将控制加热装置将电火箱内部的温度维持在该温度。

当用户设置电火箱在加热模式下工作时，人体红外传感器将检测到的信息发送至控制器，只有在检测到有人体存在的情况下，加热装置才开始工作。否则，加热装置不工作，实现人离断电，保障用电安全。加热模式流程图如图4 所示。

4.3 保温模式

本文设计的保温模式是用户在使用过程中，用户短时离开时，可以通过设置电火箱保温时间，即自动断电倒计时。在保温时间内，电火箱保持当前的工作状态，在保温时间段内检测到人回来，则停止自动断电倒计时，结束保温模式，进入加热模式进行工作，超过保温时间未检测到人体存在，电火箱将会自动断电、电火箱停止工作。保温模式流程图如过图5 所示。

5 结束语

本文的智能控温电火箱由Wi-Fi 模块和STM32F103 单片机组成，将温度传感器和人体红外传感器作为数据采集端，设计了一套智能控温系统，实现了手机远程控制。在控制器工作过程中，将烤火箱内部的温度信息实时传送智能手机，实现随时查看烤火箱内部的温度，用户能感受到日常生活的便利的同时，也满足用户对电火箱的安全性和舒适性的要求。本设计对智能家电、智能家居的发展提供了新的方面，具有一定的推广和应用价值。