一种领导在岗状态指示系统的设计

2021-01-14周世航林木泉

装备制造技术 2020年8期

周世航，林木泉，张勇

(闽南理工学院电子与电气工程学院，福建泉州362700)

0 引言

日常工作中，在一些没有使用OA 办公系统的单位，要拜访领导签署相关文件，又不方便提前打电话的情况下，经常出现领导处于忙碌状态而不方便接待的情况。甚至多次拜访均如此，无形中耗费了不少的时间和精力。由于双方的信息不互通，导致了过程变得繁琐。急需开发显示领导在岗状态的系统。虽然大部分公司、单位正在使用的OA 软件系统可实现类似功能，但需要缴纳各种运行费用和投入维护成本，对一些中小企业仍是一笔较大的经费支出。而市场化上专门针对领导在岗状态指示系统较少，目前只有重庆锦声科技有限公司公布了一种的在岗状态指示系统，但需要超声波传感器和压力传感器的配合，结构相对较复杂，除此之外，还出现了基于人工智能的摄像头方案的在岗状态监测系统，但造价较高。为此，本文针对访客与领导之间信息不互通的问题，面向于中小型企业或者单位需求，提出了一种领导在岗状态指示系统，该系统电路结构简单，不需要复杂的软件运行，只需要一个小型硬件设备，易维护，使用门槛低。当需要拜访领导时，使用手机或者电脑打开网页，即刻查看领导是否处于方便接待的情况。

1 总体方案设计

如图1 所示，该系统由子端系统和终端系统组成，子端设备根据实际情况可扩展多个。所有子端通过Lora 无线方式与终端通信，形成多对一的通信方式。子端系统主要功能为采集开关状态数据信息并发送给终端系统，且在子端设备电池供电不足时进行灯光提示。终端系统的主要功能为接收子端系统的数据，并将数据通过ESP8266 模块以HTTP 协议方式上传至 OneNet 云平台［1］。

将子端设备摆放于领导办公桌面，若领导方便接待访客，则拨动子端设备开关，则所有用户访问OneNet 网页查看的信息即显示领导目前处于方便待客状态，此时即可前往。终端设备放置于办公区中心位置。

图1 方案结构图

2 硬件设计

如图2 所示，在子端系统中，以STC15W4K32S4作为主控芯片，锂电池经过TLV1117 低压差低功耗稳压芯片给子端系统供电，使用TP4056 芯片对锂电池进行充电管理。主控芯片P3.4 引脚在不需要采集AD 数据时断开两个串联分压的电阻以节省能耗。P1.5 引脚为AD 输入口，用于采集电池电压数据。拨动开关接入主控芯片的P3.5、P3.2 引脚，主控芯片通过检测P3.5 引脚的电压来判断开关的导通或断开两种状态，以此来对应领导此时处于忙碌还是空闲状态，开关状态的改变会产生中断信号通过P3.2 引脚传输给主控芯片，从而唤醒主控芯片，LED 灯通过单片机 P1.0 引脚控制。Lora 模块 RXD、TXD 引脚接入单片机 P0.1、P0.0 引脚进行 UART 通信，MD0、AUX引脚接单片机P3.3、P3.7 引脚控制模块运行模式。

图2 子端系统线图

如图3 所示，在终端系统中，Lora 模块接线方式与子端系统相同。ESP8266 模块的 RXD、TXD 引脚接入单片机P0.3、P0.2 引脚进行UART 通信，其他控制引脚悬空。

图3 终端系统线图

3 软件设计

系统的软件设计分两部分，一部分功能为实现开关状态和电量的检测，另一部分为数据的无线传输。

开关状态的检测实现过程为：按键触发外部中断唤醒处于休眠状态的单片机，然后通过引脚IO 电压判断开关状态。电量的检测实现过程为：主控芯片开启定时器，每5 min 进行一次A/D 采集，判断电池电量是否过低，若过低则开启LED 灯闪烁提示。

所有子端设备的数据都发往终端设备，使用Lo ra 无线组网方式实现。所有子端设备主动上传数据，终端设备接收到子端设备数据后回馈一个应答信号，子端设备接收到应答信号进入休眠状态［2，3］。为避免通信冲突，当子端设备发送数据后，5 s 内接收不到应答信号则随机延时一个时间段(设置为100 ms～1 000 ms 之间) 后重新发送一次数据，若等待5 s后仍接收不到数据，则判定子端设备掉线。

子端设备和终端设备使用自定义通信协议。协议帧如表1 所示。

表1 通信协议帧

表1 中，第一字节0XFF 为数据帧帧头，第二字节数据0X01 表示设备地址，地址表示的范围从0X00 到0XFF，网络可容纳256 个设备。第三字节数据0 为0X11 表示按键关闭，0X22 表示按键开启，数据1 和数据2 为预留字节，方便后期功能扩展，目前数据皆为0X00，最后一字节为除帧头外数据的和。例如，子端设备地址为0X02，开关处于开的状态，子端设备上传数据发送的协议帧为0XFF 0X02 0X22 0X00 0X00 0X24。终端主机接收到数据后回复应答数据帧与子端发送的数据一致。

4 系统测试

整个系统中的子端系统与终端系统的主控板如图4 所示。

图4 主控板图

通过终端系统的主控芯片的串口发送AT 指令对ESP8266 模块进行配置后才可接入云平台［4］。以下使用A 代指终端主控芯片，B 代指ESP8266 模块。A发送指令AT+CWMODE=3，配置模块工作模式为STA+AP 模式，随后重启模块，A 发送给B 指令AT+CWJAP="a"，"b"(a 为无线用户名 ssid，b 为 wifi 密码)，B 则自动连接名称为“a”的 WIFI 网络。连接完成后，A 发送指令 AT+CIPMUX=0，把 B 配置为单链接模式，只有在此模式下，才能进行透传模式，随后A 发送AT+CIPMODE=1，设置透传模式，在此模式下B 可以连接云端服务器［5］。A 发送指令 AT+CIPSTART="TCP"，"183.230.40.33"，80 来连接 ONENET 云端服务器，连接成功后A 送AT+CIPSEND 开启透传模块，此时已经可以给云平台发数据了。此时编辑HTTP 协议的数据，通过HTTP 协议接入ONENET 云平台的设备［6］。

以下为A 发送的发送http post 请求：

其中“59145xxxx” 为ONENET 云平台设备ID，api-key 后面的内容为设备所对应的API-KEY，Content-Length：15 中的15 为发送内容整个数据流的长度，{"no.1"："free"} 为发送的内容no.1 为数据流名称，free 为发送至云端的数据内容，当发送成功时候，B 会返回发送成功的消息，此时登陆网站即可看到发送的数据。在网站上可以用接收到的数据编辑用户查询界面，将数据流分别自动对应领导的名字与信息，如“no.1”数据流对应“张三”，状态数据“free”/“busy”可以简化为界面的开关on/off，更加直观显示状态。当拨动开关，云平台接收到数据，界面显示如图5 所示。