基于APP的智能實訓(xùn)室環(huán)境檢測及控制系統(tǒng)的設(shè)計

戴 明，孟召議

（無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無錫214153）

基于APP的智能實訓(xùn)室環(huán)境檢測及控制系統(tǒng)的設(shè)計

戴 明，孟召議

（無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇無錫214153）

實訓(xùn)室在高等學(xué)校的教育教學(xué)和科研工作中有著重要的地位和作用，因此加強(qiáng)實驗室的環(huán)境與安全管理工作同樣也顯得尤為重要。文章提出一種基于APP的智能實訓(xùn)室環(huán)境檢測及家居控制系統(tǒng)的設(shè)計，通過本系統(tǒng)一方面能夠?qū)崟r地掌握實訓(xùn)室的環(huán)境并及時做出判斷，為計算機(jī)等設(shè)備的正常運(yùn)行提供保障；另一方面實現(xiàn)實訓(xùn)室的智能管理，讓實訓(xùn)室的管理更有效、方便、安全。

實訓(xùn)室；APP；環(huán)境檢測；控制系統(tǒng)

實訓(xùn)室是高等學(xué)校進(jìn)行實踐教學(xué)及科學(xué)研究的重要場所，在整個高校教育中有著重要地位和作用。因此，加強(qiáng)實訓(xùn)室的環(huán)境與安全管理顯得尤為重要。

學(xué)院采用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，通過控制實訓(xùn)室內(nèi)的溫度、濕度和空氣的潔凈度，大大降低了機(jī)器出故障的機(jī)率。隨著實訓(xùn)室數(shù)量的增多，每天在短時間內(nèi)進(jìn)行實訓(xùn)室開門和關(guān)門的難度在加大，同時處于安全考慮，在實訓(xùn)室沒課的情況下也需要及時關(guān)門，以保證實訓(xùn)室財務(wù)的安全。鑒于以上原因，本文提出了一種基于APP的智能實訓(xùn)室環(huán)境檢測及家居控制系統(tǒng)的設(shè)計，通過本系統(tǒng)，一方面能夠?qū)崟r的掌握實訓(xùn)室的環(huán)境并及時做出判斷，為計算機(jī)等設(shè)備的正常運(yùn)行提供保障；另一方面實現(xiàn)實訓(xùn)室的智能管理，讓實訓(xùn)室的管理更有效、方便、安全。

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)以“全能家電控制器”及“控制終端軟件”為中心，加外部被控的設(shè)備組成，實現(xiàn)實驗室門禁、智能插座、燈光及相關(guān)電器的智能化管理。

系統(tǒng)通過有線、無線、組網(wǎng)RF射頻通訊技術(shù)，來實現(xiàn)對外圍設(shè)備的控制。對于那些已經(jīng)裝修的實驗室、實訓(xùn)室，不需要增加額外布線，只更換相應(yīng)的控制設(shè)備（如燈光控制器、插座等）就可以了。所有的本地控制、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)配置都可以在用戶手機(jī)APP上實現(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用圖例見圖1所示。

系統(tǒng)由四大部分構(gòu)成：控制主機(jī)、Android客戶端、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集端和空氣凈化器。

Android客戶端主要任務(wù)是負(fù)責(zé)接受服務(wù)器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)、顯示系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)、通過用戶界面對智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行操作，用來調(diào)節(jié)監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行和狀態(tài)；數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的任務(wù)是負(fù)責(zé)傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換控制指令、收集采集端的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存到服務(wù)器；服務(wù)器負(fù)責(zé)保存數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)傳輸過來的數(shù)據(jù)，并提供給Android客戶端；數(shù)據(jù)采集控制端負(fù)責(zé)采集各種傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并傳輸給智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)；空氣凈化器接收數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)發(fā)來的控制指令，并執(zhí)行。智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)見圖2所示。

圖1 系統(tǒng)應(yīng)用圖

圖2 智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)的功能設(shè)計

在系統(tǒng)功能設(shè)計上，主要實現(xiàn)實驗室門禁、智能插座、燈光、相關(guān)電器及環(huán)境的檢測等方面的管理。其中照明控制配合各系列的遙控開關(guān)（單火或零火開關(guān)），用戶可以在手機(jī)APP上實現(xiàn)智能燈光控制，包括燈的開關(guān)、調(diào)光控制；插座控制配合各種智能插座、插排，用戶可以在手機(jī)APP上實現(xiàn)插座的控制，從而控制插在插座上的家用電器；設(shè)備狀態(tài)反饋在手機(jī)APP上，可以直觀地看到每一個受控設(shè)備的實時狀態(tài)，使每個設(shè)備盡在掌控之中。這樣，就不會有設(shè)備因為疏忽而忘記關(guān)閉了。遠(yuǎn)程控制，只要打開手機(jī)并運(yùn)行APP，就可以對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制設(shè)備狀態(tài)查看等功能。手機(jī)APP控制效果圖見圖3所示。

圖3 手機(jī)APP控制效果圖

2 系統(tǒng)組成

2.1 控制主機(jī)

全能家電控制器就像一臺信號處理器或是信號中轉(zhuǎn)站，將Wi-Fi、射頻或紅外信號進(jìn)行處理、交互之后，轉(zhuǎn)發(fā)給對應(yīng)的紅外設(shè)備或受控對象。比如，平板電腦通過Wi-Fi與家電控制器連接，在平板上點擊開燈，發(fā)出的開燈指令Wi-Fi信號，由控制器接收并處理形成RF射頻，發(fā)給對應(yīng)注冊號的KOTI遙控開關(guān)，此時，開關(guān)收到指令信號后就會開燈。同理，對其它電器控制也是控制器將命令的Wi-Fi信號轉(zhuǎn)換成RF信號，對其進(jìn)行控制。

全能家電控制器是智能家居控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，見圖4所示。通過家庭網(wǎng)絡(luò)有線或無線方式，接收全能家電控制終端軟件發(fā)出的控制命令，從而輸出相應(yīng)的紅外或RF（射頻）信號，實現(xiàn)對智能門禁、智能燈光控制器、智能插座等前端控制設(shè)備和紅外家電設(shè)備的控制。

圖4 全能家電控制器圖

一般家用的遙控信號有紅外和射頻，射頻信號是可以穿墻傳播的，而紅外信號是直線傳播并且兩點之間不能有障礙物，能傳播的距離也短，這就為控制各個房間中紅外遙控信號的電器帶來不便。所以我們的系統(tǒng)采用了智能網(wǎng)關(guān)（主機(jī)）和分布在各個實驗室的分機(jī)協(xié)作控制家居電器的方案。

2.2 傳感器電路

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，傳感器的作用也顯得越來越重要。傳感器就是把自然界中的各種物理量、化學(xué)量、生物量轉(zhuǎn)化為可測量的電信號的裝置與元件,傳感器的定義決定了它本身的復(fù)雜性和眾多品種。傳感器屬于物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢，成為人類全面感知自然的最核心元件，各類傳感器的大規(guī)模部署和應(yīng)用是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的基本條件。

在傳感器系統(tǒng)中，被測信號進(jìn)入到傳感器系統(tǒng)的信號幅度很小，并且?guī)в懈蓴_和噪聲，因此要先將信號送到信號整形器得到最佳特性的波形，然后再將信號進(jìn)行線性化。有時還需要增加A/D轉(zhuǎn)換電路，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這樣可以作為輸入信號直接送到微處理器。傳感器系統(tǒng)的原理框見圖5所示。

圖5 傳感器系統(tǒng)的框圖

3 基于Android的APP設(shè)計

3.1 系統(tǒng)設(shè)計

Android是Google公司基于Linux開放式內(nèi)核開發(fā)的手機(jī)嵌入式操作系統(tǒng)。Android系統(tǒng)分為3層，以Linux內(nèi)核為基礎(chǔ)層，中間層包括各類函數(shù)庫和虛擬機(jī)，最上層是用戶界面和各種應(yīng)用軟件。

作為本系統(tǒng)的控制終端，采用MVC的設(shè)計模式進(jìn)行總體架構(gòu)的設(shè)計，采用此模式一方面易于總體架構(gòu)搭建，另一方面可以使得整個系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)更加清晰，本系統(tǒng)的APP設(shè)計框圖見圖6所示，在控制終端APP功能模塊下可以進(jìn)行配置主機(jī)、添加分機(jī)、添加遙控等五方面的設(shè)計。

圖6 App設(shè)計框圖

3.2 智能網(wǎng)關(guān)程序流程圖

系統(tǒng)通過傳感器采集相關(guān)的物理量，通過電路的采集和處理，從而獲知想要的信息，做到實訓(xùn)室的智能控制及管理。例如煙霧傳感器可以采集實訓(xùn)室煙霧信息，溫濕度傳感器可以采集被控實訓(xùn)室的溫度和濕度信息，通過相應(yīng)的電路處理后，從而在手機(jī)APP終端獲取當(dāng)前的數(shù)據(jù)狀態(tài)，從而去判斷實訓(xùn)室的實時信息，做到智能化管理。

網(wǎng)關(guān)又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)是一種充當(dāng)轉(zhuǎn)換重任的計算機(jī)系統(tǒng)或設(shè)備，用在不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，是一個翻譯器。在本系統(tǒng)中，智能網(wǎng)關(guān)工作的程序流程圖見圖7所示，當(dāng)網(wǎng)關(guān)開始工作后，首先是單片機(jī)進(jìn)行初始化，接著Wi-Fi、溫濕度傳感器進(jìn)行初始化，用Flash連接網(wǎng)絡(luò)。沒有配置的主機(jī)要按住主機(jī)上的配置按鍵并且操作App進(jìn)行配置。配置結(jié)束的主機(jī)可與控制終端App進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)遙控學(xué)習(xí)、電器控制、轉(zhuǎn)發(fā)控制指令到分機(jī)等功能。

圖7 智能網(wǎng)關(guān)程序流程圖

4 系統(tǒng)相關(guān)效果圖

利用手機(jī)APP可以打開相應(yīng)的控制界面，如圖8所示，利用手機(jī)APP可以遠(yuǎn)程控制燈的亮滅，使用簡單方便，實時性好。

圖8 手機(jī)APP控制界面及控制效果圖

5 結(jié)語

本系統(tǒng)主要解決實訓(xùn)室環(huán)境檢測及相關(guān)的設(shè)備控制，能夠解決目前實訓(xùn)室出現(xiàn)的環(huán)境控制問題，通過手機(jī)上安裝APP，從而實現(xiàn)智能控制。本系統(tǒng)部署方便、簡單易用，實用性強(qiáng)，適合于實驗室環(huán)境管理的改造，最終通過手機(jī)APP實現(xiàn)實訓(xùn)室的智能控制。

[1]莫太平,胡俊波,趙佩斯.基于Android的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化與儀表，2015（1）:33-36.

[2]邵鵬飛,王喆,張寶儒.面向移動互聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)研究[J].計算機(jī)測量與控制，2012（2）:474-476,479.

[3]王琴.基于ZigBee的新型智能家居系統(tǒng)的研究[J].湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2015(3):29-32.

[4]劉萬輝，楊曄.基于Android系統(tǒng)的溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)[J].軟件，2013(5):1-3.

[5]劉練，周鳳星.基于APP的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機(jī)測量與控制，2014(7)：2018-2020,2023.

[6]張曉諾.基于Android的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)APP設(shè)計與實現(xiàn)[J].軟件，2015(2):77-79.

Design of intelligent training room environment detection and control system based on APP

DAI Ming,MENGZhao-yi
（Wuxi Vocational Institute ofCommerce,Wuxi,Jiangsu,China 214153）

Training room plays an important role in the teaching and scientific research of higher education.Therefore,it is very important to strengthen the environmental and safety management in the laboratory.This paper presents a design of APP intelligent laboratory environment detection and control system based on home furnishing,so this system,on the one hand can grasp the real training room environment and make timely judgments so as to provide protection for the normal operation of the computer and other equipment;on the other hand,realize the intelligent management oftrainingroomwhich can be more effective,convenient and safe.

trainingroom;APP;environment detection;control system

10.3969/j.issn.2095-7661.2016.04.016】

TP273.5

A

2095-7661（2016）04-0053-03

2016-10-21

無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級課題“基于APP的智能實訓(xùn)室環(huán)境檢測及控制系統(tǒng)的設(shè)計”（課題編號：SYKJ15B29）。

戴明（1978-），女，江蘇興化人，無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，本科，研究方向：無線通信。