基于物聯(lián)網(wǎng)的群燈控制系統(tǒng)

孫常華 吳波 孟令海 張文勇 王偉

摘 要：基于物聯(lián)網(wǎng)的群燈控制系統(tǒng)的即對群燈的智能化管理，實(shí)現(xiàn)群燈遠(yuǎn)程檢測與控制。其關(guān)鍵技術(shù)在于APP與群燈之間的連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能控制。通過APP終端遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，降低設(shè)備運(yùn)行成本?；谖锫?lián)網(wǎng)的群燈控制系統(tǒng)不僅為群燈提供了自動化控制方案，而且可推廣至智能家居，智能農(nóng)業(yè)、智能環(huán)保、智能物流等多個領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);APP;遠(yuǎn)程監(jiān)控

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.135

1 引言

在初始方案策劃中，考慮了基于物聯(lián)網(wǎng)的群燈控制系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)就是APP（工控機(jī)等）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)，然后將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)紸PP中，管理人員通過查看APP終端，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控。

基于物聯(lián)網(wǎng)的群燈控制系統(tǒng)由兩部分組成：一是以ARM（STM32）為核心和以溫濕度傳感器、語音模塊等為周邊的檢測模塊組成的執(zhí)行控制系統(tǒng);二是以APP為核心的控制中心。其中，以ARM（STM32）為核心和以溫濕度傳感器、語音模塊、檢測反饋模塊、電源模塊等組成的系統(tǒng)現(xiàn)場檢測及執(zhí)行控制部分;以機(jī)智云為平臺制作的控制APP組成了遠(yuǎn)程查看及控制中心。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)的群燈控制系統(tǒng)分為硬件部分與軟件部分。

2.1 硬件部分

（1）機(jī)械部分：主要承擔(dān)的任務(wù)是對整個群燈系統(tǒng)的展示與支撐。整個機(jī)械部分可分為：基座、配重、加固、燈桿、燈罩五部分組成。機(jī)械部分作為整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)展示的平臺，是主要的外觀體現(xiàn)，因此在設(shè)計機(jī)械部分時充分考慮到穩(wěn)定可靠的同時也考慮到了外觀美觀的設(shè)計需求。

（2）硬件電路部分：系統(tǒng)的硬件電路的框圖如圖1所示。

2.2 軟件實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件整體架構(gòu)和物聯(lián)體系如圖2所示：

（1）軟件架構(gòu)：①M(fèi)CU（設(shè)備）：MCU（設(shè)備）通過串口和網(wǎng)絡(luò)模塊通訊，網(wǎng)絡(luò)模塊通過特定協(xié)議及對應(yīng)接口和云端或同一局域網(wǎng)中的APP進(jìn)行通訊，并將從系統(tǒng)模塊中收集的信息實(shí)時上傳至云端并且實(shí)時接受云端以及APP的數(shù)據(jù)點(diǎn)指令，調(diào)用相應(yīng)模塊完成任務(wù)。②云端：為節(jié)省成本，縮短開發(fā)周期，本群燈控制系統(tǒng)借助第三方云平臺，云端數(shù)據(jù)庫中搭建了工程所需程序指令以及數(shù)據(jù)點(diǎn)，并開放接口，通過特定協(xié)議與MCU（設(shè)備）和APP進(jìn)行通訊及實(shí)時數(shù)據(jù)交換。③APP：APP為用戶終端，APP通過特定協(xié)議與云端進(jìn)行通訊，從而可以實(shí)時監(jiān)測群燈情況，并對MCU（設(shè)備）進(jìn)行實(shí)時控制，APP也可以在局域網(wǎng)內(nèi)通過特定協(xié)議直接同MCU（設(shè)備）網(wǎng)絡(luò)模塊通訊，從而直接管理電路驅(qū)動部分。

（2）物聯(lián)系統(tǒng)：①遠(yuǎn)程管理控制及監(jiān)測提醒（online）：通過APP發(fā)送數(shù)據(jù)點(diǎn)指令至云端，云端傳送指令數(shù)據(jù)點(diǎn)至MCU，MCU調(diào)用相應(yīng)模塊完成任務(wù)。MCU從系統(tǒng)模塊中收集的信息實(shí)時上傳至云端，云端再實(shí)時傳送給APP。如：通過APP設(shè)定參數(shù)，此參數(shù)作為數(shù)據(jù)點(diǎn)指令傳送給云端，云端再將數(shù)據(jù)點(diǎn)指令傳送給MCU從而完成設(shè)置。②定時控制：通過手機(jī)APP對MCU做出設(shè)定后，調(diào)用時鐘模塊及其周邊驅(qū)動模塊從而實(shí)現(xiàn)功能。③實(shí)時控制：通過APP進(jìn)行設(shè)定，調(diào)用無線模塊進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，經(jīng)云端通訊給設(shè)備的MCU，MCU即時處理相應(yīng)指令。④使用環(huán)境檢測：通過傳感器模塊中的相應(yīng)傳感器進(jìn)行檢測。⑤時間同步（online）：通過時鐘模塊實(shí)現(xiàn)。時鐘模塊有兩工作狀態(tài)：在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)時，通過MCU與云端或通過APP通訊與網(wǎng)絡(luò)時間同步運(yùn)行;在無網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下，作為本地時鐘運(yùn)行，保證斷網(wǎng)狀態(tài)下依舊可以準(zhǔn)時實(shí)現(xiàn)功能。

3 主要硬件電路實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要硬件電路由電源電路、主控電路、采集反饋電路、驅(qū)動電路、無線傳輸、數(shù)據(jù)存儲電路等組成。

3.1 電源電路設(shè)計

電源設(shè)計采用12V直流電源，通過線性穩(wěn)壓電路給電源供電，線性穩(wěn)壓電路具有噪聲紋波小，輸出穩(wěn)定，瞬態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)，采用線性穩(wěn)壓電路以盡可能的降低電源電路對外圍電路的干擾強(qiáng)度。經(jīng)過板子7805芯片和LM1117將12V電源轉(zhuǎn)化成5V和3.3V給各個模塊供電，進(jìn)而完成不同模塊對電壓的需求，設(shè)計電路如圖3所示。

3.2 主控電路設(shè)計

STM32103FC8T6單片機(jī)是整個群燈控制系統(tǒng)的核心。群燈控制系統(tǒng)具有較高的要求，如控制精度高、執(zhí)行速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)以及靈敏度高等特點(diǎn)。所以本設(shè)計選用屬于STM32系列的STM32單片機(jī)作為現(xiàn)場控制電路主控芯片。主控電路接收采集反饋電路采集的現(xiàn)場燈群實(shí)時狀態(tài)，并通過物聯(lián)網(wǎng)單元上傳至云端，在手機(jī)終端APP上實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場群燈的動態(tài)監(jiān)測與控制。設(shè)計電路如圖4所示。

3.3 檢測和執(zhí)行電路設(shè)計

采集反饋電路采集現(xiàn)場群燈的運(yùn)行狀態(tài)，如燈的亮度、短路、斷路燈故障燈情況。并每個燈的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸給主控單元STM32。驅(qū)動電路用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場群燈的驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)群燈的實(shí)時控制。

3.4 無線傳輸電路和存儲電路設(shè)計

如圖6所示本設(shè)計選用WiFi模塊作為主要傳輸鏈路，主要用于主控單元與云端、APP間的信息傳遞。存儲電路用于相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲，實(shí)現(xiàn)離線狀態(tài)的系統(tǒng)的正常工作和運(yùn)行狀態(tài)的信息儲存。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

圖7所示為系統(tǒng)的硬件PCB電路板和設(shè)計完成的群燈控制系統(tǒng)的樣機(jī)。

5 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)群燈控制系統(tǒng)經(jīng)測試運(yùn)行穩(wěn)定，控制可靠;基于APP、云端、MCU模式智能化網(wǎng)絡(luò)控制方式運(yùn)行便捷有較強(qiáng)的市場應(yīng)用前景。

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