OneNET云平臺的智能消毒柜控制系統(tǒng)

中山火炬開發(fā)區(qū)理工學(xué)校 吳 德

隨著人民日益增長的美好生活需要，市場對廚電行業(yè)智能化的需求劇增。本文設(shè)計了一種基于OneNET云平臺的智能消毒柜控制系統(tǒng)，以滿足消毒柜行業(yè)供給側(cè)改革的需求。該系統(tǒng)以比亞迪BF7612BM28SOP為主控芯片，采用ESP-12E WiFi模塊組建局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)消毒柜與家庭網(wǎng)絡(luò)的智能互聯(lián)，通過OneNET云平臺，在移動終端通過微信小程序和微信公眾號對智能消毒柜進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,實(shí)現(xiàn)了消毒柜與智能移動終端的互聯(lián)及管理，使人們的家居生活更加便捷、智慧。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)的迅猛發(fā)展，人們生活方式也隨之產(chǎn)生著巨大的變化，人們對美好事物的追求不斷提高。廚電設(shè)備供給側(cè)改革要求提升產(chǎn)品智能化以引領(lǐng)市場，開拓市場。為了便于消毒柜的智能化管理，人們需要將消毒柜與移動智能終端實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)日常家居生活的個性化及智能化管理。智能消毒柜系統(tǒng)，以局域網(wǎng)為通信基礎(chǔ)連接至智能移動終端，實(shí)現(xiàn)對廚電設(shè)備的集成與控制。本文基于中國移動開放的OneNET云平臺，采用比亞迪BF7612BM-28SOP為主控芯片，合泰HT66F004為功能控制芯片，ESP-12E作為微信配網(wǎng)模組，用戶既能通過智能消毒柜的觸控面板又能通過移動終端的微信小程序和微信公眾號實(shí)現(xiàn)對智能消毒柜狀態(tài)的設(shè)置、查詢和控制。

圖1 智能消毒柜控制系統(tǒng)框圖

圖2 智能消毒柜控制系統(tǒng)硬件框圖

圖3 ESP-12E原理圖

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

基于OneNET云平臺的智能消毒柜控制系統(tǒng)主要包括：硬件控制系統(tǒng)，移動端操作系統(tǒng)，OneNET中國移動物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺等。該系統(tǒng)由比亞迪單片機(jī)（BF7612BM-28SOP）組成主控電路，由合泰單片機(jī)(HT66F004)組成控制電路，控制消毒柜的各項功能如：加熱控制繼電器，電磁鎖，蜂鳴器，讀取溫度，門控等。比亞迪單片機(jī)與ESP-12E WiFi模塊通過串口連接，傳輸觸摸按鍵控制位，工作時間，設(shè)置溫度，網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)等。ESP-12E WiFi模塊負(fù)責(zé)組件局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)微信配網(wǎng)。單片機(jī)通過mqtt協(xié)議與OneNET云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。移動端微信小程序通過https協(xié)議操作云平臺的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)對智能消毒柜的系統(tǒng)設(shè)置和功能控制?；贠neNET云平臺實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互模式，通過移動智能終端查看和控制消毒柜的狀態(tài)和功能。智能消毒柜控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)（如圖2所示）以比亞迪單片機(jī)（BF7612BM28SOP）和合泰單片機(jī)(HT66F004)為主控芯片，控制消毒柜的各項功能以及各項系統(tǒng)設(shè)置，包括控制繼電器，電磁鎖，蜂鳴器，讀取溫度，水位，設(shè)置工作模式，檢測工作狀態(tài)等。通過ESP-12E完成微信配網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與移動終端微信小程序以及云平臺的通訊。

2.1 ESP-12E WiFi模塊電路設(shè)計

該模塊核心處理器ESP8266集成了Tensilica L106超低功耗32位微型MCU，集成Wi-Fi MAC/ BB/RF/PA/LNA，板載天線。該模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的IEEE802.11 b/g/n協(xié)議，完整的TCP/IP協(xié)議棧。用戶可以使用該模塊為現(xiàn)有的設(shè)備添加聯(lián)網(wǎng)功能，也可以構(gòu)建獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)控制器，為WiFi功能嵌入其他系統(tǒng)提供無限可能。ESP8266是一個完整且自成體系的WiFi網(wǎng)絡(luò)解決方案，能夠獨(dú)立運(yùn)行，也可以作為從機(jī)搭載于其他主機(jī)MCU運(yùn)行。由于ESP-12E模塊（如圖3所示）采用3.3V供電，需要用到電源轉(zhuǎn)換芯片AMS1117-3.3把5V電源轉(zhuǎn)換成3.3V電源。圖4所示是ESP-12E模塊串口電壓轉(zhuǎn)換電路。

2.2 消毒柜觸控與顯示模塊電路

TM1640主要應(yīng)用于電子產(chǎn)品LED顯示屏驅(qū)動，是一種LED（發(fā)光二極管顯示器）驅(qū)動控制專用電路，內(nèi)部集成有MCU數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED驅(qū)動等電路。消毒柜觸控與顯示模塊電路設(shè)計如圖5所示。微處理器的數(shù)據(jù)通過兩路總線接口和TM1640通信，SKY1～SKY8接BF7612BM28SOP的PC0～PC7,SKY9～SKY16接PD0～PD7。比亞迪單片機(jī)的TXD1引腳與TM1640的CLK相連，RXD1與DIN相連。

2.3 功能繼電器和開關(guān)控制模塊

消毒柜共有三個功能繼電器（如圖6所示），分別是上室，下室，臭氧。由合泰單片機(jī)PA1、PA2、PA3控制，PA0控制上鎖、PC2控制下鎖、PC1控制負(fù)離子、PC0控制蜂鳴器、PB0控制下門、PB1控制上門、PB2控制下溫度、PA4控制上溫度。

圖4 串口電壓轉(zhuǎn)換電路

圖5 消毒柜觸控與顯示模塊電路

圖6 功能繼電器和開關(guān)控制模塊

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 微信端程序設(shè)計

微信小程序，首次添加設(shè)備，使用微信小程序中的二維碼獲取設(shè)備ID信息和對應(yīng)的用戶ID，并把數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)庫。用戶進(jìn)入小程序，首先判斷改用戶是否登陸過，如果登陸過，將獲取用戶在數(shù)據(jù)庫中所有的設(shè)備信息，如果首次登陸則需要用戶申請授權(quán)，獲取用戶信息，并把用戶信息保存在數(shù)據(jù)庫中。圖7所示是微信小程序的界面圖。

圖7 微信小程序界面圖

3.2 ESP-12E二次開發(fā)程序設(shè)計

ESP8266常用的工作模式有三種。（1）STA模式：ESP8266模塊通過路由器連接互聯(lián)網(wǎng)，手機(jī)或電腦通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。（2）AP模式：ESP8266模塊作為熱點(diǎn)，手機(jī)或電腦直接與模塊連接，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)無線控制。（3）STA+AP模式：兩種模式的共存模式。本系統(tǒng)ESP8266的工作模式為STA模式，使用Arduino開發(fā)環(huán)境編程，實(shí)現(xiàn)微信的自動配網(wǎng)功能。ESP-12E二次開發(fā)程序流程圖如圖8所示。

3.3 系統(tǒng)主程序

系統(tǒng)（如圖9所示）首先初始化單片機(jī)，時鐘，串口，讀取配置信息連接WiFi登陸云平臺。合泰單片機(jī)讀取消毒柜門控，溫度等狀態(tài)信息通過串口加密發(fā)送給比亞迪主控單片機(jī)，主控芯片讀取狀態(tài)信息并且驅(qū)動LED顯示模塊，同時通過串口向8266發(fā)送時間、溫度等數(shù)據(jù)至云平臺。系統(tǒng)定時循環(huán)讀取觸控板和云平臺的設(shè)置時間、溫度和工作模式等控制信號，向合泰單片機(jī)發(fā)送繼電器控制信號，更新顯示數(shù)據(jù)，同時讀取消毒柜的狀態(tài)和實(shí)時溫度等信息上傳至云平臺。

圖8 ESP-12E二次開發(fā)程序流程圖

圖9 系統(tǒng)主程序流程圖

本文設(shè)計了一套基于OneNET云平臺的智能消毒柜控制系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)了廚電設(shè)備消毒柜與智能終端的互聯(lián)互通，使人們對消毒柜的管理更加便捷和智慧。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，設(shè)備成本經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)品大量投入市場，取得了用戶好評與青睞。同時該系統(tǒng)方案成熟，成本低廉可以廣泛應(yīng)用于其他智能家居設(shè)備。