引言

在各種災(zāi)害中,火災(zāi)是威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的最主要災(zāi)害之一,很多用電設(shè)備常出現(xiàn)不能及時(shí)斷電的問題,存在較大火災(zāi)隱患和電能浪費(fèi)。在家電設(shè)備控制方面,物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用取得了很多研究成果,市場上有很多智能控制產(chǎn)品,而對于物聯(lián)網(wǎng)在實(shí)驗(yàn)室用電設(shè)備智能控制方面的應(yīng)用則鮮有研究。目前,很多實(shí)驗(yàn)室仍通過管理員人工巡查的方式來管理實(shí)驗(yàn)室用電設(shè)備,這不僅給管理員帶來了繁重的工作,還存在人為因素導(dǎo)致的管理隱患。基于此,本文設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)臺控制系統(tǒng)。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

系統(tǒng)框圖如圖1所示,實(shí)驗(yàn)臺控制系統(tǒng)由IAP15W4K58S4單片機(jī)、ESP8266-12F物聯(lián)網(wǎng)模塊、DS18B20測溫模塊、獨(dú)立按鍵、電源模塊、繼電器模塊和LCD12864顯示模塊組成。

1.11AP15W4K58S4單片機(jī)

IAP15W4K58S4單片機(jī)為功能增強(qiáng)型8051CPU芯片,具有1T的單位時(shí)鐘/連續(xù)機(jī)器工作周期,其連續(xù)運(yùn)行工作速度比普通8051CPU芯片快8～12倍,片內(nèi)的EEPRoM擦寫可達(dá)10萬次以上,工作時(shí)頻率為5～30MHz。

1.2ESP8266-12FWi-Fi模塊

考慮到本設(shè)計(jì)需要的內(nèi)存空間比較大,云傳輸數(shù)據(jù)量較大,選用ESP8266-12FWi-Fi模塊。該模塊采用3.3V單電源供電,采用樂鑫ESP8266原裝芯片,在較小尺寸封裝中集成了業(yè)界領(lǐng)先的超低功耗32位微型MCU,同時(shí)也集成了Wi-Fi、板載天線。ESP8266芯片連接互聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備遠(yuǎn)程控制,模塊初始的模式是STA+AP模式,不需要更改ESP8266芯片工作模式。連接機(jī)智云平臺前,需要登錄樂鑫官網(wǎng)下載ESP8266芯片使用機(jī)智云的固件,將固件寫入ESP8266-12F模塊。將焊接好轉(zhuǎn)接板的ESP8266-12F接在單片機(jī)上,模塊作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳輸芯片,通過串口轉(zhuǎn)Wi-Fi把單片機(jī)和手機(jī)連接起來。ESP8266-12F與單片機(jī)連接圖如圖2所示。

圖2ESP8266-12F與單片機(jī)連接圖

1.3LCD12864顯示模塊

LCD12864液晶顯示有帶字庫和不帶字庫兩種,本設(shè)計(jì)選用帶字庫的LCD12864,編程時(shí)直接調(diào)用字庫里的字即可,能提高程序執(zhí)行效率和系統(tǒng)運(yùn)行速度,以免程序執(zhí)行時(shí)占用過多的RoM。LCD12864液晶顯示屏有并行模式和串行模式,可以通過PSB引腳進(jìn)行切換。串行速度相對較慢,占用I/o口少:并行相對速度快,占用I/o口多。本設(shè)計(jì)選用LCD12864液晶顯示屏并行運(yùn)行模式。LCD12864液晶顯示模塊接線圖如圖3所示。

1.4DS18:2B測溫模塊

DS18B20是常用數(shù)字溫度傳感器,具有體積小、硬件開銷低、抗干擾能力強(qiáng)、精度高的特點(diǎn),內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置,溫度測量范圍在-55～125℃,每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號,只需要一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信[2],輸出數(shù)字信號,實(shí)際測溫中可實(shí)現(xiàn)直接測溫。DS18B20的2號引腳是通信引腳,需外接上拉電阻將其拉為高電平。DS18B20測溫模塊電路如圖4所示。

1.5繼電器模塊

4路繼電器工作電壓選為5V,單片機(jī)端口P4工作模式配置為強(qiáng)推挽輸出,吸合對應(yīng)繼電器,模塊輸出常開最大負(fù)載為交流250V/10A,實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電,接口直接通過接線端子引出,方便實(shí)現(xiàn)控制要求。

1.6獨(dú)立按鍵模塊

本設(shè)計(jì)主要使用2×4獨(dú)立按鍵的K1、K2、K3和K4四個(gè)按鍵,K1、K2、K3和K4分別連接單片機(jī)的P44、P45、P46和P47口,GND與單片機(jī)共地,每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一個(gè)單獨(dú)GPIO口,不會(huì)影響其他GPIO口狀態(tài)。獨(dú)立按鍵模塊電路原理圖如圖5所示,該電路配置靈活,軟件結(jié)構(gòu)簡單。

2系統(tǒng)主程序流程

程序開始運(yùn)行后,系統(tǒng)所有模塊初始化,機(jī)智云連接協(xié)議初始化,所有繼電器都處于斷開狀態(tài),LCD12864屏幕亮并進(jìn)入開機(jī)界面,開始檢測按鍵,如果檢測到按鍵被按下,相對應(yīng)繼電器吸合,單片機(jī)通過ESP8266712FWi7Fi模塊將工作臺電源工作狀態(tài)變化發(fā)送到機(jī)智云云端,工作臺電源狀態(tài)同步更新到手機(jī)App,手機(jī)App上該繼電器的狀態(tài)會(huì)顯示該繼電器已經(jīng)打開,DS18B20把所測實(shí)時(shí)溫度發(fā)送到單片機(jī),單片機(jī)通過LCD12864液晶模塊將溫度顯示出來,同時(shí)將溫度信息發(fā)送到ESP8266712FWi7Fi模塊,通過機(jī)智云云端更新到手機(jī)App。手機(jī)上可以通過控制界面監(jiān)視實(shí)驗(yàn)臺電源工作狀態(tài),并可在手機(jī)上進(jìn)行控制操作,把命令通過云平臺發(fā)送給ESP8266712FWi7Fi模塊,與單片機(jī)通信后,發(fā)送給單片機(jī)控制對應(yīng)繼電器吸合或斷開。系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖6所示。

3結(jié)語

本文從實(shí)際出發(fā)設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)臺控制系統(tǒng),采用IAP15W4K58S4單片機(jī)控制繼電器來模擬控制實(shí)驗(yàn)臺,可以在現(xiàn)場使用按鍵或遠(yuǎn)程使用手機(jī)App控制實(shí)驗(yàn)臺電源,在手機(jī)上遠(yuǎn)程查看實(shí)驗(yàn)臺電源的狀態(tài),實(shí)驗(yàn)室管理員還可通過手機(jī)App查看實(shí)驗(yàn)室室溫,及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。實(shí)驗(yàn)室管理員不需要總是到現(xiàn)場巡查,降低了管理員的工作量,不管距離有多么遙遠(yuǎn),只要手機(jī)可以上網(wǎng),都可在App上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)臺遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。