廣東技術(shù)師范學(xué)院 黃道燚

一、總體結(jié)構(gòu)

圖1 總體結(jié)構(gòu)框圖

本設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)框圖如上圖1所示，以中國移動物聯(lián)網(wǎng)平臺為中繼，使用手機(jī)APP對物聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)流進(jìn)行設(shè)置，每一個設(shè)備對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)平臺的一個數(shù)據(jù)流，以達(dá)到分離控制的效果[1]。在各個照明系統(tǒng)部分則加入單片機(jī)、wifi模塊、繼電器模塊等電路。通信時，wifi模塊連接到家庭路由器，再借助路由器網(wǎng)絡(luò)連接到物聯(lián)網(wǎng)平臺，單片機(jī)系統(tǒng)則通過wifi模塊對物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行對應(yīng)的數(shù)據(jù)流讀取操作，再根據(jù)app設(shè)置的對應(yīng)數(shù)據(jù)流的數(shù)值，借助繼電器電路，對照明電路的通斷進(jìn)行控制，從而控制照明燈的目的。

在手機(jī)app設(shè)計(jì)方面，則是分別設(shè)置了按鈕控制和語音控制兩種方式，對用戶的按鈕輸入或語音輸入作判斷。判斷用戶需要對那盞燈，進(jìn)行開還是關(guān)的操作。判斷完成后，最后都以連接物聯(lián)網(wǎng)平臺，改變物聯(lián)網(wǎng)平臺對應(yīng)數(shù)據(jù)流的方式進(jìn)行控制照明設(shè)備。下文將分別從硬件電路和軟件設(shè)計(jì)兩部分分別對該系統(tǒng)進(jìn)行闡述。

二、硬件電路

本設(shè)計(jì)每一個照明燈及控制系統(tǒng)的硬件電路主要由下面各個子電路部分構(gòu)成：

（1）單片機(jī)（STC15F2K60S2）最小系統(tǒng)，由于該款單片機(jī)集成了晶振和復(fù)位電路，所以只需提供電源便可正常工作。單片機(jī)與其它電路的連接如圖2和標(biāo)號所示：

圖2 主電路

單片機(jī)是本設(shè)計(jì)的核心處理器，主要完成整個系統(tǒng)的控制、處理工作,包括驅(qū)動wifi模塊接入家庭路由器、通過wifi模塊及家庭路由器接入中移動物聯(lián)網(wǎng)平臺、定時讀取物聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)、驅(qū)動繼電器模塊對照明電路的通斷進(jìn)行控制等工作。

（2）Wifi模塊電路主要完成接入家庭路由的功能，其電路連接見圖2，通過2.4Gwi fi網(wǎng)絡(luò)，連接到家庭無線路由器，使用要將家庭路由器賬號和密碼寫入單片機(jī)。

（3）繼電器電路及照明燈。其電路連接見圖2。由于單片機(jī)的系統(tǒng)工作電壓為5v，而照明燈工作電壓220v，兩者電壓類型和電壓值都不相同，所以單片機(jī)不能直接對照明電路進(jìn)行控制。在本設(shè)計(jì)中使用繼電器電路對兩者進(jìn)行隔離，起到保護(hù)單片機(jī)電路系統(tǒng)和對照明電路進(jìn)行間接控制的作用。

（4）穩(wěn)壓電源電路。家庭用電為交流220v，而單片機(jī)工作電壓為直流5v，單片機(jī)無法直接接入到家庭用電當(dāng)中，所以需要先進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)化，然后再接入。本設(shè)計(jì)采用穩(wěn)壓電源電路來實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)化，先使用變壓器電路對交流電壓220v進(jìn)行降壓和整流，轉(zhuǎn)化為12V的直流電壓，再使用穩(wěn)壓芯片7805對其進(jìn)行穩(wěn)壓，從而獲取單片機(jī)使用的工作電壓5V。如圖3所示：

圖3 穩(wěn)壓電源電路

三、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)分單片機(jī)程序部分和app部分，下面分別闡述：

1、單片機(jī)程序流程

單片機(jī)的總體設(shè)計(jì)流程如下：

（1）初始化工作：包括波特率設(shè)置、IO口初始化、wi fi模塊的AT指令設(shè)置等工作。

（2）連接物聯(lián)網(wǎng)：驅(qū)動wifi模塊連接家庭無線路由器，接入中國移動物聯(lián)網(wǎng)平臺，每隔2秒讀取本設(shè)計(jì)對應(yīng)的數(shù)據(jù)流一次。具體格式：

讀取數(shù)據(jù)流[2]：

（3）對數(shù)據(jù)流數(shù)進(jìn)行判斷。如上格式，“id”后面的“deng1”為數(shù)據(jù)流的名稱，表示對應(yīng)第一個照明設(shè)備。本系統(tǒng)設(shè)置的數(shù)據(jù)流名稱為deng1、deng2、deng3等分別對應(yīng)各個照明設(shè)備，“current_value”的后面為數(shù)據(jù)流的值，如果該值為1則控制繼電器電路開燈，如果該值為0則控制關(guān)燈。所以在讀取到物聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)后，要對其進(jìn)行解析提取出數(shù)據(jù)流的值，再進(jìn)行判斷，在執(zhí)行開關(guān)燈的操作。

2、app設(shè)計(jì)流程

使用app-inventor進(jìn)行app設(shè)計(jì)與制作[3]，設(shè)計(jì)的界面如下圖4所示：

圖4 手機(jī)app設(shè)計(jì)的界面

手機(jī)app的界面如圖4，包括各個燈的指示標(biāo)簽和打開、關(guān)閉按鈕，以及話筒按鈕。設(shè)計(jì)流程如下：

（1）用戶按下按鈕時，則app軟件后臺借助手機(jī)網(wǎng)絡(luò)接入物聯(lián)網(wǎng)平臺，并對該按鈕所對應(yīng)的燈的數(shù)據(jù)流進(jìn)行開關(guān)數(shù)值設(shè)置。例如：用戶按下燈6后面的“打開”按鈕，則app軟件對中國移動物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行接入。接入后，發(fā)送修改數(shù)據(jù)流指令信息格式如下：

燈6所對應(yīng)的數(shù)據(jù)流是“deng6”, 這里"value"：1是將其值改為1，從而達(dá)到照明設(shè)備6在讀取數(shù)據(jù)流時，得到的值是1，從而單片機(jī)驅(qū)動繼電器控制進(jìn)行開燈操作。

（2）增加語音模塊和語音文本轉(zhuǎn)化模塊。當(dāng)用戶按下“話筒”按鈕，則調(diào)用科大訊飛語記開始接受用戶的語音輸入[4]，用戶語音輸入完畢后，則使用語音文本轉(zhuǎn)化模塊將語音轉(zhuǎn)化為文本，然后對該文本進(jìn)行檢查、比較，檢查文本是否包含例如“開燈1”、“開燈2”、“關(guān)燈6”等關(guān)鍵字，如果有這些關(guān)鍵字，則按照內(nèi)容去更改對應(yīng)的數(shù)據(jù)流的值，具體流程操作同上按鈕的流程。

四、總結(jié)

本作品設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)在傳統(tǒng)照明的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)、wifi通信等技術(shù)，使得設(shè)計(jì)的智能系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控、語音控制的新功能。使得照明系統(tǒng)的控制變得更加方便、快捷、智能。

[1]智能臺燈[J].微型計(jì)算機(jī),2016(18).

[2]楊振乾.愛的臺燈[J].無線電,2016(7).

[3]閔譯萱.基于單片機(jī)的臺燈亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].數(shù)碼世界,2017(2).

[4]曹多蓮,陳清偉.聽話的臺燈[J].無線電,2016(11).