陳培才 施文振 田敬北 賴宇虹??
摘 要: 設(shè)計(jì)了一種熱水器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),該系統(tǒng)借助機(jī)智云自助開發(fā)平臺(tái),通過ESP8266wifi模塊將控制器接入云端??刂葡到y(tǒng)選用STM32F103ZET6 MCU作為主控芯片,ESP8266wifi模塊作為通信接口,固態(tài)繼電器控制加熱器和抽水機(jī)的開關(guān)。用戶可通過室內(nèi)控制器和手機(jī)APP雙向控制系統(tǒng)的水溫水位。經(jīng)測(cè)試,該系統(tǒng)具有安全可靠、操作簡單的優(yōu)點(diǎn),具有較高的實(shí)用性與廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:機(jī)智云;ESP8266wifi模塊;雙向控制
隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)逐漸成為生活智能化的主題之一。傳統(tǒng)家電都在向智能化方向發(fā)展,電熱水器也不例外。過去遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)分為兩大類:一是 GSM 網(wǎng)絡(luò);二是 CDMA 網(wǎng)絡(luò),但二者的資費(fèi)太高,不能長期使用,并沒有得到很好的普及。隨著互聯(lián)網(wǎng)及智能手機(jī)的高速發(fā)展,把智能手機(jī)作為移動(dòng)終端,將其應(yīng)用于傳統(tǒng)電熱水器,借助機(jī)智云開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)了一套熱水器遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng),本系統(tǒng)具有安裝簡單,價(jià)格低廉、手機(jī)APP和室內(nèi)控制器實(shí)時(shí)雙向監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn),且使用了開放的Android平臺(tái),使得系統(tǒng)的功能擴(kuò)展和產(chǎn)品升級(jí)十分方便。
1 系統(tǒng)的總體方案
熱水器遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)采用室內(nèi)控制和手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制雙向控制模式,系統(tǒng)整體框架圖如下圖
系統(tǒng)主要由溫度傳感器、水位傳感器、室內(nèi)控制器、云端、手機(jī)APP和加熱及抽水系統(tǒng)五個(gè)部分組成。室內(nèi)控制器和手機(jī)APP作為客戶端,接收來自用戶的各種控制命令,經(jīng)過加工處理后通過WIFI網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送給云端,并實(shí)時(shí)反饋執(zhí)行情況,顯示系統(tǒng)水溫水位信息和熱水器加熱、抽水的開關(guān)狀態(tài)。服務(wù)器由ESP8266wifi模塊及其控制器構(gòu)成,利用大覆蓋、高可靠性、低成本的無線網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)與客戶端握手和數(shù)據(jù)互傳;控制器與服務(wù)器端共用一個(gè)MCU,將接收到的用戶指令轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂泼?,并把采集到的水溫水位?shù)據(jù)通過室內(nèi)控制器和手機(jī)APP 直觀、友好地顯示給用戶,并等待用戶的下一步指令,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框主要由溫度傳感器、水位傳感器、室內(nèi)控制器和ESP8266wifi模塊四個(gè)部分組成。
(1)溫度傳感器:本系統(tǒng)采用具有負(fù)溫度系數(shù)、高靈敏度、高精度特點(diǎn)的NTC防水型熱敏電阻作為溫度傳感器。熱敏電阻通過串聯(lián)一個(gè)已知的電阻,通過分壓比確定熱敏電阻的阻值,再通過熱敏電阻計(jì)算公式可轉(zhuǎn)換出相對(duì)應(yīng)的溫度。
(2)水位傳感器:本系統(tǒng)采用防水型US100超聲波測(cè)距模塊作為水位傳感器。該模塊可實(shí)現(xiàn)2cm4.5m的非接觸測(cè)距功能,功耗低,自帶溫度校正,同時(shí)具有GPIO,串口等多種通信方式。內(nèi)帶看門狗,工作穩(wěn)定可靠。
(3)室內(nèi)控制器:主要由2.4寸LCD液晶屏,5個(gè)功能按鍵組成。
(4)ESP8266WiFi模塊:是一款超低功耗的UARTWIFI透傳模塊,專為移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì),可將用戶的物理設(shè)備連接到WiFi無線網(wǎng)絡(luò)上,進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信,實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)采集,控制器與云端數(shù)據(jù)互傳和人機(jī)交互三部分,其中人機(jī)交互根據(jù)功能而設(shè)置的,就不在此說明。數(shù)據(jù)采集部分的主要工作過程為:首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化,溫度采集采用STM32F103ZET6自帶的12位ADC,測(cè)出其模擬電壓值,經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,得出相應(yīng)溫度值,再經(jīng)中值,均值濾波得出較穩(wěn)定的溫度值。水位采集,使用STM32F103ZET6的UARST3接收US100超聲波測(cè)距模塊串口發(fā)送出來的距離值,再經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理和均值濾波即可得出較準(zhǔn)確的水位值。
控制器與云端數(shù)據(jù)互傳主要通過機(jī)智云自助開發(fā)平臺(tái),開發(fā)屬于自己的產(chǎn)品,根據(jù)需求設(shè)置相關(guān)數(shù)據(jù)點(diǎn),再通過MCU開發(fā),選擇合適的開發(fā)方案和硬件平臺(tái),然后自動(dòng)生成代碼,最后把代碼移植到系統(tǒng)程序中即可。
4 試驗(yàn)結(jié)果
系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了調(diào)試和試驗(yàn),對(duì)水箱中的水位水溫進(jìn)行控制。試驗(yàn)表明,無論是在室內(nèi)控制器或手機(jī)APP均可實(shí)時(shí)雙向監(jiān)控系統(tǒng)水箱內(nèi)的水位水溫。水溫水位控制準(zhǔn)確,水溫誤差在+1攝氏度內(nèi),水位誤差在+1cm內(nèi)。符合家用熱水器的精度要求。
5 結(jié)論
本系統(tǒng)是借助了機(jī)智云開發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)的一套熱水器遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng),具有實(shí)時(shí)雙向監(jiān)控,成本低的特點(diǎn)。經(jīng)測(cè)試,系統(tǒng)方案可行,電路安全、可靠,控制精度滿足要求。系統(tǒng)穩(wěn)定性高。同時(shí)系統(tǒng)的可拓展性大,如可對(duì)多個(gè)家電同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控或更多功能模式,這些都有待進(jìn)一步研究和討論。
參考文獻(xiàn):
[1]宋恒力.基于Android平臺(tái)的電熱水器遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[J].電子技術(shù),2014,43(12):5558+54.
[2]季志宇,劉甜甜.基于GSM的遠(yuǎn)程控制熱水器系統(tǒng)[J].中國新通信,2014,16(11):116.