文/卞港 王仁彪 石永偉

1 引言

飼養(yǎng)迷你寵物逐漸成為年輕人的時(shí)尚，但由于工作繁忙很多萌寵都無法得到悉心照顧，課題設(shè)計(jì)了一個(gè)針對迷你寵物飼養(yǎng)的智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)基于應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層三層物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，具有云平臺、上位機(jī)、下位機(jī)、移動(dòng)智能終端四大模塊。其中，下位機(jī)由CC2530作為協(xié)調(diào)器，通過ZigBee協(xié)議完成無線終端節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)， STM32單片機(jī)搭載ESP8266WIFI模塊作為下位機(jī)網(wǎng)關(guān)，借助機(jī)智云平臺提供的M2M協(xié)議完成下位機(jī)和移動(dòng)智能終端的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 下位機(jī)整體設(shè)計(jì)

下位機(jī)系統(tǒng)主要依靠CC2530芯片、以及STM32F103芯片基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，組成星形無線傳輸網(wǎng)絡(luò)層。采用ZigBee進(jìn)行下位機(jī)組網(wǎng)，下位機(jī)由寵物環(huán)境監(jiān)測模塊、寵物體征監(jiān)測模塊、執(zhí)行部件控制模塊、安防報(bào)警模塊組成，主要負(fù)責(zé)寵物環(huán)境以及體征狀況信息采集以及執(zhí)行部件控制，下位機(jī)硬件結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

圖1：硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.2 上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)選用PC作為硬件平臺，利用C#語言完成上位機(jī)界面開發(fā)，SerialPort控件完成與下位機(jī)網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信，上位機(jī)帶有顯示界面，能夠?qū)櫸锃h(huán)境以及寵物體征數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，另外它還具有控制界面，能夠進(jìn)行投食、喂水、加熱等執(zhí)行部件控制。部分上位機(jī)控制顯示界面見圖2。

圖2：上位機(jī)控制顯示界面

2.3 移動(dòng)智能終端和云服務(wù)平臺部署

移動(dòng)智能終端基于Android平臺開發(fā)，其APP界面能夠?qū)崿F(xiàn)對寵物環(huán)境數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)界面設(shè)定有控制投食、喂水、開關(guān)燈的控制按鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)寵物窩內(nèi)執(zhí)行部件的遠(yuǎn)程控制。選取機(jī)智云作為云服務(wù)平臺，創(chuàng)建數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，建立映射關(guān)系后，便可以作為下位機(jī)與移動(dòng)智能終端的通信平臺，下位機(jī)網(wǎng)關(guān)搭建ESP8266芯片，通過Wi-Fi連接到公網(wǎng)與云端進(jìn)行通信，負(fù)責(zé)將寵物環(huán)境參數(shù)以及寵物體征數(shù)據(jù)上傳，并通過移動(dòng)智能終端顯示，同時(shí)通過云服務(wù)平臺接收用戶下發(fā)的指令數(shù)據(jù)，進(jìn)而對下位機(jī)各執(zhí)行部件進(jìn)行控制。

3 系統(tǒng)性能測試

搭建寵物環(huán)境并對整個(gè)系統(tǒng)功能進(jìn)行測試，測試工作主要包括下位機(jī)上電組網(wǎng)測試、寵物環(huán)境以及體征參數(shù)本地和遠(yuǎn)程監(jiān)測測試、下位機(jī)執(zhí)行部件本地和遠(yuǎn)程控制測試，下位機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)雙位式控制測試。系統(tǒng)測試過程如下：

（1）開啟下位機(jī)協(xié)調(diào)器及各終端節(jié)點(diǎn)，觀測下位機(jī)液晶屏，查看各終端節(jié)點(diǎn)是否依次上報(bào)數(shù)據(jù)。

（2）開啟下位機(jī)網(wǎng)關(guān)，連接路由上網(wǎng)后，打開手機(jī)APP頁面，查看數(shù)據(jù)是否通過云端轉(zhuǎn)發(fā)至移動(dòng)終端；開啟上位機(jī)界面，并打開預(yù)先配置端口，查看數(shù)據(jù)是否正常傳送至上位機(jī)界面。

（3）觸控上位機(jī)以及移動(dòng)端界面按鍵，依次測試投食、喂水、加熱、制冷等執(zhí)行部件是否正常開啟。

（4）系統(tǒng)升溫、降溫、加濕、降濕操作，查看執(zhí)行部件是否按照閉環(huán)雙位式規(guī)定控制模式開啟。

4 結(jié)束語

課題設(shè)計(jì)了一個(gè)針對迷你寵物飼養(yǎng)的智能家居系統(tǒng)，經(jīng)連續(xù)24小時(shí)不停機(jī)測試，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，運(yùn)行正常，在網(wǎng)絡(luò)狀況良好的情況下，正確數(shù)據(jù)采樣頻率達(dá)到2kS/s，現(xiàn)已成功通過天津市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目驗(yàn)收，其整體設(shè)計(jì)方案對于迷你寵物的智慧喂養(yǎng)具有一定的指導(dǎo)意義。