陳雄海 ,邱少噯 ,吳琳欣 ,孫 雄 ,徐文豪

(1.海南省?？诩紟煂W(xué)院,海南 海口 570000;2.海口豐潤動漫單片機微控科技開發(fā)有限公司,海南 ?？?570000)

0 引言

插座在當(dāng)今生活中早已隨處可見,插座面板的形態(tài)、種類及功能特點也日益增加。這類插座能夠滿足普遍用戶的日常生活,也可以有效解決實際問題,但隨著時代的發(fā)展、科技的進步,插座智能化已然是當(dāng)下乃至未來的趨勢,需要具備遠程控制功能,甚至控制界面和底層邏輯功能也需具備DIY 功能,即用戶可根據(jù)提供的SDK 軟件,對插座固件程序進行二次開發(fā),實現(xiàn)豐富多變的功能。如此一來,傳統(tǒng)插座的功能就顯得比較局限。本文為此提出一款可以進行二次開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)云平臺智能開關(guān),滿足用戶DIY、手機移動設(shè)備遠程控制功能。

1 整體設(shè)計方案

可二次開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)云平臺智能開關(guān)電路由智能插座硬件和手機移動端控制軟件組成。當(dāng)中涵蓋阿里云生活物聯(lián)網(wǎng)平臺的界面開發(fā)、云平臺配網(wǎng)技巧及WiFi 模組固件的二次開發(fā)[1]。控制軟件和智能硬件之間,主要采用WiFi 通信來完成,因此需要功能強大的WiFi 芯片模組作為控制核心,既能完成復(fù)雜的WiFi 協(xié)議組網(wǎng)功能、云平臺連接功能、數(shù)據(jù)無縫傳輸功能和IO邏輯控制功能。物理插座的通斷電開關(guān)功能通過交流繼電器控制電路實現(xiàn),如圖1 所示。

圖1 整體設(shè)計方案

智能開關(guān)面板預(yù)留一位多功能輕觸按鍵,用于內(nèi)置的WiFi 模組的“一鍵配網(wǎng)”功能[2],同時也可作為內(nèi)置交流繼電器的開關(guān)控制觸發(fā)。輕觸按鍵表面采用導(dǎo)光柱結(jié)構(gòu),內(nèi)置一位雙色LED 發(fā)光二極管,可切換兩種不同顏色的燈光顯示效果,實現(xiàn)智能開關(guān)工作狀態(tài)指示及交流繼電器吸合情況。

控制軟件端采用阿里云自帶的云組態(tài)界面設(shè)計,配合“云智能”App,可將界面輕松導(dǎo)入手機、平板等移動設(shè)備上,同時由于阿里官方已發(fā)布適配不同操作系統(tǒng)的應(yīng)用App,因此用戶設(shè)計的控制軟件可以無縫實現(xiàn)跨平臺使用。

2 硬件設(shè)計

2.1 WiFi 模組

WiFi 模組是整個智能開關(guān)的“心臟”,屬于最核心的部件,采用的是ESP8285 芯片模組(見圖2),利用其中一個IO 引腳作為繼電器驅(qū)動電路的控制腳,即可實現(xiàn)插座開關(guān)的通電與斷電功能。

圖2 WiFi 模組電路原理

2.2 繼電器驅(qū)動

繼電器使用高性能交流繼電器(見圖3),采用“光耦+三極管”驅(qū)動結(jié)構(gòu)[3],最大程度節(jié)省硬件布線空間,同時實現(xiàn)了隔離控制效果,進一步提高電路可靠性。

圖3 隔離式繼電器驅(qū)動電路

2.3 二次開發(fā)編程接口

如圖4 所示,二次開發(fā)編程接口采用CH340G 芯片為核心,轉(zhuǎn)換電腦USB 和TTL 電平,配合三極管開關(guān)電路,實現(xiàn)WiFi 模組固件的自動下載功能,方便用戶更改控制程序,輕松實現(xiàn)DIY 功能。

圖4 編程下載口電路

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是ESP8285 的SDK 開發(fā),當(dāng)中涉及相當(dāng)復(fù)雜的WiFi 通信協(xié)議棧應(yīng)用,以及云平臺連接的算法[4];同時固件程序需要將來自WiFi 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進行過濾,篩選出有效的用戶數(shù)據(jù),提取其中的關(guān)鍵控制信息,執(zhí)行可靠的邏輯控制操作。同時軟件在設(shè)計上,需要考慮用戶的二次開發(fā)便捷性,預(yù)留用戶關(guān)鍵數(shù)據(jù)存儲區(qū),就算用戶DIY 的過程中反復(fù)燒錄固件程序,芯片模組的注冊信息,配網(wǎng)信息均可原樣保留,這樣可以極大程度上提高二次開發(fā)效率。軟件運行的主要流程如圖5 所示。

圖5 軟件設(shè)計框架

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)智能開關(guān)設(shè)計理念以實際應(yīng)用+開發(fā)學(xué)習(xí)為主。

在實際應(yīng)用方面,用戶可通過簡單的配網(wǎng)操作將智能開關(guān)連接至家用WiFi 中,使用手機打開云平臺對應(yīng)的控制App 即可實現(xiàn)遠程控制,雙色LED 發(fā)光二極管的硬件設(shè)計讓工作狀態(tài)表現(xiàn)得更為明確簡單,提高了人機交互的簡易度。

在開發(fā)學(xué)習(xí)方面,智能開關(guān)所提供的開源程序及程序注釋便于用戶更好地理解控制程序的邏輯,簡單的程序框架大大降低了學(xué)習(xí)的難度。用戶可通過電腦連接二次開發(fā)編程接口進行控制程序的下載與更改,以鼓勵自主開發(fā)、玩中求學(xué)的方式提高用戶的學(xué)習(xí)激情。同時,硬件的框架設(shè)計十分清晰,便于初學(xué)者在學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)時的理解。

物聯(lián)網(wǎng)云平臺智能開關(guān)以WiFi 入網(wǎng)方式更貼近當(dāng)下科技熱潮,向用戶更好地詮釋了物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)體系,讓用戶明白物聯(lián)網(wǎng)不再是高深莫測、觸不可及的技術(shù),而是一個十分簡單、實用、能夠引領(lǐng)科技新浪潮的革新技術(shù)。

隨著時代的進步,物聯(lián)網(wǎng)不再僅僅是一個停留在概念上的科技代名詞,在許多城市的各個角落也早已出現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的“身影”,例如酒店、小區(qū)、學(xué)校、工廠等等,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在逐漸走進我們的生活、工作與學(xué)習(xí)中。

萬物物聯(lián)的時代不再遙遠,那些我們曾經(jīng)幻想的高品質(zhì)、高科技的生活已經(jīng)觸手可及,所以掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)是每個人所必需的,這也是物聯(lián)網(wǎng)智能開關(guān)的設(shè)計初衷。學(xué)以致用,玩中求學(xué),這將會是學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一個全新的思路。