基于模塊化的智能擴展云監控系統

郝佳琦 胡云生 謝雅麗

摘要 本文設計了一種基于模塊化的智能擴展云監控系統，采用不同的傳感器，實現了模塊化的數據采集，針對不同的控制對象采用相應的傳感器模塊，實現該設備的智能云監控，用戶可通過移動端實現與設備之間的通信，包括對設備工作信息的查看、對設備啟停的控制和運行流程設定等。另外，本文對自動澆花系統和水位監控系統進行了系統測試，系統實現了在不同傳感器模塊情況下分別實現不同的控制流程及系統功能。

【關鍵詞】智能家居 云監控 傳感器

1 引言

智能家居不僅具有傳統的居住功能，還兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費用節約資金，為生活提供了極大的便利。但目前大多數家庭所使用的家具設備大多屬于非智能家居，可通過智能化改造將其升級為智能家居，如果對多數家居都進行智能化改造，一是難度大，二是成本高。本文設計了一種基于模塊化的智能擴展云監控系統，可以在不同需求下通過連接不同的傳感器模塊將部分非智能設備升級為智能設備。消費者可以按需配置，實現不同家居的智能化改造。

2 系統設計與實現

2.1 整體設計思路

首先，設計單片機控制系統，使其能夠完成對部分家具的控制，如控制電源、紅外遙控等。其次，為了讓控制系統實現遠程控制，本文采用Wi-Fi模塊通過串口與單片機連接，當Wi-Fi模塊連接網絡后可采用移動端與控制系統進行通信。最后，為了實現智能監控，需要為控制系統配備相應的數據采集功能，以返回家居設備工作狀態，由此，可在移動端實現對家居設備狀態的遠程監控。

為滿足不同情況下監視數據類型的不同，保證設備通用性，我們設計了模塊化的傳感器配件，及其對應的調用子函數，實現多種類型的數據采集和處理。另外，為了實現控制系統自動工作流程可進行網絡編程，我們在程序流程中設計了條件運行機制，用戶只需在移動端修改條件變量即可實現工作流程控制。

2.2 系統設計

系統框圖如圖1所示，單片機與Wi-Fi模塊通過串口進行連接，并連接無線路由器實現云控制，云控制系統通訊示意圖如圖2所示。控制系統中預留了采集I/O及輸出I/O端口。通過采集I/O端口連接傳感器模塊，實現相應量的采集;通過輸出I/O端口控制紅外發光二極管發出遙控指令;控制系統內置繼電器控制系統可實現外部電源的開關控制。不同傳感器結合相應的放大電路實現模塊化的通用擴展數據采集模塊。應用時可根據不同的需要連接不同的傳感器模塊實現相應數據采集。模塊化的傳感器包括光敏、熱敏、濕度等。

2.3 軟件設計

系統啟動后，Wi-Fi模塊自動搜索無線路由器并進行連接，直到連接成功后在服務器注冊IP。單片機按照預先設定程序，通過采集I/0口以5秒每次的速度對外部數據進行不間斷采集并可將采集到的數據發送到移動端，若有自動指令，則單片機開始進行判斷，若高于設定最大參數，則關閉外部設備。若是低于設定的最小參數，則啟動外部設備，當啟動時間超過設定值時關閉外部設備;當Wi-Fi模塊接收到移動端控制命令后，將指令發送給單片機，單片機將刷新控制邏輯。程序流程圖如圖3所示。

當更換不同的采集模塊后可在移動端對控制系統進行相應控制程序的調用，以適應不同參數的采集和判斷。

3 系統測試

3.1 基于濕度模塊的自動澆花系統的測試

將濕度傳感器連接在單片機的I/O口，并將傳感器插入土壤中3cm處，通過預先測試不同土壤濕度對應的單片機采集的值（ 0～1024），以確定需要保持土壤的濕度的上下限，以此作為單片機控制水泵抽水量的標準。在移動端設置濕度臨界參數最小值Pl和最大值P2，并啟動單片機自動判斷程序，當濕度pP2時，單片機控制水泵停止抽水，考慮到系統延時問題，供單片機判斷的參數P2和土壤實際濕度值是不同的，因此在測試時，濕度參數P2測兩組：p01為實時濕度，p02為停止供水后20分鐘后測得實際濕度。如表1所示。

初始濕度（干燥時采集到的濕度值）：p=300。

由于實時濕度和實際濕度所對應的數值相差過大，為了精準地實現該功能，我們將程序改為每次抽10秒，5分鐘抽一次，直到濕度接近P2。

經測定綠蘿的濕度在500-800間時適于生長，于是遠程控制的條件設定為：

tl=lOs， t2=300s， P1=500， P2=800。

3.2 基于超聲波模塊的戶外水位監控系統的測試

在室內水池上方lOOmm處固定超聲波傳感器，模擬戶外環境：用單片機自動控制水泵抽水。

由于實際水深p和單片機參數P成反比，表2中換算水位P是經過超聲波測距結果換算后的水深。具體換算方法為：設定初始深度H，調用函數后自動用H減去采集到的值。在本次測試中，無水時單片機采集到的參數pl為540，于是設定H=540。

由于測量距離不存在延時，因此可以設置t2為較大值，本次測試中讓泵抽水從O抽到15 0mm深，抽滿過后每隔lOmin后檢測一次水位，低于lOOmm時補充水。于是遠程控制指令為：

t1=600，t2=600， pl=lOO，p2=150，H=540;

當水位低于lOOmm時，單片機控制水泵開始抽水;當水位大于等于150mm時，單片機控制水泵停止抽水。經測試，該功能可以實現。

4 小結

通過將單片機的I/O口擴展連接不同的傳感器，采集并返回相應參數給客戶端，實現了遠程監控，以使舊設備智能化，功能模塊化。

智能家居作為一個新生產業，其市場的消費潛力必然是巨大的，接下來的三到五年，一方面智能家居進入一個相對快速的發展階段，另一方面，由于更換設備需要的經濟開支過大，舊設備的利用價值依舊較高，很多用戶難以且沒有必要在短期內徹底更替大量家居設備，本文設計的基于云的模塊化智能擴展監控系統只需根據相應需求，連接相應傳感器，再由用戶手動定標即可完成家居智能改造，實現設備遠程監控，用戶可以享受科技帶來的便利。因此，基于云的模塊化智能擴展監控具有一定的實用價值。

參考文獻

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