新工科背景下建設(shè)智能電子類實(shí)驗(yàn)室典型技術(shù)研究

田輝輝，張興達(dá)，劉倩

（濟(jì)南大學(xué)泉城學(xué)院，山東煙臺(tái)，265600）

1 基于WiFi的電子類實(shí)驗(yàn)室溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹

該系統(tǒng)主要包括上位機(jī)監(jiān)控端（手機(jī)客戶端）、下位機(jī)溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)執(zhí)行端，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 基于WiFi的電子類實(shí)驗(yàn)室溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 下位機(jī)電路的設(shè)計(jì)

下位機(jī)電路主要包括：DHT11溫濕度傳感器模塊、WiFi發(fā)射模塊、核心控制器STC單片機(jī)、顯示模塊、繼電器控制溫濕度調(diào)節(jié)模塊、報(bào)警模塊。STC單片機(jī)為控制核心，通過接收溫濕度傳感器DHT11發(fā)送的溫濕度信號(hào)進(jìn)而控制溫濕度調(diào)節(jié)模塊，也就是直接控制四組繼電器通電斷電，四組繼電器通過通斷電分別控制所連接的制熱片、制冷片、干燥器和加濕器工作。單片機(jī)同時(shí)控制WiFi發(fā)射器發(fā)射出無線局域網(wǎng)信號(hào)。

其中，核心控制器采用宏晶科技的STC89C54單片機(jī)，P0口、P2.5～P2.7分別接1602液晶顯示器7～14引腳、4引腳、5引腳和6引腳；P1.2接蜂鳴器，用來聲音報(bào)警；P1.3～P1.6分別接控制濕度升降、溫度升降的繼電器；P2.4接DHT11溫濕度傳感器；P3.0和P3.1接WiFi發(fā)射器；RST接復(fù)位鍵，用于溫濕度值的復(fù)位；XTAL1和XTAL2接振蕩電路；GND接地；VCC接電源+5V。圖3給出了主控芯片接線圖。

溫濕度報(bào)警模塊：DHT11探頭監(jiān)測(cè)溫度和濕度異常，單片機(jī)接收到信號(hào)，單片機(jī)通過四個(gè)繼電器控制實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)溫度和濕度，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)單片機(jī)控制繼電器停止工作。

WiFi發(fā)射模塊：接收到STC單片機(jī)傳送來的信號(hào)通過端口發(fā)送到路由終端再由終端端口將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器再到客戶端或直接到客戶端。

圖2 下位機(jī)電路總框圖

WiFi模塊采用HC-21WiFi 串口通信模塊由兩部分組成：WiFi電源指示燈和WiFi發(fā)射器。WiFi電源指示燈部分由一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)阻值為10K的電阻串聯(lián)而成，接入3.3V直流電源。WiFi發(fā)射器第17、18引腳接地，第20引腳接3.3V直流電源，第25引腳接單片機(jī)P3.0接口，第27引腳接單片機(jī)P3.1接口，目的是連接STC單片機(jī)用于傳輸數(shù)據(jù)，將下位機(jī)數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。此WiFi發(fā)射器與控制核心STC單片機(jī)采取全雙工異步通信方式，可同時(shí)接收來自單片機(jī)發(fā)來的信號(hào)和向單片機(jī)發(fā)送信號(hào)。

圖3 主控芯片電氣原理接線圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用模塊化程序編寫方法。主要為主程序和各個(gè)功能子程序，他們共同完成系統(tǒng)功能，具體的功能描述為：

系統(tǒng)連接電源后STC89C54單片機(jī)開始啟動(dòng)，WiFi發(fā)射器開始啟動(dòng)，開始向外發(fā)射WiFi信號(hào)，DHT11溫濕度傳感器開始采集溫濕度數(shù)值，然后將采集的溫濕度數(shù)值傳送給核心控制器STC單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的程序控制四組繼電器的通電與斷電，進(jìn)而控制溫濕度的升降，同時(shí)單片機(jī)將收集到的溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絎iFi發(fā)射器，WiFi發(fā)射器接收到單片機(jī)傳送的信號(hào)開始根據(jù)預(yù)設(shè)程序執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作向外發(fā)射WiFi信號(hào)，手機(jī)APP接收到來自WiFi發(fā)射器發(fā)射的信號(hào)會(huì)顯示當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)的溫濕度數(shù)值，并且通過手機(jī)APP上的升溫度、降溫度、升濕度和降濕度四個(gè)功能鍵可以人工的調(diào)節(jié)測(cè)量點(diǎn)范圍內(nèi)溫濕度的升降。下面將對(duì)手機(jī)模塊與WiFi模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。

圖4 手機(jī)APP端的簡(jiǎn)單界面

手機(jī)客戶端軟件：使用Eclipse軟件，通過Java語(yǔ)言進(jìn)行相關(guān)程序的編寫，然后將其下載至用戶手機(jī)，安裝成功后手機(jī)上便有一個(gè)控制軟件，將裝有客戶端的手機(jī)連入WiFi發(fā)射器發(fā)射的無線局域網(wǎng)內(nèi)，然后啟動(dòng)手機(jī)APP，手機(jī)APP接收到來自WiFi發(fā)射器發(fā)射的信號(hào)后會(huì)自動(dòng)識(shí)別并讀取信號(hào)，然后通過預(yù)設(shè)的程序自動(dòng)的將信號(hào)轉(zhuǎn)變成溫濕度值顯示在手機(jī)APP界面上，在手機(jī)APP界面上可以人工的通過點(diǎn)擊升溫度、降溫度、升濕度和降濕度四個(gè)功能鍵來控制四組繼電器工作，進(jìn)而控制測(cè)量點(diǎn)范圍內(nèi)的溫濕度調(diào)節(jié)。圖4給出了APP端的簡(jiǎn)單界面。

圖5 WiFi模塊程序流程圖

WiFi模塊程序：連接電源并啟動(dòng)WiFi發(fā)射器，WiFi模塊接收來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)，然后分析單片機(jī)傳來的數(shù)據(jù)，WiFi發(fā)射器預(yù)設(shè)6種程序，分析數(shù)據(jù)后WiFi模塊執(zhí)行相應(yīng)預(yù)設(shè)程序的動(dòng)作，發(fā)出無線局域網(wǎng)信號(hào)。圖5給出了WiFi模塊程序的流程圖。

圖6 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)物圖

4 系統(tǒng)整體功能調(diào)試與實(shí)現(xiàn)

在設(shè)計(jì)完成之后將整體系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，圖6給出了系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果，測(cè)試表明系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫濕度監(jiān)測(cè)功能，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

5 總結(jié)

本文通過基于WiFi的電子類實(shí)驗(yàn)室溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例講解，展現(xiàn)運(yùn)用新的科技理念設(shè)計(jì)新型產(chǎn)品的思想，契合教育部對(duì)高校進(jìn)行新工科方面建設(shè)的理念，這是新工科理念在教學(xué)環(huán)境改善方面的一次嘗試。