基于物聯(lián)網(wǎng)的智能控溫電火箱的設(shè)計

黃倩 劉先明,2* 宋余君,2 周群,2

（1 懷化學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院 湖南省懷化市 418008）

（2 湖南省武陵山片區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)智能控制技術(shù)重點實驗室 湖南省懷化市 418008）

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平質(zhì)量得到了極大提升，在我國南方地區(qū)，沒有集中的供暖設(shè)備，電火箱流行于城鄉(xiāng)辦公場所、家庭，是南方人冬天必不可少的取暖設(shè)備。電火箱的出現(xiàn)，雖然為取暖提供了方便，但是同樣也帶來了用電安全隱患，一些用戶在使用時常常忘記關(guān)電火箱，在人離開之后，電火箱仍在運行加熱，持續(xù)工作，長此以往輕則導(dǎo)致用電的浪費，重者甚者會引發(fā)火災(zāi)，威脅人的生命和財產(chǎn)安全[1]。

現(xiàn)有的電火箱均是將調(diào)節(jié)裝置裝在箱體外側(cè)，人們需要調(diào)節(jié)溫度時，需要去俯身開啟調(diào)控裝置，當(dāng)溫度過高或者過低時，需要使用者手動調(diào)節(jié)溫度，該調(diào)節(jié)方式需要多次調(diào)節(jié)才能達到使用者想要的溫度[2]。在調(diào)節(jié)的過程中需要多次俯身操作，十分不便，此調(diào)節(jié)方法不僅浪費時間,而且溫度調(diào)節(jié)效果還不好。

本設(shè)計的一款人離斷電的智能控溫電火箱，能很好解決用電安全問題。智能控溫電火箱設(shè)有多種工作模式，能很好的解決操作不便、溫度調(diào)節(jié)效果不好的問題，滿足人們對冬天取暖舒適性的要求[3]。使用者可以通過手機遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)溫度、開關(guān)機，提前開啟加熱，實現(xiàn)到家就能取暖。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

本設(shè)計的智能控溫電火箱系統(tǒng)，在用戶端配合開發(fā)的小程序[4]。用戶可通過手機小程序控制電火箱的工作模式，小程序發(fā)送控制命令至服務(wù)器，服務(wù)器將控制命令發(fā)送到帶有Wi-Fi 模塊控制器，控制加熱裝置加熱；控制器在執(zhí)行控制命令之后，將控制器中的傳感器數(shù)據(jù)回傳至手機端。用戶可實時查看電火箱的工作狀態(tài)，和電火箱內(nèi)部的工作參數(shù)，如電火箱內(nèi)部當(dāng)前溫度值和是否有人體存在。系統(tǒng)總框圖如圖1 所示。

3 系統(tǒng)硬件電路

本設(shè)計的智能控溫電火箱硬件由主控單片機、溫度傳感器、人體紅外傳感器、電源模塊和無線Wi-Fi 模塊等四個模塊組成，加熱裝置作為控制器的輸出裝置。硬件電路圖如圖2 所示。

控制器的主控單片機采用STM32F103，對溫度傳感器和人體紅外傳感器發(fā)送過來數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)，并對Wi-Fi 模塊與服務(wù)器之間的通信進行校正，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。溫度傳感器DS18B20和人體紅外傳感器通過I2C 接口與主控單片機相連，溫度傳感器在本設(shè)計中的主要功能是實時監(jiān)測電火箱內(nèi)部的溫度值，并將監(jiān)測到的溫度值實時發(fā)送至主控單片機。人體紅外傳感器在本文設(shè)計中的主要功能是用來檢測是否有人體存在，即用戶是否在使用電火箱，將人體紅外傳感器檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送至主控單片機，Wi-Fi 模塊通過串口與主控單片機相連，其主要功能是建立控制與服務(wù)器的聯(lián)系，將控制器接入互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，將數(shù)據(jù)進行云處理。主控單片機通過將傳感器的工作參數(shù)與小程序設(shè)置的工作模式參數(shù)進行對比，控制加熱裝置是否加熱。

圖1：系統(tǒng)總框圖

圖2：硬件電路結(jié)構(gòu)圖

圖3：預(yù)熱模式流程圖

圖 4：加熱模式流程圖

圖5：保溫模式流程圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本設(shè)計的智能控溫電火箱軟件設(shè)計主要是三種工作模式的轉(zhuǎn)換，分別為預(yù)熱模式，加熱模式和保溫模式，滿足用戶在不同使用情景下的需求[5]。

4.1 預(yù)熱模式

本設(shè)計的智能控溫電火箱系統(tǒng)，針對無法立即到達電火箱放置地點時，使用者通過預(yù)計自己開始使用電火箱的時間來進行預(yù)熱設(shè)置。在預(yù)熱模式下，使用者可以設(shè)置預(yù)熱開始時間和預(yù)熱溫度，默認(rèn)預(yù)熱溫度為20 度，預(yù)熱時間0-30 分鐘可調(diào)，電火箱會在預(yù)熱開始時間前5 分鐘以最低溫度進行預(yù)熱，控制器將電火箱的溫度加熱到預(yù)熱溫度后，電火箱在預(yù)熱時間內(nèi)維持此溫度不變。使用者一回到家就可取暖，一旦預(yù)熱時間超過設(shè)定預(yù)熱時間，電火箱就會自動停止加熱，保障用電安全。預(yù)熱模式流程圖如圖3 所示。

4.2 加熱模式

本設(shè)計的系統(tǒng)加熱模式，電火箱的溫度值可在20-70 度之間任意設(shè)置，作為電火箱的工作溫度，控制器接收到用戶設(shè)置的溫度值后，會與溫度傳感器檢測到的當(dāng)前溫度值進行對比。當(dāng)電火箱內(nèi)部的溫度值低于設(shè)定值時，控制器控制加熱裝置加熱；當(dāng)電火箱內(nèi)部的溫度值高于設(shè)定溫度值時，控制器控制加熱裝置停止加熱；直到電火箱內(nèi)部的溫度與設(shè)定溫度達到一致，此后，控制器將控制加熱裝置將電火箱內(nèi)部的溫度維持在該溫度。

當(dāng)用戶設(shè)置電火箱在加熱模式下工作時，人體紅外傳感器將檢測到的信息發(fā)送至控制器，只有在檢測到有人體存在的情況下，加熱裝置才開始工作。否則，加熱裝置不工作，實現(xiàn)人離斷電，保障用電安全。加熱模式流程圖如圖4 所示。

4.3 保溫模式

本文設(shè)計的保溫模式是用戶在使用過程中，用戶短時離開時，可以通過設(shè)置電火箱保溫時間，即自動斷電倒計時。在保溫時間內(nèi)，電火箱保持當(dāng)前的工作狀態(tài)，在保溫時間段內(nèi)檢測到人回來，則停止自動斷電倒計時，結(jié)束保溫模式，進入加熱模式進行工作，超過保溫時間未檢測到人體存在，電火箱將會自動斷電、電火箱停止工作。保溫模式流程圖如過圖5 所示。

5 結(jié)束語

本文的智能控溫電火箱由Wi-Fi 模塊和STM32F103 單片機組成，將溫度傳感器和人體紅外傳感器作為數(shù)據(jù)采集端，設(shè)計了一套智能控溫系統(tǒng)，實現(xiàn)了手機遠(yuǎn)程控制。在控制器工作過程中，將烤火箱內(nèi)部的溫度信息實時傳送智能手機，實現(xiàn)隨時查看烤火箱內(nèi)部的溫度，用戶能感受到日常生活的便利的同時，也滿足用戶對電火箱的安全性和舒適性的要求。本設(shè)計對智能家電、智能家居的發(fā)展提供了新的方面，具有一定的推廣和應(yīng)用價值。