基于機(jī)智云平臺(tái)的智能燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃宇新，陳鵬，武泱光，馬嘉波，黃河(通訊作者)

（湖北文理學(xué)院物理與電子工程學(xué)院，湖北襄陽(yáng)，441053）

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)提供的技術(shù)方案，整個(gè)控制系統(tǒng)分為手機(jī)控制端、云端以及線下控制端三大部分組成。手機(jī)控制端通過(guò)云端發(fā)送控制命令和接收單片機(jī)反饋的數(shù)據(jù)；云端采用機(jī)智云的平臺(tái)作為數(shù)據(jù)交換的中心，負(fù)責(zé)中轉(zhuǎn)來(lái)自手機(jī)控制端和線下控制端的數(shù)據(jù)；線下控制端包含STM32F103C8T6最小系統(tǒng)電路、環(huán)境光檢測(cè)電路、WIFI模塊以及OLED顯示電路。主控芯片作為整個(gè)線下控制端的核心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的正常工作，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，最后打包發(fā)送出去，同時(shí)還要執(zhí)行來(lái)自云端的控制指令。OLED屏幕顯示受控?zé)艄鉅顟B(tài)以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取到的時(shí)間、天氣和溫度信息。WIFI無(wú)線通信模塊作為云端與控制端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的橋梁，是整個(gè)系統(tǒng)得以通信的核心。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

■2.1 主控部分

主控部分包含STM32F103C8T6最小系統(tǒng)電路、環(huán)境光檢測(cè)電路、WIFI模塊以及OLED顯示電路等。系統(tǒng)利用TEMT6000傳感器對(duì)環(huán)境光進(jìn)行檢測(cè)、WIFI模塊與手機(jī)APP通信、加以O(shè)LED顯示,最終實(shí)現(xiàn)受控?zé)艄獾淖詣?dòng)調(diào)節(jié)和APP手動(dòng)調(diào)節(jié)的功能。

■2.2 環(huán)境光傳感器部分

TEMT6000是一個(gè)三極管類(lèi)型的光敏傳感器，其光照強(qiáng)度和基極的電流成正比。可以連接該傳感器的基極到模擬電壓輸入，通過(guò)檢測(cè)電壓值就可以判斷當(dāng)前的光照強(qiáng)度。TEMT6000對(duì)可見(jiàn)光照度的反應(yīng)特性與人眼的特性類(lèi)似，可以模擬人對(duì)環(huán)境光線的強(qiáng)度的判斷，從而用來(lái)檢測(cè)不同居家環(huán)境下的光強(qiáng)。當(dāng)光照強(qiáng)度較低時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)提高燈光亮度，當(dāng)光照強(qiáng)度較高時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)減弱燈光亮度。TEMT6000照度傳感器采用的電流輸出方式可以方便的將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，不需要其他的電路來(lái)調(diào)節(jié)，可以直接與單片機(jī)連接[1]。TEMT6000光傳感器照度與如圖2所示。

圖2 TEMT6000光傳感器照度與輸出電流的關(guān)系圖

3 軟件設(shè)計(jì)

■3.1 機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)

機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是一個(gè)針對(duì)個(gè)人和企業(yè)開(kāi)發(fā)者的一站式智能硬件開(kāi)發(fā)和云端服務(wù)平臺(tái)。機(jī)智云為開(kāi)發(fā)者提供了極為簡(jiǎn)便的自助工具、完善的SDK和豐富的API服務(wù)功能，可以根據(jù)開(kāi)發(fā)者自定義產(chǎn)品功能，自動(dòng)生成可響應(yīng)的控制頁(yè)面。開(kāi)發(fā)者在機(jī)智云平臺(tái)開(kāi)發(fā)智能硬件時(shí)，可以很方便地使用自動(dòng)生成的App對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和驗(yàn)證。此APP有完整的用戶注冊(cè)、登陸和注銷(xiāo)流程，并且可以完成機(jī)智云智能硬件的配置入網(wǎng)、設(shè)備搜索、設(shè)備綁定、設(shè)備登錄、設(shè)備控制、遠(yuǎn)程控制、狀態(tài)更新、本地遠(yuǎn)程切換等基本設(shè)備操作。

■3.2 GAgent通訊模組

GAgent是一款可以提供上層應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)備的雙向數(shù)據(jù)通訊的固件,開(kāi)發(fā)者使用GAgent固件后，只需要把產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的重心放在產(chǎn)品的功能開(kāi)發(fā)上，數(shù)據(jù)的通訊功能完全由GAgent固件承擔(dān)，極大的降低了開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)的難度。GAgent主要的功能是轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備采集得到的數(shù)據(jù)，它是設(shè)備端、云端、手機(jī)控制端的通信橋梁。GAgent有很強(qiáng)的移植性，可將GAgent固件移植到WiFi模組、GPRS模組以及PC端等市面上常見(jiàn)的通訊模組上。該系統(tǒng)采用的是ESP8266模組，需要在機(jī)智云的官方網(wǎng)站上下載ESP8266版本通用的GAgent固件包，然后通過(guò)樂(lè)鑫公司提供的配套的Flash燒錄工具將下載好的GAgent固件包寫(xiě)入ESP8266模塊中，斷電重啟后設(shè)備自動(dòng)從Flash中啟動(dòng)。GAgent固件的功能框圖如圖3所示。

圖3 GAgent固件的功能框圖

■3.3 機(jī)智云代碼移植

到此在機(jī)智云開(kāi)發(fā)者平臺(tái)上的工作基本完成，根據(jù)項(xiàng)目的需要選擇生成對(duì)應(yīng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的代碼包，代碼包實(shí)現(xiàn)了機(jī)智云通信協(xié)議的解析與封包、產(chǎn)品設(shè)備數(shù)據(jù)與通信數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換邏輯，并封裝成了簡(jiǎn)單的API。當(dāng)設(shè)備收到云端的數(shù)據(jù)后，程序會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的事件并通知到應(yīng)用層，開(kāi)發(fā)者只需要在對(duì)應(yīng)的事件處理邏輯中添加傳感器的控制函數(shù)，便可完成產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)[2]。從開(kāi)發(fā)平臺(tái)上下載已經(jīng)創(chuàng)建好的代碼包移植到我們已經(jīng)創(chuàng)建好的項(xiàng)目工程里面即可。

■3.4 機(jī)智云設(shè)備接入SDK

機(jī)智云產(chǎn)品設(shè)備訪問(wèn)SDK是將手機(jī)和機(jī)智云智能硬件之間的通信進(jìn)程，以及電話和云端之間的通信進(jìn)程膠囊化,其中包括網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)、搜索、連接、控制、心形節(jié)點(diǎn)、狀態(tài)報(bào)告和警告。開(kāi)發(fā)人員使用SDK可以迅速完成APP的開(kāi)發(fā)，只需注意APP的UI和UE設(shè)計(jì)，就可以忽略比較復(fù)雜的協(xié)議和錯(cuò)誤處理。根據(jù)開(kāi)發(fā)者項(xiàng)目的要求，APP應(yīng)該整合Gizwits SDK，以完成復(fù)雜的邏輯處理。Gizwits提供了iOS基本款SDK, Android基本款SDK, APICloud交叉平臺(tái)SDK的三種SDK包。機(jī)智云設(shè)備接入SDK的流程如圖4所示。

圖4 設(shè)備接入SDK的流程

■3.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)STM32F103C8T6單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn),程序中初始化各個(gè)模塊(串口初始化、按鍵初始化、傳感器初始化、協(xié)議初始化、定時(shí)器初始化...)后通過(guò)按鍵掃描來(lái)選擇手機(jī)控制還是線下控制。

圖5 軟件設(shè)計(jì)框圖

線下控制:線下控制可使用按鍵來(lái)調(diào)節(jié)燈光亮度,設(shè)置適合自己當(dāng)前環(huán)境的光線強(qiáng)度。還可以根據(jù)環(huán)境光傳感器獲取周?chē)h(huán)境光強(qiáng),實(shí)現(xiàn)燈光亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

手機(jī)控制:手機(jī)控制可通過(guò)機(jī)智云平臺(tái)跟設(shè)備連接,將WIFI模塊連接能上網(wǎng)的路由器,并且調(diào)整一些配置與機(jī)智云平臺(tái)連接,當(dāng)手機(jī)APP和WIFI模塊綁定后即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備，從而控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同的功能。

最后在云端獲取時(shí)間、天氣等信息并在OLED顯示屏上顯示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一款基于機(jī)智云的智能燈光控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)采用STM32F103C8T6單片機(jī)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，通過(guò)WIFI模塊與手機(jī)App保持信號(hào)傳輸。本系統(tǒng)利用傳感器采集技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)，借助物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出一套基于手機(jī)App和WIFI網(wǎng)絡(luò)的智能燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)κ覂?nèi)燈光進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)燈光的智能化管理。