基于wifi的物聯網控制照明電路

廣東技術師范學院 黃道燚

一、總體結構

圖1 總體結構框圖

本設計的整體結構框圖如上圖1所示，以中國移動物聯網平臺為中繼，使用手機APP對物聯網平臺的數據流進行設置，每一個設備對應物聯網平臺的一個數據流，以達到分離控制的效果[1]。在各個照明系統部分則加入單片機、wifi模塊、繼電器模塊等電路。通信時，wifi模塊連接到家庭路由器，再借助路由器網絡連接到物聯網平臺，單片機系統則通過wifi模塊對物聯網平臺進行對應的數據流讀取操作，再根據app設置的對應數據流的數值，借助繼電器電路，對照明電路的通斷進行控制，從而控制照明燈的目的。

在手機app設計方面，則是分別設置了按鈕控制和語音控制兩種方式，對用戶的按鈕輸入或語音輸入作判斷。判斷用戶需要對那盞燈，進行開還是關的操作。判斷完成后，最后都以連接物聯網平臺，改變物聯網平臺對應數據流的方式進行控制照明設備。下文將分別從硬件電路和軟件設計兩部分分別對該系統進行闡述。

二、硬件電路

本設計每一個照明燈及控制系統的硬件電路主要由下面各個子電路部分構成：

（1）單片機（STC15F2K60S2）最小系統，由于該款單片機集成了晶振和復位電路，所以只需提供電源便可正常工作。單片機與其它電路的連接如圖2和標號所示：

圖2 主電路

單片機是本設計的核心處理器，主要完成整個系統的控制、處理工作,包括驅動wifi模塊接入家庭路由器、通過wifi模塊及家庭路由器接入中移動物聯網平臺、定時讀取物聯網平臺數據、驅動繼電器模塊對照明電路的通斷進行控制等工作。

（2）Wifi模塊電路主要完成接入家庭路由的功能，其電路連接見圖2，通過2.4Gwi fi網絡，連接到家庭無線路由器，使用要將家庭路由器賬號和密碼寫入單片機。

（3）繼電器電路及照明燈。其電路連接見圖2。由于單片機的系統工作電壓為5v，而照明燈工作電壓220v，兩者電壓類型和電壓值都不相同，所以單片機不能直接對照明電路進行控制。在本設計中使用繼電器電路對兩者進行隔離，起到保護單片機電路系統和對照明電路進行間接控制的作用。

（4）穩壓電源電路。家庭用電為交流220v，而單片機工作電壓為直流5v，單片機無法直接接入到家庭用電當中，所以需要先進行電壓轉化，然后再接入。本設計采用穩壓電源電路來實現電壓的轉化，先使用變壓器電路對交流電壓220v進行降壓和整流，轉化為12V的直流電壓，再使用穩壓芯片7805對其進行穩壓，從而獲取單片機使用的工作電壓5V。如圖3所示：

圖3 穩壓電源電路

三、軟件系統設計

本設計軟件系統分單片機程序部分和app部分，下面分別闡述：

1、單片機程序流程

單片機的總體設計流程如下：

（1）初始化工作：包括波特率設置、IO口初始化、wi fi模塊的AT指令設置等工作。

（2）連接物聯網：驅動wifi模塊連接家庭無線路由器，接入中國移動物聯網平臺，每隔2秒讀取本設計對應的數據流一次。具體格式：

讀取數據流[2]：

（3）對數據流數進行判斷。如上格式，“id”后面的“deng1”為數據流的名稱，表示對應第一個照明設備。本系統設置的數據流名稱為deng1、deng2、deng3等分別對應各個照明設備，“current_value”的后面為數據流的值，如果該值為1則控制繼電器電路開燈，如果該值為0則控制關燈。所以在讀取到物聯網平臺數據后，要對其進行解析提取出數據流的值，再進行判斷，在執行開關燈的操作。

2、app設計流程

使用app-inventor進行app設計與制作[3]，設計的界面如下圖4所示：

圖4 手機app設計的界面

手機app的界面如圖4，包括各個燈的指示標簽和打開、關閉按鈕，以及話筒按鈕。設計流程如下：

（1）用戶按下按鈕時，則app軟件后臺借助手機網絡接入物聯網平臺，并對該按鈕所對應的燈的數據流進行開關數值設置。例如：用戶按下燈6后面的“打開”按鈕，則app軟件對中國移動物聯網平臺進行接入。接入后，發送修改數據流指令信息格式如下：

燈6所對應的數據流是“deng6”, 這里"value"：1是將其值改為1，從而達到照明設備6在讀取數據流時，得到的值是1，從而單片機驅動繼電器控制進行開燈操作。

（2）增加語音模塊和語音文本轉化模塊。當用戶按下“話筒”按鈕，則調用科大訊飛語記開始接受用戶的語音輸入[4]，用戶語音輸入完畢后，則使用語音文本轉化模塊將語音轉化為文本，然后對該文本進行檢查、比較，檢查文本是否包含例如“開燈1”、“開燈2”、“關燈6”等關鍵字，如果有這些關鍵字，則按照內容去更改對應的數據流的值，具體流程操作同上按鈕的流程。

四、總結

本作品設計的照明系統在傳統照明的基礎上進行改進設計，結合了物聯網、wifi通信等技術，使得設計的智能系統可以進行遠程遙控、語音控制的新功能。使得照明系統的控制變得更加方便、快捷、智能。

[1]智能臺燈[J].微型計算機,2016(18).

[2]楊振乾.愛的臺燈[J].無線電,2016(7).

[3]閔譯萱.基于單片機的臺燈亮度調節系統設計[J].數碼世界,2017(2).

[4]曹多蓮,陳清偉.聽話的臺燈[J].無線電,2016(11).