一種領導在崗狀態指示系統的設計

周世航，林木泉，張 勇

(閩南理工學院電子與電氣工程學院，福建 泉州362700)

0 引言

日常工作中，在一些沒有使用OA 辦公系統的單位，要拜訪領導簽署相關文件，又不方便提前打電話的情況下，經常出現領導處于忙碌狀態而不方便接待的情況。甚至多次拜訪均如此，無形中耗費了不少的時間和精力。由于雙方的信息不互通，導致了過程變得繁瑣。急需開發顯示領導在崗狀態的系統。雖然大部分公司、單位正在使用的OA 軟件系統可實現類似功能，但需要繳納各種運行費用和投入維護成本，對一些中小企業仍是一筆較大的經費支出。而市場化上專門針對領導在崗狀態指示系統較少，目前只有重慶錦聲科技有限公司公布了一種的在崗狀態指示系統，但需要超聲波傳感器和壓力傳感器的配合，結構相對較復雜，除此之外，還出現了基于人工智能的攝像頭方案的在崗狀態監測系統，但造價較高。為此，本文針對訪客與領導之間信息不互通的問題，面向于中小型企業或者單位需求，提出了一種領導在崗狀態指示系統，該系統電路結構簡單，不需要復雜的軟件運行，只需要一個小型硬件設備，易維護，使用門檻低。當需要拜訪領導時，使用手機或者電腦打開網頁，即刻查看領導是否處于方便接待的情況。

1 總體方案設計

如圖1 所示，該系統由子端系統和終端系統組成，子端設備根據實際情況可擴展多個。所有子端通過Lora 無線方式與終端通信，形成多對一的通信方式。子端系統主要功能為采集開關狀態數據信息并發送給終端系統，且在子端設備電池供電不足時進行燈光提示。終端系統的主要功能為接收子端系統的數據，并將數據通過ESP8266 模塊以HTTP 協議方式上傳至 OneNet 云平臺［1］。

將子端設備擺放于領導辦公桌面，若領導方便接待訪客，則撥動子端設備開關，則所有用戶訪問OneNet 網頁查看的信息即顯示領導目前處于方便待客狀態，此時即可前往。終端設備放置于辦公區中心位置。

圖1 方案結構圖

2 硬件設計

如圖2 所示，在子端系統中，以STC15W4K32S4作為主控芯片，鋰電池經過TLV1117 低壓差低功耗穩壓芯片給子端系統供電，使用TP4056 芯片對鋰電池進行充電管理。主控芯片P3.4 引腳在不需要采集AD 數據時斷開兩個串聯分壓的電阻以節省能耗。P1.5 引腳為AD 輸入口，用于采集電池電壓數據。撥動開關接入主控芯片的P3.5、P3.2 引腳，主控芯片通過檢測P3.5 引腳的電壓來判斷開關的導通或斷開兩種狀態，以此來對應領導此時處于忙碌還是空閑狀態，開關狀態的改變會產生中斷信號通過P3.2 引腳傳輸給主控芯片，從而喚醒主控芯片，LED 燈通過單片機 P1.0 引腳控制。Lora 模塊 RXD、TXD 引腳接入單片機 P0.1、P0.0 引腳進行 UART 通信，MD0、AUX引腳接單片機P3.3、P3.7 引腳控制模塊運行模式。

圖2 子端系統線圖

如圖3 所示，在終端系統中，Lora 模塊接線方式與子端系統相同。ESP8266 模塊的 RXD、TXD 引腳接入單片機P0.3、P0.2 引腳進行UART 通信，其他控制引腳懸空。

圖3 終端系統線圖

3 軟件設計

系統的軟件設計分兩部分，一部分功能為實現開關狀態和電量的檢測，另一部分為數據的無線傳輸。

開關狀態的檢測實現過程為：按鍵觸發外部中斷喚醒處于休眠狀態的單片機，然后通過引腳IO 電壓判斷開關狀態。電量的檢測實現過程為：主控芯片開啟定時器，每5 min 進行一次A/D 采集，判斷電池電量是否過低，若過低則開啟LED 燈閃爍提示。

所有子端設備的數據都發往終端設備，使用Lo ra 無線組網方式實現。所有子端設備主動上傳數據，終端設備接收到子端設備數據后回饋一個應答信號，子端設備接收到應答信號進入休眠狀態［2，3］。為避免通信沖突，當子端設備發送數據后，5 s 內接收不到應答信號則隨機延時一個時間段(設置為100 ms～1 000 ms 之間) 后重新發送一次數據，若等待5 s后仍接收不到數據，則判定子端設備掉線。

子端設備和終端設備使用自定義通信協議。協議幀如表1 所示。

表1 通信協議幀

表1 中，第一字節0XFF 為數據幀幀頭，第二字節數據0X01 表示設備地址，地址表示的范圍從0X00 到0XFF，網絡可容納256 個設備。第三字節數據0 為0X11 表示按鍵關閉，0X22 表示按鍵開啟，數據1 和數據2 為預留字節，方便后期功能擴展，目前數據皆為0X00，最后一字節為除幀頭外數據的和。例如，子端設備地址為0X02，開關處于開的狀態，子端設備上傳數據發送的協議幀為0XFF 0X02 0X22 0X00 0X00 0X24。終端主機接收到數據后回復應答數據幀與子端發送的數據一致。

4 系統測試

整個系統中的子端系統與終端系統的主控板如圖4 所示。

圖4 主控板圖

通過終端系統的主控芯片的串口發送AT 指令對ESP8266 模塊進行配置后才可接入云平臺［4］。以下使用A 代指終端主控芯片，B 代指ESP8266 模塊。A發送指令AT+CWMODE=3，配置模塊工作模式為STA+AP 模式，隨后重啟模塊，A 發送給B 指令AT+CWJAP="a"，"b"(a 為無線用戶名 ssid，b 為 wifi 密碼)，B 則自動連接名稱為“a”的 WIFI 網絡。連接完成后，A 發送指令 AT+CIPMUX=0，把 B 配置為單鏈接模式，只有在此模式下，才能進行透傳模式，隨后A 發送AT+CIPMODE=1，設置透傳模式，在此模式下B 可以連接云端服務器［5］。A 發送指令 AT+CIPSTART="TCP"，"183.230.40.33"，80 來連接 ONENET 云端服務器，連接成功后A 送AT+CIPSEND 開啟透傳模塊，此時已經可以給云平臺發數據了。此時編輯HTTP 協議的數據，通過HTTP 協議接入ONENET 云平臺的設備［6］。

以下為A 發送的發送http post 請求：

其中“59145xxxx” 為ONENET 云平臺設備ID，api-key 后面的內容為設備所對應的API-KEY，Content-Length：15 中的15 為發送內容整個數據流的長度，{"no.1"："free"} 為發送的內容no.1 為數據流名稱，free 為發送至云端的數據內容，當發送成功時候，B 會返回發送成功的消息，此時登陸網站即可看到發送的數據。在網站上可以用接收到的數據編輯用戶查詢界面，將數據流分別自動對應領導的名字與信息，如“no.1”數據流對應“張三”，狀態數據“free”/“busy”可以簡化為界面的開關on/off，更加直觀顯示狀態。當撥動開關，云平臺接收到數據，界面顯示如圖5 所示。

圖5 ONENET 平臺數據查詢

5 結束語

本文設計了一套低成本、易量產、適合各類人群使用的一套訪客查詢系統，該系統為主動觸發方式，不涉及用戶隱私。該系統實現了人——云端——人的聯網模式。在實物上，系統體積小，基本不占用工作空間，只需要在桌子上面放置一個裝有開關的小盒子即可，簡約美觀，具備一定的實用價值。