OneNET云平臺的智能消毒柜控制系統

中山火炬開發區理工學校 吳 德

隨著人民日益增長的美好生活需要，市場對廚電行業智能化的需求劇增。本文設計了一種基于OneNET云平臺的智能消毒柜控制系統，以滿足消毒柜行業供給側改革的需求。該系統以比亞迪BF7612BM28SOP為主控芯片，采用ESP-12E WiFi模塊組建局域網實現消毒柜與家庭網絡的智能互聯，通過OneNET云平臺，在移動終端通過微信小程序和微信公眾號對智能消毒柜進行遠程控制,實現了消毒柜與智能移動終端的互聯及管理，使人們的家居生活更加便捷、智慧。

隨著物聯網、云計算、大數據的迅猛發展，人們生活方式也隨之產生著巨大的變化，人們對美好事物的追求不斷提高。廚電設備供給側改革要求提升產品智能化以引領市場，開拓市場。為了便于消毒柜的智能化管理，人們需要將消毒柜與移動智能終端實現互聯，進而實現日常家居生活的個性化及智能化管理。智能消毒柜系統，以局域網為通信基礎連接至智能移動終端，實現對廚電設備的集成與控制。本文基于中國移動開放的OneNET云平臺，采用比亞迪BF7612BM-28SOP為主控芯片，合泰HT66F004為功能控制芯片，ESP-12E作為微信配網模組，用戶既能通過智能消毒柜的觸控面板又能通過移動終端的微信小程序和微信公眾號實現對智能消毒柜狀態的設置、查詢和控制。

圖1 智能消毒柜控制系統框圖

圖2 智能消毒柜控制系統硬件框圖

圖3 ESP-12E原理圖

1 系統總體設計

基于OneNET云平臺的智能消毒柜控制系統主要包括：硬件控制系統，移動端操作系統，OneNET中國移動物聯網開發平臺等。該系統由比亞迪單片機（BF7612BM-28SOP）組成主控電路，由合泰單片機(HT66F004)組成控制電路，控制消毒柜的各項功能如：加熱控制繼電器，電磁鎖，蜂鳴器，讀取溫度，門控等。比亞迪單片機與ESP-12E WiFi模塊通過串口連接，傳輸觸摸按鍵控制位，工作時間，設置溫度，網絡連接狀態等。ESP-12E WiFi模塊負責組件局域網實現微信配網。單片機通過mqtt協議與OneNET云平臺進行數據交換。移動端微信小程序通過https協議操作云平臺的數據以實現對智能消毒柜的系統設置和功能控制。基于OneNET云平臺實現了人機交互模式，通過移動智能終端查看和控制消毒柜的狀態和功能。智能消毒柜控制系統框圖如圖1所示。

2 系統硬件設計

本系統（如圖2所示）以比亞迪單片機（BF7612BM28SOP）和合泰單片機(HT66F004)為主控芯片，控制消毒柜的各項功能以及各項系統設置，包括控制繼電器，電磁鎖，蜂鳴器，讀取溫度，水位，設置工作模式，檢測工作狀態等。通過ESP-12E完成微信配網，實現單片機與移動終端微信小程序以及云平臺的通訊。

2.1 ESP-12E WiFi模塊電路設計

該模塊核心處理器ESP8266集成了Tensilica L106超低功耗32位微型MCU，集成Wi-Fi MAC/ BB/RF/PA/LNA，板載天線。該模塊支持標準的IEEE802.11 b/g/n協議，完整的TCP/IP協議棧。用戶可以使用該模塊為現有的設備添加聯網功能，也可以構建獨立的網絡控制器，為WiFi功能嵌入其他系統提供無限可能。ESP8266是一個完整且自成體系的WiFi網絡解決方案，能夠獨立運行，也可以作為從機搭載于其他主機MCU運行。由于ESP-12E模塊（如圖3所示）采用3.3V供電，需要用到電源轉換芯片AMS1117-3.3把5V電源轉換成3.3V電源。圖4所示是ESP-12E模塊串口電壓轉換電路。

2.2 消毒柜觸控與顯示模塊電路

TM1640主要應用于電子產品LED顯示屏驅動，是一種LED（發光二極管顯示器）驅動控制專用電路，內部集成有MCU數字接口、數據鎖存器、LED驅動等電路。消毒柜觸控與顯示模塊電路設計如圖5所示。微處理器的數據通過兩路總線接口和TM1640通信，SKY1～SKY8接BF7612BM28SOP的PC0～PC7,SKY9～SKY16接PD0～PD7。比亞迪單片機的TXD1引腳與TM1640的CLK相連，RXD1與DIN相連。

2.3 功能繼電器和開關控制模塊

消毒柜共有三個功能繼電器（如圖6所示），分別是上室，下室，臭氧。由合泰單片機PA1、PA2、PA3控制，PA0控制上鎖、PC2控制下鎖、PC1控制負離子、PC0控制蜂鳴器、PB0控制下門、PB1控制上門、PB2控制下溫度、PA4控制上溫度。

圖4 串口電壓轉換電路

圖5 消毒柜觸控與顯示模塊電路

圖6 功能繼電器和開關控制模塊

3 系統軟件設計

3.1 微信端程序設計

微信小程序，首次添加設備，使用微信小程序中的二維碼獲取設備ID信息和對應的用戶ID，并把數據上傳到數據庫。用戶進入小程序，首先判斷改用戶是否登陸過，如果登陸過，將獲取用戶在數據庫中所有的設備信息，如果首次登陸則需要用戶申請授權，獲取用戶信息，并把用戶信息保存在數據庫中。圖7所示是微信小程序的界面圖。

圖7 微信小程序界面圖

3.2 ESP-12E二次開發程序設計

ESP8266常用的工作模式有三種。（1）STA模式：ESP8266模塊通過路由器連接互聯網，手機或電腦通過互聯網實現對設備的遠程控制。（2）AP模式：ESP8266模塊作為熱點，手機或電腦直接與模塊連接，實現局域網無線控制。（3）STA+AP模式：兩種模式的共存模式。本系統ESP8266的工作模式為STA模式，使用Arduino開發環境編程，實現微信的自動配網功能。ESP-12E二次開發程序流程圖如圖8所示。

3.3 系統主程序

系統（如圖9所示）首先初始化單片機，時鐘，串口，讀取配置信息連接WiFi登陸云平臺。合泰單片機讀取消毒柜門控，溫度等狀態信息通過串口加密發送給比亞迪主控單片機，主控芯片讀取狀態信息并且驅動LED顯示模塊，同時通過串口向8266發送時間、溫度等數據至云平臺。系統定時循環讀取觸控板和云平臺的設置時間、溫度和工作模式等控制信號，向合泰單片機發送繼電器控制信號，更新顯示數據，同時讀取消毒柜的狀態和實時溫度等信息上傳至云平臺。

圖8 ESP-12E二次開發程序流程圖

圖9 系統主程序流程圖

本文設計了一套基于OneNET云平臺的智能消毒柜控制系統方案，實現了廚電設備消毒柜與智能終端的互聯互通，使人們對消毒柜的管理更加便捷和智慧。該系統性能穩定，設備成本經濟實惠。已應用于工業生產，產品大量投入市場，取得了用戶好評與青睞。同時該系統方案成熟，成本低廉可以廣泛應用于其他智能家居設備。