基于云服務(wù)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

鄧?yán)?，鄧成?/p>

（西華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川成都，610039）

0 引言

近幾年來，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了許許多多的智能化產(chǎn)品，在生活中到處都能看見智能化產(chǎn)品，智能化的生活方式已經(jīng)與我們休戚相關(guān)，各種設(shè)備的遠(yuǎn)程控制以及遠(yuǎn)程查看當(dāng)前狀態(tài)已經(jīng)成為必然趨勢。由于市場需求日益增加，一系列的產(chǎn)品廣泛出現(xiàn)和應(yīng)用，在一定程度上解決了用戶在傳統(tǒng)生活中的局限，讓用戶能夠通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對家用電子設(shè)備（包含照明、電子門鎖、家用電器等）的開關(guān)控制，進(jìn)而達(dá)到遠(yuǎn)程管理的目的[1]。

1 系統(tǒng)總體方案

基于云服務(wù)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用GD32F103C8T6 單片機(jī)作為主控芯片，配有ESP8266WiFi 模塊、繼電器驅(qū)動(dòng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊以及環(huán)境監(jiān)測模塊。GD32F103C8T6 是兆易創(chuàng)新生產(chǎn)的一款單片機(jī)，該單片機(jī)擁有1 個(gè)高級定時(shí)器和3 個(gè)通用定時(shí)器，工作頻率為72 MHz，具有32 位數(shù)據(jù)處理能力，其高效的工作頻率以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力完全能夠滿足該系統(tǒng)高精度運(yùn)轉(zhuǎn)、響應(yīng)時(shí)間短的控制需求[2]。ESP8266WiFi 模塊利用WiFi 無線傳輸技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議將硬件接入到OneNET 云平臺，實(shí)現(xiàn)硬件與OneNEt 云平臺之間的數(shù)據(jù)和命令傳輸。OneNET 云平臺主要用于向硬件發(fā)送命令以及接受硬件上傳的參數(shù)。手機(jī)終端可下發(fā)操作指令對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制以及對控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

■2.1 微控制器

微控制器采用的是GD32F103C8T6 單片機(jī)，GD32F 103C8T6 是一款基于ARM Cortex-M 的32 位的微控制器，其主要作用是控制外部電路執(zhí)行程序并并接收環(huán)境監(jiān)測模塊所采集的參數(shù)，通過ESP8266 模塊上傳到OneNET 云平臺；以及通過OneNET 云平臺下發(fā)的設(shè)備命令來控制設(shè)備的狀態(tài)。GD32F103C8T6 單片機(jī)最小工作系統(tǒng)電路圖如圖2 所示。

圖2 微控制器最小系統(tǒng)電路圖

■2.2 繼電器模塊

繼電器驅(qū)動(dòng)模塊主要用于對外接設(shè)備的開啟和關(guān)閉，其硬件電路如圖3 所示。通過三極管控制繼電器的通斷來實(shí)現(xiàn)對外接設(shè)備的開啟和關(guān)閉。

圖3 繼電器驅(qū)動(dòng)模塊電路圖

■2.3 環(huán)境檢測模塊

環(huán)境檢測包括溫濕度檢測以及光照檢測，其中溫濕度檢測采用DHT11 溫濕度傳感器，該傳感器是一種精度較高的傳感器，體積小，抗干擾能力強(qiáng)，有著很強(qiáng)的可靠性。

光照檢測采用的是BH1750 光照傳感器，該傳感器特點(diǎn)是支持IC-BUS 通信接口，對應(yīng)廣泛的輸出光范圍（相當(dāng)于1-65535lux），光源依賴性弱以及最小誤差變動(dòng)在±20%左右。

■2.4 WiFi 模塊

這里主要用到的是ESP8266EX 芯片，ESP8266EX 芯片擁有完整的網(wǎng)絡(luò)功能既能當(dāng)作從機(jī)與主機(jī)搭配運(yùn)行，也能夠獨(dú)立運(yùn)用。更為重要的是，ESP8266EX 具有適合各種低功耗應(yīng)用場景的省電模式[3-4]。WiFi 模塊的硬件電路如圖4所示。

圖4 WiFi 模塊電路圖

■2.5 電源模塊

由于系統(tǒng)采用USB 作為供電接口，為保障單片機(jī)的正常工作，需要對電源電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將5V 電壓下降到3.3V，這里使用的是AMS1117-3.3[5]。AMS1117-3.3 是一種輸出電壓為3.3V 的正向低壓降穩(wěn)壓器，電源供電電壓轉(zhuǎn)換電路圖如圖5 所示。

圖5 電源供電電壓轉(zhuǎn)換電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸處理程序、命令接收與設(shè)備控制程序、用戶終端程序設(shè)計(jì)是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的三個(gè)主要部分。

■3.1 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸處理設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸處理程序流程，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)接通電源后，單片機(jī)、環(huán)境監(jiān)測模塊、WiFi 模塊等進(jìn)行一系列的初始化工作，然后通過向ESP8266WiFi 模塊發(fā)送AT指令連接上OneNET 云平臺，環(huán)境監(jiān)測模塊將檢測到的參數(shù)通過ESP8266WiFi模塊上傳到OneNET 云平臺，等待一段時(shí)間，將采集的數(shù)據(jù)再次上傳到OneNET云平臺。

■3.2 命令下發(fā)與家電控制程序設(shè)計(jì)

命令下發(fā)與設(shè)備控制程序流程，用戶通過手機(jī)APP端下發(fā)控制命令，控制命令采用JSON 數(shù)據(jù)格式發(fā)送到OneNET 云平臺，然后通過ESP8266WiFi 模塊接收OneNET 云平臺的控制命令，單片機(jī)接收控制命令后完成對外接設(shè)備的控制。

■3.3 用戶終端程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的用戶終端使用的是基于Android 系統(tǒng)編 寫 的APP，Android 系統(tǒng)采用Java 語言作為開發(fā)環(huán)境，本APP 主要使用AndroidStudio 開發(fā)[6]。用戶可以使用該APP 通過無線網(wǎng)絡(luò)在手機(jī)上實(shí)時(shí)查看設(shè)備周圍環(huán)境參數(shù)，并且可以下發(fā)控制指令，對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。方便快捷，節(jié)省人力，方便管理。手機(jī)APP界面如圖6 所示。

圖6 手機(jī)APP 界面

4 系統(tǒng)測試

將程序下載至單片機(jī)后，對系統(tǒng)上電。登錄OneNET云平臺中心，在設(shè)備列表可以看見設(shè)備狀態(tài)為在線，如圖7所示，說明設(shè)備已經(jīng)成功連接OneNET 云平臺。通過移動(dòng)終端，打開手機(jī)APP，通過相應(yīng)的控件可遠(yuǎn)程控制各種設(shè)備（電燈、電視、空調(diào)、水管、窗簾）的狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果表明傳感器對周邊環(huán)境變化響應(yīng)迅速，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，控制命令響應(yīng)迅速，滿足系統(tǒng)要求，可在一般環(huán)境中正常使用。

圖7 OneNET 云平臺的管理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一中基于云服務(wù)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，采用通過ESP8266WiFi 模塊將控制系統(tǒng)接入到OneNET 云平臺，通過用戶終端可實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程設(shè)備周圍環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)查詢并且還能對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)滿足基于云服務(wù)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍廣，成本低廉，用戶操作簡單方便，具有一定的應(yīng)用前景。