基于云服務的遠程控制系統

鄧磊，鄧成中

（西華大學機械工程學院，四川成都，610039）

0 引言

近幾年來，科學技術不斷發展，已經出現了許許多多的智能化產品，在生活中到處都能看見智能化產品，智能化的生活方式已經與我們休戚相關，各種設備的遠程控制以及遠程查看當前狀態已經成為必然趨勢。由于市場需求日益增加，一系列的產品廣泛出現和應用，在一定程度上解決了用戶在傳統生活中的局限，讓用戶能夠通過手機實現遠程對家用電子設備（包含照明、電子門鎖、家用電器等）的開關控制，進而達到遠程管理的目的[1]。

1 系統總體方案

基于云服務的遠程控制系統采用GD32F103C8T6單片機作為主控芯片，配有ESP8266WiFi模塊、繼電器驅動模塊、電機驅動模塊以及環境監測模塊。GD32F103C8T6是兆易創新生產的一款單片機，該單片機擁有1個高級定時器和3個通用定時器，工作頻率為72 MHz，具有32位數據處理能力，其高效的工作頻率以及強大的數據處理能力完全能夠滿足該系統高精度運轉、響應時間短的控制需求[2]。ESP8266WiFi模塊利用WiFi無線傳輸技術和物聯網協議將硬件接入到OneNET云平臺，實現硬件與OneNEt云平臺之間的數據和命令傳輸。OneNET云平臺主要用于向硬件發送命令以及接受硬件上傳的參數。手機終端可下發操作指令對設備進行遠程控制以及對控制系統的參數進行實時查詢。系統總體結構圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖

2 系統硬件電路設計

■2.1 微控制器

微控制器采用的是GD32F103C8T6單片機，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行程序并并接收環境監測模塊所采集的參數，通過ESP8266模塊上傳到OneNET云平臺；以及通過OneNET云平臺下發的設備命令來控制設備的狀態。GD32F103C8T6單片機最小工作系統電路圖如圖2所示。

圖2 微控制器最小系統電路圖

■2.2 繼電器模塊

繼電器驅動模塊主要用于對外接設備的開啟和關閉，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現對外接設備的開啟和關閉。

圖3 繼電器驅動模塊電路圖

■2.3 環境檢測模塊

環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，有著很強的可靠性。

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

■2.4 WiFi模塊

這里主要用到的是ESP8266EX芯片，ESP8266EX芯片擁有完整的網絡功能既能當作從機與主機搭配運行，也能夠獨立運用。更為重要的是，ESP8266EX具有適合各種低功耗應用場景的省電模式[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

由于系統采用USB作為供電接口，為保障單片機的正常工作，需要對電源電壓進行轉換，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的正向低壓降穩壓器，電源供電電壓轉換電路圖如圖5所示。

圖5 電源供電電壓轉換電路圖

3 系統軟件設計

數據采集與數據傳輸處理程序、命令接收與設備控制程序、用戶終端程序設計是系統軟件設計的三個主要部分。

■3.1 數據采集與數據傳輸處理設計

數據采集與數據傳輸處理程序流程，遠程控制系統接通電源后，單片機、環境監測模塊、WiFi模塊等進行一系列的初始化工作，然后通過向ESP8266WiFi模塊發送AT指令連接上OneNET云平臺，環境監測模塊將檢測到的參數通過ESP8266WiFi模塊上傳到OneNET云平臺，等待一段時間，將采集的數據再次上傳到OneNET云平臺。

■3.2 命令下發與家電控制程序設計

命令下發與設備控制程序流程，用戶通過手機APP端下發控制命令，控制命令采用JSON數據格式發送到OneNET云平臺，然后通過ESP8266WiFi模塊接收OneNET云平臺的控制命令，單片機接收控制命令后完成對外接設備的控制。

■3.3 用戶終端程序設計

本系統的用戶終端使用的是基于Android系統編寫的APP，Android系統采用Java語言作為開發環境，本APP主要使用Android Studio開發[6]。用戶可以使用該APP通過無線網絡在手機上實時查看設備周圍環境參數，并且可以下發控制指令，對設備進行遠程控制。方便快捷，節省人力，方便管理。手機APP界面如圖6所示。

圖6 手機APP界面

4 系統測試

將程序下載至單片機后，對系統上電。登錄OneNET云平臺中心，在設備列表可以看見設備狀態為在線，如圖7所示，說明設備已經成功連接OneNET云平臺。通過移動終端，打開手機APP，通過相應的控件可遠程控制各種設備（電燈、電視、空調、水管、窗簾）的狀態。試驗結果表明傳感器對周邊環境變化響應迅速，數據準確,系統運行穩定，控制命令響應迅速，滿足系統要求，可在一般環境中正常使用。

圖7 OneNET云平臺的管理統計數據

5 結語

本文設計了一中基于云服務的遠程控制系統，采用通過ESP8266WiFi模塊將控制系統接入到OneNET云平臺，通過用戶終端可實現對遠程設備周圍環境參數的實時查詢并且還能對設備的狀態進行控制。本設計滿足基于云服務的遠程控制系統的基礎功能，實現覆蓋范圍廣，成本低廉，用戶操作簡單方便，具有一定的應用前景。