【IoT畢業(yè)設計】STM32開(kāi)發(fā)板+機智云IoT+智能樓宇照明燈控

引言

隨著(zhù)現代電子技術(shù)以及經(jīng)濟的發(fā)展，人們更加追求科幻電影般的情景式生活享受，對各類(lèi)智能設備的需求也越來(lái)越大。其中智能照明系統與人們的生活辦公息息相關(guān)，而不同人群對照明環(huán)境也有個(gè)性化的需求。其中包括年輕人對燈光色彩變幻的追求，也有老幼人群對光照強度以及安全報警的功能需求，也有對殘障人士便捷地控制開(kāi)關(guān)方式的需求等等。

為了更科學(xué)可靠地滿(mǎn)足人們對美好生活辦公的需求，本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入樓宇照明系統，通過(guò)對傳統照明系統的分析，結合現代樓宇的功能區域結構，以STM32F103作為MCU，利用esp8266進(jìn)行WiFi聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)配合各類(lèi)傳感器和LED驅動(dòng)電路，實(shí)現對樓宇內走廊、電梯、辦公室、衛生間等環(huán)境的遠程控制。

1系統總體設計方案

該智能照明系統的設計主要分為硬件和軟件兩部分。硬件部分設計包括STM32F103ZET6單片機的**電路，其中包括驅動(dòng)電源電路、系統復位電路、程序下載電路、晶振電路、WiFi模塊數據傳輸接口以及其他相關(guān)接口以及相關(guān)的傳感器、WiFi模塊與STM32連接電路設計[1]；軟件部分設計包括STM32單片機代碼編寫(xiě)、機智云平臺提供的相關(guān)代碼的編寫(xiě)以及Android手機APP的代碼編寫(xiě)。系統的設計框圖如圖1所示。

圖1智能照明系統的總體設計框圖

由圖1可知，該智能照明系統采用各類(lèi)環(huán)境傳感器、LED燈和驅動(dòng)芯片作為感知層負責數據的采集和命令的執行。將WiFi模塊和路由器等通信設備作為網(wǎng)絡(luò )層，搭建智能照明系統的無(wú)線(xiàn)傳輸端，并與云平臺連接，完成數據傳輸；再由機智云平臺作為平臺層，主要對硬件平臺發(fā)來(lái)的數據進(jìn)行處理，包括電壓信息的存儲、比較以及預警等功能；

終端層則是由智能手機端或PC端進(jìn)行監視與控制功能。通過(guò)以上設計使照明系統更加人性化、智能化，能夠滿(mǎn)足未來(lái)智能照明的要求[2-3]。

2系統硬件電路設計

本設計中使用STM32F103ZET6為主控核心板如圖2所示，并配合WiFi模塊、溫濕度傳感器模塊、LED燈以及電源模塊。LED燈組端采用STM32F103單片機為核心處理單元，并通過(guò)各類(lèi)傳感器和LED驅動(dòng)控制，實(shí)現辦公室、電梯間、走廊等環(huán)境的基礎照明功能。

2.1 WiFi模塊

在樓宇智能照明系統中，為了解決硬件與軟件的通信，將各個(gè)燈組傳感器所采集的信息上傳至服務(wù)器，故選用了ESP8266WiFi模塊。ESP8266模塊是一款串口轉無(wú)線(xiàn)模芯片，內部自帶固件，用戶(hù)操作簡(jiǎn)單，無(wú)需編寫(xiě)時(shí)序信號等。這款芯片使用了3.3V的直流電源，體積小，功耗低，支持透傳，丟包現象不嚴重，而且價(jià)格超低。

本設計中采用ESP8266-01系列和STM32的串口進(jìn)行通信，將通過(guò)網(wǎng)絡(luò )采集到的數據，經(jīng)過(guò)串行口發(fā)送給STM32單片機，進(jìn)行進(jìn)一步的處理。同時(shí)終端設備通過(guò)WiFi模塊接入云端，其中TXD和RXD引腳分別是WiFi模塊的數據發(fā)送端和數據接收端，它與STM32F103單片機的串口RXD和TXD相連，為遠程控制提供了可能。其電路原理圖如圖3所示。

圖2STM32F103ZET6原理圖

圖3ATK-ESP8266WiFi模塊原理圖

2.2傳感檢測電路

系統主要用到光強檢測模塊和溫濕度檢測模塊。其中光線(xiàn)檢測電路的工作原理是利用半導體光敏材料的光量子作用，當受到一定波長(cháng)的光線(xiàn)照射時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì )發(fā)生改變，從而實(shí)現光電轉換。該模塊有三個(gè)引腳，分別是VCC、GND和信號輸出端。每個(gè)光電傳感器的信號輸出引腳分別連到STM32單片機的一個(gè)GPIO端口上。

STM32單片機通過(guò)讀取ADC端口的電壓值，判斷周?chē)h(huán)境亮度情況。光線(xiàn)檢測電路圖如圖4所示。而DHT11是一款有已校準數字信號輸出的溫濕度傳感器。其精度濕度+-5%RH，溫度+-2℃，量程濕度20-90%RH，溫度0～50℃。其原理圖如圖4、5所示[4-5]。

圖4光強檢測模塊電路圖

圖5DHT11模塊電路圖

3系統軟件設計

在A(yíng)ndroidstudio軟件開(kāi)發(fā)平臺上編寫(xiě)一個(gè)名為“智能樓宇照明”的手機APP。此APP是基于機智云安卓開(kāi)源框架開(kāi)發(fā)的一個(gè)簡(jiǎn)易的智能樓宇照明系統，功能有：燈的控制、溫濕度的讀取、光強檢測讀取等功能。使用的芯片ESP8266，使用的開(kāi)發(fā)平臺是機智云開(kāi)發(fā)平臺。

3.1機智云平臺

系統采用機智云Aiot開(kāi)發(fā)平臺，由ESP8266模塊與云服務(wù)器創(chuàng )建連接，每個(gè)區域通過(guò)微控制器處理LED的開(kāi)關(guān)信息、傳感檢測數據傳輸，最后發(fā)送至后臺進(jìn)行儲存并將信息通過(guò)智能終端設備顯示在用戶(hù)面前，用戶(hù)也可以向網(wǎng)絡(luò )向服務(wù)器發(fā)送控制指令實(shí)現完善的人機交互。

圖6云平臺創(chuàng )建數據點(diǎn)界面

機智云AIoT自助開(kāi)發(fā)平臺，提供從產(chǎn)品定義、開(kāi)發(fā)調試、應用開(kāi)發(fā)、產(chǎn)測、云端開(kāi)發(fā)、運營(yíng)管理、數據服務(wù)等覆蓋IoT設備接入到運營(yíng)管理全生命周期服務(wù)的開(kāi)發(fā)能力。通過(guò)傻瓜化的自助工具、完善的SDK與開(kāi)放的API，最大限度降低IoT設備開(kāi)發(fā)的技術(shù)門(mén)檻，已服務(wù)320000+開(kāi)發(fā)者。零代碼硬件和軟件應用開(kāi)發(fā)，快速簡(jiǎn)易、低成本、穩定靈活、安全可靠。0.5天樣品調試，7天量產(chǎn)上市。

智能照明系統可以通過(guò)該平臺實(shí)現公共網(wǎng)絡(luò )通信，不但有強大的數據處理功能，還不占用本地資源，可以對以往上傳的數據進(jìn)行查找和分析。用戶(hù)可以通過(guò)智能終端對云平臺進(jìn)行監測和控制。用戶(hù)加入機智云平臺，進(jìn)入開(kāi)發(fā)者中心便可創(chuàng )建一個(gè)項目，云平臺創(chuàng )建數據點(diǎn)界面如圖6所示[6]。

圖7設備監控界面

3.2客戶(hù)端開(kāi)發(fā)

首先將搭建Android環(huán)境，利用AndroidStudio開(kāi)發(fā)工具導入網(wǎng)站內提供Android框架，使用設備接入SDK解決因為gradle版本而出現的報錯問(wèn)題，可以使得開(kāi)發(fā)者快速完成APP開(kāi)發(fā)，可忽略相對復雜的協(xié)議與錯誤處理等事項。再通過(guò)利用安卓基本軟件，進(jìn)行頁(yè)面的邏輯修改，最后填寫(xiě)AppID與AppSecret時(shí)APP和機智云云端綁定，利用控件進(jìn)行自定義的UI控制，最終實(shí)現監控界面如圖7所示。

4 結論

隨著(zhù)信息領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，國家大力推進(jìn)加快5G網(wǎng)絡(luò )，數據中心等新型基礎設施建設進(jìn)度，“新基建”正在成為共識，智能照明系統作為公共樓宇的一種非接觸經(jīng)濟智能產(chǎn)品，將成為未來(lái)工作和生活的常態(tài)需求，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和智能終端的普及，為智能生態(tài)圈提供了技術(shù)保障。而智能樓宇照明系統也在數據中心的平臺下通過(guò)自動(dòng)化、通信、信息技術(shù)手段為“新基建”提供安全、高效、便捷和節能的解決思路。

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