【IoT畢業(yè)設(shè)計】STM32開發(fā)板+機智云IoT+實現(xiàn)智能空調(diào)控制

摘要:

為了解決空調(diào)耗電量大，管理不當(dāng)將浪費大量電能的問題，達(dá)到節(jié)約電能的目的，文章設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺的空調(diào)智能控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)分為手機APP客戶端、機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺及基于STM32的智能空調(diào)控制終端三大部分；智能空調(diào)控制終端模塊實時采集周邊環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)過STM32單片機對數(shù)據(jù)進行處理，再通過esp8266WIFI模塊發(fā)送到手機端，用戶也可以在手機APP

端改變相關(guān)設(shè)置，再由手機端發(fā)送到云平臺，最后由云平臺通過WIFI網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給ESP8266WIFI模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制空調(diào)的功能；

實驗結(jié)果表明，利用該系統(tǒng)能實時監(jiān)控環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，有效地控制空調(diào)合理使用，控制成功率達(dá)到100%,能營造舒適的生活工作環(huán)境又不造成浪費，適用于多種空調(diào)品牌，具有較高的實用價值。

引言

家用智能空調(diào)是智能家居中重要的組成部分，智能家居是在物聯(lián)網(wǎng)這一大背景下提出來的。家庭中經(jīng)常使用的設(shè)備如：網(wǎng)絡(luò)電視、電風(fēng)扇、地暖、空調(diào)、冰箱、微波爐、智能電燈等通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組合到一起并連接網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成人們經(jīng)常提及的智能家居。智能家居集開關(guān)控制、手機遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)外遠(yuǎn)程遙控、防盜報警、室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及未來可編程開發(fā)拓展等多種功能于一體。與傳統(tǒng)家居相比，智能家居不僅具有過去設(shè)備的全部功能，還擴展了家居設(shè)備自動化和信息化的優(yōu)勢，為使用者提供全方位與設(shè)備進行信息交互功能，同時也降低了諸多能源的消耗[1-3]。

然而由于各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備千差萬別，使用的通訊協(xié)議不盡相同，常用的通訊方式有串口、WIFI、3G、4G、并口等，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)異常復(fù)雜，使用的編程語言和技術(shù)紛繁多樣，導(dǎo)致應(yīng)用難以實現(xiàn)傳統(tǒng)軟件所具有的可維護性和可伸縮性，同時難以自動傳輸設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及傳遞執(zhí)行動作，所以簡化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)勢在必行。

家用智能空調(diào)控制系統(tǒng)在智能家居物聯(lián)網(wǎng)背景下應(yīng)運而生，目前大部分舊時的普通家居還使用紅外遙控器通過發(fā)送信號對空調(diào)進行控制，但許多家庭面臨遙控器過多、遙控器失靈，以及找不到遙控器等問題，造成了許多的煩惱，隨著科技的發(fā)展，針對這類問題某些廠家發(fā)明了紅外線發(fā)射器，只要將紅外線發(fā)射器插在手機上就能控制家電，但此類產(chǎn)品還存在著明顯的局限性，控制距離過短的問題顯得尤為突出，再加上需要隨時帶在身邊顯得尤為麻煩[4]。

目前家電市場上已有不少推出智能型空調(diào)的公司產(chǎn)品[5],實現(xiàn)原理一般以單片機為控制芯片，內(nèi)置無線通信模塊(如WIFI)與控制平臺通信。這樣的方式須內(nèi)置無線通信模塊，僅供新生產(chǎn)的新型號空調(diào)，不能控制老型號普通版空調(diào)。

針對以上紅外線空調(diào)智能控制距離短、新型空調(diào)成本高、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等原因，本文提出一種方法來實現(xiàn)以手機APP為客戶端，通過網(wǎng)絡(luò)連接云平臺進行虛擬服務(wù)虛擬設(shè)備和外置智能空調(diào)控制終端，可以實現(xiàn)對普通空調(diào)的遠(yuǎn)程控制。本文的空調(diào)智能控制系統(tǒng)基于STM32主控中心、WIFI技術(shù)和機智云平臺而設(shè)計的，關(guān)鍵技術(shù)是采用FlyMcu軟件用Keil MDK5編程實現(xiàn)機智云平臺的SDK和API服務(wù)，實現(xiàn)三部分的通信連接，將新的服務(wù)器平臺應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用開發(fā)，簡化了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的復(fù)雜性，加快了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)效率，提高了應(yīng)用的可維護性、可升級性和可擴展性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

根據(jù)對智能控制系統(tǒng)的總體功能分析，將系統(tǒng)分為以下幾個部分進行模塊化設(shè)計，首先是溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊，接著是按鍵控制顯示模塊，最后是WIFI網(wǎng)絡(luò)通訊模塊。溫濕度數(shù)據(jù)采集模塊采集當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)信息，發(fā)送給中央處理器，處理器對信息進行讀取，再發(fā)送給液晶顯示模塊顯示。按鍵分別控制空調(diào)的溫度、風(fēng)速和模式，當(dāng)按鍵按下處理器收到信號時進行信號識別，接著把信息發(fā)給液晶顯示模塊顯示。當(dāng)單片機接收到數(shù)據(jù)信息時，單片機也會將數(shù)據(jù)信息通過WIFI網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給機智云平臺，機智云平臺再將數(shù)據(jù)信息發(fā)送給手機APP。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

機智云Aiot開發(fā)平臺是個人或企業(yè)開發(fā)者的一站式智能硬件開發(fā)及云服務(wù)平臺。平臺提供了定義產(chǎn)品、應(yīng)用開發(fā)、硬件設(shè)備的開發(fā)調(diào)試、云端開發(fā)、運營管理、數(shù)據(jù)服務(wù)、產(chǎn)品測試等覆蓋智能硬件接入到運營管理全生命周期服務(wù)的能力。機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺為開發(fā)者提供了許多幫助，其中以自助式開發(fā)工具和開放的云平臺對于開發(fā)者而言幫助最大。開發(fā)者開發(fā)硬件聯(lián)網(wǎng)時，常常止步于相關(guān)應(yīng)用程序的開發(fā)，因此硬件聯(lián)網(wǎng)在這之前只有部分技術(shù)經(jīng)驗特別豐富的技術(shù)人員才能開發(fā)。

機智云針對這類問題為開發(fā)者提供了完善的SDK與API服務(wù)，開發(fā)者只需下載下來直接使用即可，這不但大大降低了開發(fā)者的技術(shù)門檻，而且大大縮短了研發(fā)周期，減少了開發(fā)者花費在軟件開發(fā)等方面的精力，為今后的硬件智能化升級提供了許多寶貴精力[6-8]。

機智云開發(fā)者平臺為開發(fā)者提供了固件包，分為GAgent和MCU兩部分，其中MCU部分是直接與硬件設(shè)備通信的，也就是說，我們通過對MCU內(nèi)部燒入代碼，通過相應(yīng)的程序編程，實現(xiàn)對硬件的控制；然而GAgent相當(dāng)于機智云提供給我們WIFI模塊的固件包，它的作用分為兩方面，一方面為一些硬件模塊提供配置入網(wǎng)功能或者是綁定手機功能，另一方面為手機控制硬件或者云端與硬件信息交互提供幫助。

機智云為用戶提供豐富的云服務(wù)功能，開發(fā)者可以在機智云服務(wù)平臺上注冊用戶和登錄、注冊設(shè)備和注銷、綁定設(shè)備和解綁等。機智云上的配置文件服務(wù)器可以為開發(fā)的設(shè)備提供數(shù)據(jù)點定義和配置，當(dāng)硬件設(shè)備發(fā)送二進制數(shù)據(jù)時，SDK與云服務(wù)可以通過數(shù)據(jù)配置文件解碼，通過這種方式對上傳來的數(shù)據(jù)就行解析，當(dāng)云端下發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)點鍵值對時，SDK與云服務(wù)通過數(shù)據(jù)配置文件編碼成二進制數(shù)據(jù)，然后將二進制數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆O(shè)備上，再由設(shè)備內(nèi)部處理，以此達(dá)到對設(shè)備控制的效果[9-12]。

2 物聯(lián)網(wǎng)云平臺的空調(diào)智能控制硬件設(shè)計

2.1 硬件電路設(shè)計

2.1.1 單片機最小系統(tǒng)

目前市面上的單片機有很多種，比如最常見的8051單片機、STM32單片機、TMS單片機、MSP430系列單片機等，51單片機和STM32單片機作為大學(xué)最常用的兩款單片機，本作品采用STM32單片機作為主控芯片，它具有高性能、豐富合理的外設(shè)、低功耗等優(yōu)勢，除了自身優(yōu)勢外，它還擁有強大的軟件支持，即豐富的軟件包，具備全面豐富的技術(shù)文檔，還積累了大批的用戶群體[13-14]。

本文選用STM32F103C8T6最小系統(tǒng)板，該系統(tǒng)板作為本套設(shè)計的中央處理器，通過PB9端口接收來自DHT11溫濕度檢測模塊的檢測數(shù)據(jù)。單片機I/O模擬SPI連接方式，由PB5～PB8接到OLED液晶顯示的模塊引腳上。將PA2、PA3與ESP8266WIFI模塊的RX、TX端口相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。按鍵開關(guān)直接連接最小系統(tǒng)板的PB11～PB14端口，單片機接受到低電平信號針對內(nèi)部數(shù)據(jù)進行處理。

2.1.2 按鍵電路

OLED又稱為有機發(fā)光半導(dǎo)體，因其具備發(fā)光效率高、亮度高等特性，廣泛用于MP3、智能手表、智能車攝像頭圖像實時顯示、電池管理儀、工控手柄、便攜醫(yī)療儀等產(chǎn)品。OLED引腳定義如表所示。OLED的GND管腳一般直接連接電源地，VCC管腳接電源模塊的3.3 V電源端口，SCL管腳接STM32單片機的CLK時鐘端口，SDA管腳接MOSI數(shù)據(jù)端口，RST管腳一般接單片機的復(fù)位端口，D/C管腳一般用來接收單片機傳輸來的數(shù)據(jù)或命令，從SCL管腳到D/C管腳都是高電平有效，OLED液晶顯示電路圖如圖2所示。

OLED模塊的分辨率為128*64,通過編程顯示16*16點陣以供使用，模塊采用SPI接口方式，通過研究GPIO模擬SPI的時序圖，不難發(fā)現(xiàn)，模擬SPI通信協(xié)議其實是向內(nèi)部的SSD1306芯片寫入一個字節(jié)信號，這一個字節(jié)中包含了命令和數(shù)據(jù)信息，通過編程，只能向OLED模塊內(nèi)部寫入數(shù)據(jù)不支持讀取數(shù)據(jù)功能，因此只需要寫SPI發(fā)送給OLED。

圖2 OLED 液晶顯示電路

2.1.4 溫濕度檢測

DHT11數(shù)字傳感器是一款溫濕度復(fù)合傳感器，它是基于高性能的溫濕度感應(yīng)元件制作而成的，其內(nèi)部包括一個電容式感濕元件和一個高精度集成的測溫元件，并與一個高性能8位的單片機相連接。該傳感器的數(shù)字信號已校準(zhǔn)，無需使用者擔(dān)心，該產(chǎn)品溫濕度的測量精度得到用戶的認(rèn)可，因此其常應(yīng)用在檢測設(shè)備、記錄器、醫(yī)療產(chǎn)品之中。

DHT11傳感器既能測量溫度，也能測量濕度，因此它的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不如一些用于測量單一數(shù)據(jù)信息的傳感器，與它們比較溫濕度測量結(jié)果精確度要小很多。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器工作電壓為3.3～5 V之間，數(shù)據(jù)端口也帶有上拉電阻，該模塊設(shè)有固定的螺絲孔，方便用戶的連接，1號引腳是數(shù)據(jù)管腳和STM32的I/O口相連，2號引腳接電源模塊的3.3 V電源，3號引腳接地。引腳接線電路圖如圖3所示。

圖3 DHT11引腳接線電路

DHT11溫濕度傳感器作為采集模塊，使用方法為：首先總線下拉電平18 ms, 接著總線由上拉電阻拉高電平，并且傳感器設(shè)定延時30μs, 其次判斷已連接的STM32單片機GPIO口是否有相應(yīng)的低電平響應(yīng)，響應(yīng)后80μs STM32的GPIO口再發(fā)出高電平。當(dāng)有高電平發(fā)出，80μs后傳感器進入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)和校驗階段。

2.1.5 通信模塊

本系統(tǒng)采用WIFI模塊來實現(xiàn)硬件與手機APP通信，當(dāng)前市面上有很多不錯的WIFI模塊產(chǎn)品，最后決定選取ESP8266開發(fā)板。之所以選用ESP8266 WIFI開發(fā)板主要是因為該開發(fā)板的主模塊是ESP-12F,串口芯片型號是CP2102,最重要的原因是支持NodeMCU Lua開發(fā)方式，雖然本設(shè)計尚未用到該開發(fā)方式，但如果使用該開發(fā)方式可以不再使用STM32核心處理器，直接通過該開發(fā)板D1引腳接OLED液晶屏SDA引腳，D2引腳接OLED液晶屏SCL引腳，3 V接3.3伏電源，GND接電源地。因此選用該開發(fā)板為以后硬件升級奠定一定基礎(chǔ)[15]。

ESP-12F是由安信可科技開發(fā)的，該模塊核心處理器ESP8266在較小尺寸封裝中集成了業(yè)界領(lǐng)先的Tensilica L106超低功耗32位微型MCU,帶有16位精簡模式，ESP-12F是ESP-12的增強版，無論是工藝上還是**電路上，相比于上一代都展現(xiàn)了極大進步，在穩(wěn)定性與抗干擾性方面，都表現(xiàn)極佳，PCB天線經(jīng)過了專業(yè)實驗室的測試，也得到了ROHS的認(rèn)證，ESP-12F在原先基礎(chǔ)上又新增了6個IO口，SPI口引出，對于開發(fā)者而言，開發(fā)也更加便捷，它一方面可以直接通過IO口與STM32單片機進行交流。

另一方面通信工作方式分為STA模式、AP模式和 STA+AP模式，并且內(nèi)部包含了TCP/IP協(xié)議，由此實現(xiàn)了云平臺通過WIFI網(wǎng)絡(luò)和串口之間的數(shù)據(jù)傳輸[16-18]。

本設(shè)計是在機智云平臺基礎(chǔ)上設(shè)計的，在選擇好相應(yīng)的幾個功能后，機智云平臺會自動生成相應(yīng)的SDK,因此無需關(guān)注其內(nèi)部協(xié)議處理問題，這對開發(fā)起到極大的便捷性，WIFI模塊的開發(fā)設(shè)計主要包括配置處理、數(shù)據(jù)上報、數(shù)據(jù)下發(fā)，其他的軟件程序都由機智云平臺自動生成，結(jié)合軟件開發(fā)手冊調(diào)用即可。

本設(shè)計直接使用ESP8266 WIFI模塊開發(fā)板，該開發(fā)板的原理圖如圖4所示，鑒于系統(tǒng)以STM32作為核心處理器，因此本模塊只需用到RX端口和TX端口，其余端口留有今后升級使用。將WIFI模塊開發(fā)板的3V3和GND引腳分別接到電源模塊的3.3 V電源端和接地端，RX引腳和TX引腳分別接STM32開發(fā)板的PA2引腳和PA3引腳，通過這兩個引腳實現(xiàn)信息相互傳輸。

圖4 WIFI 模塊電路

2.2 軟件設(shè)計

控制工作流程如圖5所示，空調(diào)設(shè)備供電后，控制器通過無線網(wǎng)絡(luò)連接遠(yuǎn)程服務(wù)器機智云平臺，手機APP操作向服務(wù)器發(fā)送設(shè)備惟一識別碼和狀態(tài)信息，云平臺接收到信息后，進行數(shù)據(jù)分析處理，并查詢該設(shè)備對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息編碼指令，WIFI模塊在配置處理中有兩種接入模式，分別是SoftAP模式和AiriLink模式，當(dāng)通過程序設(shè)定使WIFI模塊處于AiriLink模式時，WIFI模從會通過WTFI網(wǎng)絡(luò)連續(xù)地接收特定編碼的WIFI廣播包，當(dāng)手機連接已聯(lián)網(wǎng)的WIFI網(wǎng)絡(luò)時，手機會自動廣播，廣播的是內(nèi)容是由手機APP(如Demo APP)發(fā)送內(nèi)部編碼后的WIFI網(wǎng)絡(luò)SSID和密碼。

WIFI模塊接收到廣播的內(nèi)容后，自動嘗試連接對應(yīng)的WIFI網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)顯示連接成功時，相應(yīng)對的配置也就完成了、當(dāng)WIFI模塊處于AP模式下時，WIFI模塊自身就相當(dāng)于一個熱點，可以通過手機的機智云APP直接與WIFI模塊連接，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)信息處理，手機APP會將可用的WIFI網(wǎng)絡(luò)SSID以及密碼發(fā)送給WIFI模塊，當(dāng)WIFI模塊接收到手機發(fā)來的配置信息屆會自動不斷嘗試連接相應(yīng)的路由器，當(dāng)WIFI模塊顯示連接成功時，該設(shè)備會自動跳轉(zhuǎn)到正常工作模式。若有發(fā)回指令給控制器，控制器接收到指令，通過手機APP,完成對空調(diào)設(shè)備的控制。

圖5 控制工程流程圖

2.2.1 STM32驅(qū)動設(shè)計

2.2.1.1 時鐘初始化

系統(tǒng)時鐘初始化采用系統(tǒng)滴答定時器，函數(shù)中RCC-0scInitTypeDef為結(jié)構(gòu)體函數(shù)，結(jié)構(gòu)體中包含了是時鐘來源，RCC-ClkInitTypeDef函數(shù)以結(jié)構(gòu)體的形式定義了總線的時鐘的配置，總線時鐘一般選擇的是內(nèi)部使能系統(tǒng)時鐘，本程序中是使用外部時鐘源HSE的8 MHz晶振，通過代碼運算實現(xiàn)9倍頻，達(dá)到72 MHz系統(tǒng)主時鐘。

APB1總我時鐘通過分頻實現(xiàn)36 MHz, 然而APB2和AHB都為72 MHz: 該模塊中實現(xiàn)了1 ms延時，是通過HAL-RCC-GetHCLKFreq()/1 000賦值，以此來使系統(tǒng)達(dá)到1 ms的中斷，接著通過定義HAL_SYSTICK_Config內(nèi)部形參為1 ms。以此實現(xiàn)系統(tǒng)滴答定時器的初始化配置。

2.2.1.2 串口模塊初始化

STM32程序的串行通信中，程度必須包含串口初始化程序，首先要設(shè)定其波特率，只有相同波特率，才能實現(xiàn)相互通信，波特率相同每秒中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)也就相同，數(shù)據(jù)傳輸是以一個字符接著一個字符的順序傳輸?shù)?，一個字符的傳輸是由起始位開始，停止位結(jié)束，當(dāng)系統(tǒng)判斷了起始位和停止位，表明一個字符傳輸成功。下方的串口初始化程序表示，USART1選擇異步通信方式，接著設(shè)定相應(yīng)的波特率為115 200 Bits/s, 并且設(shè)定8 Bit數(shù)據(jù)長度。

2.2.1.3 按鍵模塊初始化

按鍵初始化函數(shù)是keyInit (),該函數(shù)定義了2個按鍵相應(yīng)的I/0口，通過讀取函數(shù)的輸入值，進行程序判斷，對于按鍵1和按鍵2需識別是長按還是短按。

2.2.2 OLED液晶顯示模塊程序設(shè)計

按鍵初始化函數(shù)是keyInit (),該函數(shù)定義了2個按鍵相應(yīng)的I/0口，通過讀取函數(shù)的輸入值，進行程序判斷，對于按鍵1和按鍵2需識別是長按還是短按。

2.2.2 OLED液晶顯示模塊程序設(shè)計

OLED模塊的分辨率為128*64,通過編程顯示16*16點陣以供本系統(tǒng)使用，模塊采用SPI接口方式，通過研究GPIO模擬SPI的時序圖，不難發(fā)現(xiàn)，模擬SPI通信協(xié)議其實是向內(nèi)部的SSD1306芯片寫入一個字節(jié)信號，這一個字節(jié)中包含了命令和數(shù)據(jù)信息，通過編程，只能向OLED模塊內(nèi)部寫入數(shù)據(jù)不支持讀取數(shù)據(jù)功能，因此只需寫SPI發(fā)送給OLED即可。

2.2.3 數(shù)據(jù)采集模塊程序設(shè)計

DHT11溫濕度傳感器作為采集模塊使用，本課題研究了其相應(yīng)的工作原理，而總結(jié)出一般的軟件流程為：首先總線下拉電平18 ms, 接著總線由上拉電阻拉高電平，并且傳感器設(shè)定延時30 μs其次判斷已連接的STM32單片機GPIO口是否有相應(yīng)的低電平響應(yīng)，如果有響應(yīng)，響應(yīng)后80 lusTY32的GPIO口再發(fā)出高電平。當(dāng)有高電平發(fā)出，80 μs后傳感器進入數(shù)據(jù)采集狀態(tài)。

2.2.4 WIFI程序模塊設(shè)計

WIFI模塊在配置處理中有兩種接入模式，分別是SoftAP模式和AirLink模式，當(dāng)通過程序使WIFI模塊處于 Airlink模式時，WIFI模塊會通過WIFI網(wǎng)絡(luò)連續(xù)地接收特定編碼的WIFI廣播包，當(dāng)手機連接已聯(lián)網(wǎng)的WIFI網(wǎng)絡(luò)時，手機會自動廣播，廣播的是內(nèi)容是由手機APP(如 Demo APP)發(fā)送內(nèi)部碼后的WIFI網(wǎng)絡(luò)SSID和密碼，WIFI模塊接收到廣播的內(nèi)容后，自動嘗試連接對應(yīng)的WIFI網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)顯示連接成功時，相應(yīng)對的配置也就完成了。

當(dāng)WIFI模塊處于APP模式下時，WIFI模塊自身就相當(dāng)于一個熱點，我們可以通過手機的機智云APP直接與WIFI模塊連接，通過內(nèi)部數(shù)據(jù)信息處理，手機APP會將可用的WIFI網(wǎng)絡(luò)SSD以及密碼發(fā)送給WIFI模塊，當(dāng)WIFI模塊接收到手機發(fā)來的配置信息后會自動不斷嘗試連接相應(yīng)的路由器，當(dāng)WIFI模塊顯示連接成功時，該設(shè)備會自動跳轉(zhuǎn)到正常工作模式。

2.2.5 STM32軟件編程

STM32作為本設(shè)計的核心樞紐，無論是直接控制空調(diào)的幾種設(shè)定還是將數(shù)據(jù)顯示到手機上都要經(jīng)過STM32不斷檢測有無信號輸入，當(dāng)STM32檢測到對應(yīng)的按鍵串口有低電平輸入時，STM32內(nèi)部處理發(fā)送給OLED模塊顯示。當(dāng)系統(tǒng)接通電源時，STM32不斷向溫濕度傳感器發(fā)送檢測信號，由STM32處理發(fā)送給OLED顯示和通過WIFI模塊發(fā)送給機智云平臺，再經(jīng)過機智云IoT開發(fā)平臺發(fā)送給用戶手機APP。

控制工程流程如圖5所示，遠(yuǎn)程管理與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)功能流程如圖6所示。首先用手機APP提前設(shè)置好空調(diào)相關(guān)參數(shù)，然后啟用設(shè)備數(shù)據(jù)分析功能，該功能可以實時存儲的空調(diào)各狀態(tài)數(shù)據(jù)并保存，同時與提前設(shè)置好的空調(diào)狀態(tài)變量進行比較分析，判斷空調(diào)狀態(tài)是否開啟或者是關(guān)閉，根據(jù)需要生成控制指令來調(diào)節(jié)空調(diào)的溫度，根據(jù)需要生成報警信息并發(fā)送到控制器，同時通知給管理員。同時，根據(jù)整個控制過程中記錄的設(shè)備狀態(tài)信息來綜合分析空調(diào)運行情況等信息，了解系統(tǒng)在節(jié)能控制方面的效益。

圖6 遠(yuǎn)程管理與數(shù)據(jù)分析流程圖

為了實現(xiàn)真正的遠(yuǎn)程控制，選擇將實物硬件系統(tǒng)接入物聯(lián)網(wǎng)云平臺。在云平臺注冊一個開發(fā)者賬號，注冊完成后可以開始創(chuàng)建新任務(wù)。第一步，先創(chuàng)建智能空調(diào)的基本信息。

第二步，創(chuàng)建本系統(tǒng)功能所需的數(shù)據(jù)點。

第三步，下載生成的APP源碼(可以自行對源碼進行更改),生成APP。

3 系統(tǒng)安裝及調(diào)試結(jié)果

3.1 硬件使用說明

1)連接電源；

2)若此前WIFI模塊已入網(wǎng)，在電源接通后，WIFI模塊會自動入網(wǎng)，整個系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。若此前未連接WIFI,此時只需在手機端對WIFI模塊進行配網(wǎng)即可。

3.2 軟件使用說明

1) 用云平臺生成的APP源代碼在AndroidStudio中生成機智云示例APP,在安卓手機上安裝APP。

2) 進入APP點擊一鍵配置——>輸入自己的WIFI名稱和密碼——>選擇WIFI模塊的型號——>根據(jù)提示按配網(wǎng)按鍵——>等待配網(wǎng)成功——>配網(wǎng)成功后會顯示設(shè)備在線，過程附圖如下：①一鍵配置；②輸入WIFI密碼；③選擇WIFI模塊型號；④搜索連接設(shè)備；⑤配網(wǎng)成功；⑥設(shè)備控制界面。(順序從左到右，從上到下)

連接成功后，可以對空調(diào)進行遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程開啟和關(guān)閉空調(diào)，遠(yuǎn)程監(jiān)測家中環(huán)境溫濕度，遠(yuǎn)程選擇空調(diào)的模式，遠(yuǎn)程設(shè)定空調(diào)溫度；除此之外，空調(diào)有智能控制模式，當(dāng)溫度超過設(shè)定的閾值，空調(diào)可以自動開啟進行制冷或制熱；空調(diào)還保留手動控制模式，可以通過按鍵控制空調(diào)的各參數(shù)和模式。

3.3 測試

在系統(tǒng)測試時，選擇了模擬空調(diào)電路作為測試對象，同時手機打開機智云APP,家用空調(diào)智能控制系統(tǒng)設(shè)計包括對空調(diào)的模式、風(fēng)速和溫度的控制，環(huán)境溫濕度也同時在OLED屏幕上顯示，智能家居控制系統(tǒng)可分為硬件控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)兩方面。在進行實驗調(diào)試之前，需要將軟件平臺keil MDK5安裝好，keil MDK5用于編寫和調(diào)試代碼，并將代碼燒錄到STM32最小系統(tǒng)板上，在keil MDK5中編寫好代碼，并且選擇好器件STM32F103C8,最終檢查編譯成功結(jié)束。具體步驟如下。

步驟1:基于keil 軟件與面包板搭建的臨時電路，根據(jù)基本要求實現(xiàn)測試；

步驟2:先安上元件后，焊接電路，用萬用表測試電路是否正確連通，以確定無虛焊、漏焊和焊接錯誤等問題，然后將集成芯片安上。以此可以防止集成芯片由于電壓過大而燒壞；

步驟3:檢查連接無誤后，裝載程序，調(diào)試，運行；

圖7 系統(tǒng)界面圖

首先進行硬件系統(tǒng)操控：當(dāng)按下紅色按鈕時，模式可以改變；當(dāng)按下綠色按鈕時，風(fēng)速可以改變；當(dāng)按下藍(lán)色按鈕時，可以調(diào)高溫度；當(dāng)按下黃色按鈕時，可以調(diào)低溫度。

其次進行遠(yuǎn)程操控：當(dāng)選擇模式一欄時，可以選擇自己想設(shè)定的模式，顯示屏也能夠顯示，當(dāng)選擇風(fēng)速一欄時，可以選擇自己想設(shè)定的風(fēng)速，顯示屏?xí)⒂谑謾C設(shè)定的風(fēng)速顯示出來，當(dāng)拉動溫度條時，顯示屏可以根據(jù)設(shè)定值，將溫度顯示出來，手機機界面還會實時顯示環(huán)境溫濕度的變化。

首先通過程序獲取空調(diào)遙控器編碼進行分析，其組成按編碼模式為：表1模式編碼，分別對5種工作模式自動、制冷、加濕、送風(fēng)、制熱進行編碼，表2為風(fēng)速模式，分別對自動、一級、二級、三級進行編碼，表3為溫度編碼，分別對溫度范圍進行編碼。

校驗碼=[(模式-1)+(溫度-16)+5+左右掃風(fēng)],將十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)保留后4位，再逆序取值；校驗碼生成后根據(jù)通過程序進行編碼，編碼的不同可以需求控制空調(diào)的各種運行狀態(tài)，來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫濕度，達(dá)到人體舒適狀態(tài)。

表1 模式編碼

表2 風(fēng)速編碼

表3 溫度編碼

表4為系統(tǒng)測試運行狀態(tài)數(shù)據(jù)表。其中有進口溫度、出口溫度、人員狀態(tài)、狀態(tài)、時間分別表示進風(fēng)口溫度，出風(fēng)口溫度，人體感應(yīng)器返回數(shù)據(jù)、空調(diào)的運行狀態(tài)，運行時間。人員狀態(tài)有兩種表示方法，0表示無人，1表示有人?？照{(diào)運行狀態(tài)有兩種，H表示制熱狀態(tài)，C表示制冷狀態(tài)。當(dāng)室內(nèi)長時間處于無人狀態(tài)的時長可以由時間表示(單位：分鐘)。一般預(yù)設(shè)時間15min, 當(dāng)室內(nèi)無人超過此時間后，系統(tǒng)則發(fā)出報警信息，并自動關(guān)閉空調(diào)。實驗結(jié)果表明，智能空調(diào)控制系統(tǒng)能實時采集周邊環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，服務(wù)器可以正常接收到傳送的狀態(tài)信息，用戶通過云平臺系統(tǒng)控制發(fā)出的信息編碼可以實現(xiàn)對空調(diào)的控制，運行較穩(wěn)定，控制成功率達(dá)到100%。

表4 系統(tǒng)測試運行數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

本文實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺的空調(diào)智能控制，智能空調(diào)控制終端模塊實時采集周邊環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)，以STM32單片機作為硬件控制中心結(jié)合WIFI技術(shù)，云平臺與家用空調(diào)連接來進行遠(yuǎn)程操控。手機可以實時顯示的房間溫濕度，在炎熱的夏季或寒冷的冬季，可以在回家之前就通過手機APP調(diào)節(jié)空調(diào)，這樣一到家就能平復(fù)焦躁的內(nèi)心，不用再焦急地等待房間溫度降下來，更不用再困擾于找不到遙控器或是遙控器沒電的煩惱，甚至不用再擔(dān)心出門上班后家里的空調(diào)忘記關(guān)了的情況。

利用該系統(tǒng)能實時監(jiān)控環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，有效地控制空調(diào)合理使用，控制成功率達(dá)到100%,能營造舒適的生活工作環(huán)境又不造成浪費，適用于多種空調(diào)品牌，具有較高的實用價值。同時，本設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)是采用FlyMcu軟件用Keil MDK5編程實現(xiàn)機智云平臺的SDK和API服務(wù)，實現(xiàn)三部分的通信連接，將新的服務(wù)器平臺應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用開發(fā)，簡化了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)的復(fù)雜性，加快了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開發(fā)效率，提高了應(yīng)用的可維護性、可升級性和可擴展性。

對于未來發(fā)展而言，首先智能控制系統(tǒng)是需要進行不斷完善的，隨著各種家用空調(diào)的發(fā)售，它可以與更多空調(diào)設(shè)備相關(guān)聯(lián)，進而滿足更多使用者的不同需求。人們使用WIFI技術(shù)既幫助人們不再煩惱于復(fù)雜的布線，又幫助人們節(jié)約了布線空間[19-20]。