引言

在各種災害中,火災是威脅公眾安全和社會發(fā)展的最主要災害之一,很多用電設備常出現(xiàn)不能及時斷電的問題,存在較大火災隱患和電能浪費。在家電設備控制方面,物聯(lián)網(wǎng)的應用取得了很多研究成果,市場上有很多智能控制產(chǎn)品,而對于物聯(lián)網(wǎng)在實驗室用電設備智能控制方面的應用則鮮有研究。目前,很多實驗室仍通過管理員人工巡查的方式來管理實驗室用電設備,這不僅給管理員帶來了繁重的工作,還存在人為因素導致的管理隱患?；诖?本文設計了一套實驗臺控制系統(tǒng)。

1系統(tǒng)設計概述

系統(tǒng)框圖如圖1所示,實驗臺控制系統(tǒng)由IAP15W4K58S4單片機、ESP8266-12F物聯(lián)網(wǎng)模塊、DS18B20測溫模塊、獨立按鍵、電源模塊、繼電器模塊和LCD12864顯示模塊組成。

1.11AP15W4K58S4單片機

IAP15W4K58S4單片機為功能增強型8051CPU芯片,具有1T的單位時鐘/連續(xù)機器工作周期,其連續(xù)運行工作速度比普通8051CPU芯片快8～12倍,片內的EEPRoM擦寫可達10萬次以上,工作時頻率為5～30MHz。

1.2ESP8266-12FWi-Fi模塊

考慮到本設計需要的內存空間比較大,云傳輸數(shù)據(jù)量較大,選用ESP8266-12FWi-Fi模塊。該模塊采用3.3V單電源供電,采用樂鑫ESP8266原裝芯片,在較小尺寸封裝中集成了業(yè)界領先的超低功耗32位微型MCU,同時也集成了Wi-Fi、板載天線。ESP8266芯片連接互聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)硬件設備遠程控制,模塊初始的模式是STA+AP模式,不需要更改ESP8266芯片工作模式。連接機智云平臺前,需要登錄樂鑫官網(wǎng)下載ESP8266芯片使用機智云的固件,將固件寫入ESP8266-12F模塊。將焊接好轉接板的ESP8266-12F接在單片機上,模塊作為一個網(wǎng)絡傳輸芯片,通過串口轉Wi-Fi把單片機和手機連接起來。ESP8266-12F與單片機連接圖如圖2所示。

圖2ESP8266-12F與單片機連接圖

1.3LCD12864顯示模塊

LCD12864液晶顯示有帶字庫和不帶字庫兩種,本設計選用帶字庫的LCD12864,編程時直接調用字庫里的字即可,能提高程序執(zhí)行效率和系統(tǒng)運行速度,以免程序執(zhí)行時占用過多的RoM。LCD12864液晶顯示屏有并行模式和串行模式,可以通過PSB引腳進行切換。串行速度相對較慢,占用I/o口少:并行相對速度快,占用I/o口多。本設計選用LCD12864液晶顯示屏并行運行模式。LCD12864液晶顯示模塊接線圖如圖3所示。

1.4DS18:2B測溫模塊

DS18B20是常用數(shù)字溫度傳感器,具有體積小、硬件開銷低、抗干擾能力強、精度高的特點,內部有溫度上、下限告警設置,溫度測量范圍在-55～125℃,每個器件上都有獨一無二的序列號,只需要一個端口即可實現(xiàn)通信[2],輸出數(shù)字信號,實際測溫中可實現(xiàn)直接測溫。DS18B20的2號引腳是通信引腳,需外接上拉電阻將其拉為高電平。DS18B20測溫模塊電路如圖4所示。

1.5繼電器模塊

4路繼電器工作電壓選為5V,單片機端口P4工作模式配置為強推挽輸出,吸合對應繼電器,模塊輸出常開最大負載為交流250V/10A,實現(xiàn)弱電控制強電,接口直接通過接線端子引出,方便實現(xiàn)控制要求。

1.6獨立按鍵模塊

本設計主要使用2×4獨立按鍵的K1、K2、K3和K4四個按鍵,K1、K2、K3和K4分別連接單片機的P44、P45、P46和P47口,GND與單片機共地,每個按鍵單獨占用一個單獨GPIO口,不會影響其他GPIO口狀態(tài)。獨立按鍵模塊電路原理圖如圖5所示,該電路配置靈活,軟件結構簡單。

2系統(tǒng)主程序流程

程序開始運行后,系統(tǒng)所有模塊初始化,機智云連接協(xié)議初始化,所有繼電器都處于斷開狀態(tài),LCD12864屏幕亮并進入開機界面,開始檢測按鍵,如果檢測到按鍵被按下,相對應繼電器吸合,單片機通過ESP8266712FWi7Fi模塊將工作臺電源工作狀態(tài)變化發(fā)送到機智云云端,工作臺電源狀態(tài)同步更新到手機App,手機App上該繼電器的狀態(tài)會顯示該繼電器已經(jīng)打開,DS18B20把所測實時溫度發(fā)送到單片機,單片機通過LCD12864液晶模塊將溫度顯示出來,同時將溫度信息發(fā)送到ESP8266712FWi7Fi模塊,通過機智云云端更新到手機App。手機上可以通過控制界面監(jiān)視實驗臺電源工作狀態(tài),并可在手機上進行控制操作,把命令通過云平臺發(fā)送給ESP8266712FWi7Fi模塊,與單片機通信后,發(fā)送給單片機控制對應繼電器吸合或斷開。系統(tǒng)軟件主程序流程圖如圖6所示。

3結語

本文從實際出發(fā)設計了一套實驗臺控制系統(tǒng),采用IAP15W4K58S4單片機控制繼電器來模擬控制實驗臺,可以在現(xiàn)場使用按鍵或遠程使用手機App控制實驗臺電源,在手機上遠程查看實驗臺電源的狀態(tài),實驗室管理員還可通過手機App查看實驗室室溫,及時發(fā)現(xiàn)火災。實驗室管理員不需要總是到現(xiàn)場巡查,降低了管理員的工作量,不管距離有多么遙遠,只要手機可以上網(wǎng),都可在App上進行實驗臺遠程監(jiān)視和控制。