【畢業(yè)設(shè)計(jì)】STM32的智慧空調(diào)系統(tǒng)

摘要:

在悶熱的夏天,外出回家就能享受涼爽的室內(nèi)環(huán)境是每個(gè)人都期盼的,基于此想法設(shè)計(jì)了以STM32為控制器, esp8266為無(wú)線通信模塊,將設(shè)備接入機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),通過(guò)APP實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制的智慧空調(diào)系統(tǒng)。

1 引言

將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)配置入網(wǎng)通過(guò)特定的通信協(xié)議接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),便可輕松實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制。特定的通信協(xié)議保證了可靠穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交換[1], 物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)作為數(shù)據(jù)處理中心, 將傳感網(wǎng)絡(luò)終端獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或存儲(chǔ), 同時(shí)提供一個(gè)界面給用戶查看和操作[2]。本文通過(guò)機(jī)智云AIoT平臺(tái), 簡(jiǎn)單地制作了聯(lián)網(wǎng)控制的智慧空調(diào)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成

整個(gè)智慧空調(diào)控制部分選用stm32f103作為微控制器;數(shù)據(jù)采集選用了具有校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的DHT11傳感器, 通過(guò)單總線的形式從數(shù)據(jù)線讀取測(cè)量數(shù)據(jù)[4];顯示部分選用低功耗的OLED, 顯示當(dāng)前溫濕度以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)狀態(tài);通信部分選用ESP8266模塊, 保持接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)與微控制器和云平臺(tái)的雙向通信;空調(diào)部分選用制冷片與導(dǎo)冷端,由小風(fēng)扇引出涼風(fēng), 達(dá)到模擬空調(diào)的效果。

2.2 ESP8266WiFi傳感器

ESP8266WiFi傳感器自帶強(qiáng)大的硬件接口, 通過(guò)配置接入WiFi后可以實(shí)現(xiàn)串口通信[5]。本系統(tǒng)接入WiFi的配置方式為AirLink模式, 傳感器不斷接收Wi Fi廣播包, 手機(jī)連接WiFi后, 通過(guò)機(jī)智云APP發(fā)送編碼后的廣播包, 在WiFi信號(hào)良好的情況下能快速接入無(wú)線網(wǎng), 并保存當(dāng)前接入的Wi Fi信息, 入網(wǎng)后傳感器能快速響應(yīng)云平臺(tái)的指令。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)的制作器件為制冷片、導(dǎo)冷端、散熱風(fēng)扇、小風(fēng)扇、開關(guān)電源以及繼電器等。繼電器信號(hào)觸發(fā)端由stm32接入, 常開端與公共端同制冷片、散熱風(fēng)扇和小風(fēng)扇及12V電源組成回路, 在有高電平的信號(hào)觸發(fā)下, 繼電器吸合, 回路接通并工作。小風(fēng)扇還加入了電調(diào)控制, 可以根據(jù)stm32的PWM信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)分?jǐn)?shù)據(jù)采集及顯示和機(jī)智云平臺(tái)指令的收發(fā), 兩者獨(dú)立工作互不影響。本系統(tǒng)需要采集溫度值、濕度值, 發(fā)送溫度值、濕度值、PWM值以及接收控制系統(tǒng)通斷的布爾值, 整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程同時(shí)借助串口助手進(jìn)行調(diào)試。程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程為外設(shè)初始化, 串口協(xié)議初始化, 初始化成功后進(jìn)行溫濕度讀取[6], Wi Fi配置, 最后實(shí)現(xiàn)通信。

3.1 數(shù)據(jù)采集及顯示

數(shù)據(jù)采集部分使用了DHT11的驅(qū)動(dòng)程序, 顯示部分使用了OLED驅(qū)動(dòng)和IIC驅(qū)動(dòng)。stm32上電后先進(jìn)行溫濕度和顯示程序的初始化, 在讀取溫濕度數(shù)據(jù)成功的情況下, OLED屏上會(huì)顯示當(dāng)前的溫濕度信息, 模擬室內(nèi)環(huán)境的檢測(cè), WiFi接入成功還可顯示ON的提示,方便用戶知道當(dāng)前已接入無(wú)線網(wǎng)。顯示界面效果如圖1所示。

3.2 WiFi配置及云端收發(fā)

云平臺(tái)通信部分使用了機(jī)智云通信協(xié)議。WiFi配置API為gizwitsSetMode () , 實(shí)現(xiàn)AirLink配置模式需將參數(shù)選擇為WIFI_AIRLINK_MODE。發(fā)送數(shù)據(jù)到云平臺(tái)的API為gizwitsHandle () , 參數(shù)需填上協(xié)議提供的currentDataPoint數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體的地址, 使用之前需要往結(jié)構(gòu)體里更新溫濕度值。云平臺(tái)接收數(shù)據(jù)命令的API為gizwitsEventProcess () , 該函數(shù)用來(lái)處理一系列的事件請(qǐng)求, 比如WiFi配置模式的處理, 用戶指令處理, 通信系統(tǒng)異常處理等。要實(shí)現(xiàn)空調(diào)的開斷, 風(fēng)扇的調(diào)速只要在這函數(shù)體里添加相應(yīng)的代碼便可實(shí)現(xiàn)。

4 測(cè)試

系統(tǒng)模型制作完成, 代碼調(diào)試成功后, 在機(jī)智云官網(wǎng)下載的公版APP, 也可以選擇自行開發(fā), 公版APP的界面如圖2所示。

圖1 OLED顯示頁(yè)面

圖2 APP界面

系統(tǒng)接入WiFi后, 頁(yè)面上自動(dòng)顯示出物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)接收到的溫度值和濕度值, 按下switch后stm32提供高電平信號(hào)使繼電器吸合, 散熱風(fēng)扇、小風(fēng)扇和制冷片開始工作。小風(fēng)扇默認(rèn)運(yùn)轉(zhuǎn)在低速狀態(tài), 可以通過(guò)set進(jìn)行調(diào)速, 進(jìn)而控制溫度, 一般的控制模式為PID控制模式。手機(jī)改換用4G信號(hào), 依然能成功控制系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

整個(gè)測(cè)試過(guò)程中, 系統(tǒng)能穩(wěn)定地處在WiFi中, 沒有休眠或意外斷網(wǎng), 并能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作, 達(dá)到預(yù)期的效果。通過(guò)本系統(tǒng)接入WIFi的工作方式, 能很好的實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制空調(diào), 在炎熱的夏天滿足人們的生活需求。