基于WiFi模塊的智能開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周克輝

摘 要：隨著無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展和日趨成熟，智能手機(jī)的普及率越來(lái)越高，WiFi技術(shù)也得到了非速的發(fā)展，已經(jīng)完全融入了我們的生活，而且隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人民追求越來(lái)越高的生活質(zhì)量，目前的室內(nèi)燈開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)和裝修大多采用固定式按鍵和觸摸平板的方式，傳統(tǒng)的室內(nèi)燈控制方式已不再滿(mǎn)足現(xiàn)代人們對(duì)生活水平的需求?；赪IFI模塊設(shè)計(jì)的智能無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，智能手機(jī)通過(guò)安裝APP文件作為上位機(jī)控制軟件，通過(guò)智能移動(dòng)終端控制家里面燈具及電器的開(kāi)與關(guān)。

關(guān)鍵詞：WIFI模塊；單片機(jī)；ANDRIOD；AP節(jié)點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2016.33.197

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

基于WIFI模塊的智能開(kāi)關(guān)系統(tǒng)主要三部分組成：

一是智能移動(dòng)終端。采用eclipse編寫(xiě)移動(dòng)終端上的上位機(jī)程序，程序語(yǔ)言采用JAVA編寫(xiě)，通過(guò)APP控制軟件實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的界面功能。

二是負(fù)責(zé)廣播信息AP節(jié)點(diǎn)。通過(guò)AP建立起WIFI網(wǎng)絡(luò)，手機(jī)客戶(hù)端和燈控節(jié)點(diǎn)模塊采用UDP協(xié)議廣播機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換功能，本設(shè)計(jì)AP節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)建立系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，并不參與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

三是無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)控制模塊。該部分主要是由串口WFI模塊、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路組成。單片機(jī)作為終端控制設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)的功能是與串口WFI模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換及系統(tǒng)終端有用數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

2 無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)控制模塊硬件設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)控制模塊總體設(shè)計(jì)框架

無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)控制模塊總體設(shè)計(jì)框架如圖2，其中，WIFI模塊與單片機(jī)進(jìn)行串口通信，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2 控制器的選擇

考慮到本系統(tǒng)成本及模塊體積大小的問(wèn)題選用了STC12C2052AD，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式采用串口通信，而此芯片帶有UART可以直接利用它和WIFI模塊進(jìn)行通信從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，軟件程序中通過(guò)串口的中斷檢測(cè)一幀的數(shù)據(jù)是否完成的傳送。該單片機(jī)的串行口有四種工作方式，通過(guò)對(duì)SM0和SM1進(jìn)行設(shè)置工作方式，方式0為8位的同步移位寄存器，工作方式1為10位UART發(fā)送方式，工作方式1和2為11位，方式3為11位，其中工作方式1和方式3通信的波特率可變。本問(wèn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用的是工作方式1，采用中斷方式與WIFI模塊進(jìn)行通信，比查詢(xún)方式更能節(jié)省CPU、相應(yīng)速度也更快。

2.3 WIFI模塊的選擇

本文設(shè)計(jì)采用的WiFI模塊是WIFI-M03，單片機(jī)與WIFI-M03模塊通過(guò)串口方式進(jìn)行通信，其數(shù)據(jù)在其內(nèi)部轉(zhuǎn)換為WIFI信號(hào)后再與AP節(jié)點(diǎn)通信，硬件與軟件通信設(shè)計(jì)難度大大降低，WIFI-M03模塊是標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)嵌入式模塊，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)串口數(shù)據(jù)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。通過(guò)WIFI-M03模塊，串口設(shè)備能輕松接入到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中去。

2.4 驅(qū)動(dòng)電路的選擇

方案一：選用電磁繼電器。電磁繼電器是一種是用較小的電流、較低的電壓去控制較大電流、較高的電

壓的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”，優(yōu)點(diǎn)是具有電氣隔離、起自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。缺點(diǎn)是需要吸合電流，功耗稍大，有觸點(diǎn)，反應(yīng)速度不是很迅速。

方案二：選用三極管。

三極管可以作為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，具有電流放大的作用，用于功放中。而在很多地方常當(dāng)直流開(kāi)關(guān)使用，反應(yīng)靈敏可以達(dá)到100KHz。

方案三：選用雙向可控硅。雙向可控硅也是一種常用的功率開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)能力比較大，常作為交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)使用。光控可控硅也屬于可控硅，它把控制端與被控制端隔離開(kāi)，提高安全性，其輸出可以用來(lái)安全的觸發(fā)雙向可控硅。

經(jīng)斟酌，三者均是利用小電壓信號(hào)控制大電壓，繼電器反應(yīng)速度較慢，有觸點(diǎn)，吸合有聲音，經(jīng)測(cè)試吸合電流需要100mA。三極管適合于做直流開(kāi)關(guān)使用。經(jīng)選擇，我們選用可控硅。

3 上位機(jī)程序的編寫(xiě)

安卓平臺(tái)的組織架構(gòu)主要由3部分組成，由上而下依次是應(yīng)用程序?qū)?、系統(tǒng)中間層、linux內(nèi)核層。本設(shè)計(jì)上位機(jī)程序通過(guò)eclipse開(kāi)發(fā)，采用JAVA語(yǔ)言編寫(xiě)程序，在Eclipse及其擴(kuò)展插件的幫助下，建立Android開(kāi)發(fā)環(huán)境非常方便。可以通過(guò)移動(dòng)終端連接電腦，進(jìn)入調(diào)試模式。在PC端的Android程序有任何的修改，一經(jīng)編譯以后，調(diào)試模式下的Android移動(dòng)終端能立刻自行更新程序內(nèi)容，開(kāi)發(fā)者能直觀的看到修改的結(jié)果是否達(dá)到預(yù)期效果。軟件主要包含兩大部分，登錄模塊和通信模塊，登錄模塊主要是獲取用戶(hù)的登錄信息，并對(duì)用戶(hù)的信息進(jìn)行核實(shí)。

4 結(jié)果測(cè)試

實(shí)驗(yàn)環(huán)境為移動(dòng)終端采用的為華為榮耀6，CPU為海思，四核，系統(tǒng)為Android 4.4。通過(guò)360手機(jī)助手將該上位機(jī)軟件安裝到該手機(jī)上。

為了方便調(diào)試，選用一個(gè)白熾燈，通過(guò)手機(jī)上位機(jī)程序發(fā)送控制指令，能夠方便實(shí)現(xiàn)對(duì)白熾燈的控制，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的預(yù)想。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的手機(jī)WiFi模塊的智能室內(nèi)燈開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，采用當(dāng)前較新的控制方式—移動(dòng)客戶(hù)端控制+無(wú)線(xiàn)WiFi，這種方式不僅充分利用WiFi的傳輸速度快、覆蓋面大、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且Android平臺(tái)開(kāi)發(fā)成本低、使用方便，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展，具有很好的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]劉建華.基于Android的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].西安郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，18（4）：71-74.

[2]臧大進(jìn)，劉增良.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].襄樊學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，31（11）：38-39.

[3]陳橋云，賈金玲.基于智能手機(jī)與PC機(jī)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2009，17（9）：25-27.

[4]張逢雪，王香婷，王通生等.基于STM32單片機(jī)的無(wú)線(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)[J].造化技術(shù)與應(yīng)用，2011，（30）.