智能互聯(lián)的多功能雨傘

靳鵬　陳思勇　王遵登　秦浩

摘要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”和“中國制造2025”等戰(zhàn)略提出，物聯(lián)網(wǎng)在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和提升經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量上被寄予厚望。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)開始改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活。我們利用傳感器選擇聚焦智能雨傘行業(yè)的發(fā)展，從中發(fā)現(xiàn)，隨著人們的生活水平的提高，大眾對于雨傘的需求越來越個性化和多樣化，雨傘行業(yè)發(fā)展正處于旺盛期和轉(zhuǎn)型期。

關(guān)鍵詞：智能雨傘;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);傳感器

1、項目的研究內(nèi)容

1.1研究內(nèi)容

本系統(tǒng)包括三個部分，第一部分是智能雨傘的硬件和嵌入式軟件，第二部分是進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)和存儲的云端服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，第三部分是向用戶展示雨傘所采集到的數(shù)據(jù)并對危險環(huán)境做出提醒的微信小程序。

1.1.1智能雨傘電源設(shè)計

該雨傘不僅有各種傳感器和微控制器需要供電，還有用于烘干雨傘的電熱絲需要供電，為了能讓電熱絲功率突然增加而不影響控制系統(tǒng)正常工作，必須將兩個電源隔離。以及讓電池在較低情況下依然能夠給控制模塊供電，發(fā)揮出其最大作用，采用升壓芯片設(shè)計升壓電路。

1.1.2嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)有多個傳感器需要同步進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，需要對按鍵做出合適的處理，并且還需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，其軟件設(shè)計是一個挑戰(zhàn)。為了能讓該系統(tǒng)能夠正常運行，采用分層設(shè)計思想，大大簡化了軟件的開發(fā)難度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.1.3網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議

該雨傘與服務(wù)器通信是整個系統(tǒng)最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，通信協(xié)議的選擇或設(shè)計十分重要。本系統(tǒng)的通信協(xié)議基于UDP傳輸協(xié)議，是一種集加密、完整性驗證和容易編程實現(xiàn)的通信協(xié)議。無論是單片機(jī)還是服務(wù)器都易于編程，并且占用較少資源。使得單片機(jī)能耗更低，服務(wù)器并發(fā)性更高。

1.1.4云端服務(wù)器設(shè)計

根據(jù)智能雨傘的設(shè)計目標(biāo)，為了實現(xiàn)以上功能，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用MYSQL5.7，服務(wù)器采用Tomcat 9，使用maven工具搭建而成，各個子系統(tǒng)都采用SSM框架。

1.1.5微信小程序開發(fā)

為了能讓小程序有更好的用戶體驗，必須設(shè)計十分漂亮的UI界面和簡單易學(xué)的使用流程。我們采用echarts圖表庫，將不同的數(shù)據(jù)采用不同的形式進(jìn)行展示，如曲線圖、餅圖。

2.2硬件設(shè)計

2.2.1 MCU模塊設(shè)計

（1）MCU選型

本系統(tǒng)中，MCU需要對多個傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，因此對MCU的處理性能、存儲容量和資源接口都有較高要求。通過對各個傳感器模塊所需資源進(jìn)行統(tǒng)計后對本系統(tǒng)CPU資源需求進(jìn)行簡要評估。本設(shè)計優(yōu)先選用STM32F103系列單片機(jī)。

（2）MCU電路設(shè)計

MCU最小系統(tǒng)電路包含了時鐘電路、復(fù)位電路、配置電路、狀態(tài)燈、調(diào)試接口和去耦電容。

2.2.3通信模塊設(shè)計

通信模塊在本設(shè)計中主要作用時將多個傳感器實時采集的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。本設(shè)計中采用SIM800C作為通信模塊。SIM800C是一款四頻GSM/GPRS模塊，為城堡孔封裝。

2.2.4傳感器模塊設(shè)計

（1）溫濕度傳感器

本設(shè)計運用DHT11作為溫濕度傳感器。本設(shè)計中DHT11供電3.3V，數(shù)據(jù)輸出DATA接5K電阻上拉后與單片機(jī)IO口PA2，PA3相連。

（2）紫外線強(qiáng)度傳感器

紫外線強(qiáng)度傳感器負(fù)責(zé)采集智能雨傘周圍環(huán)境的紫外線強(qiáng)度信息，在本次設(shè)計中采用GYML-8511作為紫外線傳感器。ML8511紫外線傳感器中內(nèi)置放大器，可根據(jù)紫外線強(qiáng)度將電流轉(zhuǎn)換為電壓。

2.2.5加熱絲及其控制電路設(shè)計

加熱絲控制電路控制加熱絲加熱時機(jī)，以及加熱時間長度。在本次的設(shè)計中我們選用A03400—N溝道場效應(yīng)管作為開關(guān)，控制加熱絲的通斷。此芯片可廣泛用作開關(guān)和PWM控制電路中。

3.3數(shù)據(jù)通信設(shè)計

3.3.1 PM2.5傳感器數(shù)據(jù)讀取

ZPH02粉塵傳感器整合紅外PM2.5檢測技術(shù)，采用粒子數(shù)原理對環(huán)境中PM2.5進(jìn)行檢測?？伸`敏檢測直徑1微米以上灰塵顆粒物。具有PWM、UART數(shù)字串行接口（可定制IIC接口輸出模式）。

3.3.2 UV傳感器數(shù)據(jù)讀取

紫外線（UV）傳感器是利用光敏元件將紫外線信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，它的工作模式通常分為兩類：光伏模式和光導(dǎo)模式?？梢灾苯邮褂肧TM32內(nèi)部ADC采集電壓。

3.3.3通信模塊程序設(shè)計

SIM800C是一款四頻GSM/GPRS模塊。SIM800C采用AT命令進(jìn)行控制，AT命令簡單易懂，并且采用標(biāo)準(zhǔn)串口來收發(fā)AT命令，這樣對設(shè)備控制大大簡化了，轉(zhuǎn)換成簡單串口編程了。AT命令提供了一組標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口--串口。

3.4微信小程序設(shè)計

3.4.1小程序的介紹

用戶通過微信掃描小程序的二維碼或搜索微信小程序的名稱進(jìn)入“智能雨傘”小程序，掃描后即可看到雨傘所處環(huán)境的等數(shù)據(jù)的實時情況。

3.4.2小程序的特點

作為“智能雨傘”數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)端，我們充分考慮了app和微信小程序各自的優(yōu)缺點，最終我們發(fā)現(xiàn)以小程序作為數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)端有如下優(yōu)勢：

①為用戶節(jié)省存儲空間

②使用戶快速獲取服務(wù)

③實現(xiàn)一次開發(fā)多處使用

綜合考慮了小程序的以上幾點優(yōu)勢，我們研發(fā)“智能雨傘”的小程序作為數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)端，讓用戶可以便捷、輕松的使用到“智能雨傘”提供的服務(wù)。

結(jié)語

本設(shè)計設(shè)計了一款基于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，結(jié)合云端服務(wù)器和微信小程序，創(chuàng)新性和實用性兼具的智能化多功能雨傘。其主要優(yōu)勢如下：實時檢測雨傘周圍影響身體健康的環(huán)境參數(shù)，若用戶處于有害身體的環(huán)境下，實時報警提醒用戶遠(yuǎn)離，以保護(hù)用戶的身體安全。在傘面上安裝有多個低功耗LED燈，在夜間行走時，不僅可以提供照明，還可以引起車輛注意防止出現(xiàn)事故。根據(jù)GPS模塊獲取雨傘的位置信息，當(dāng)用戶遠(yuǎn)離雨傘時，提醒用戶帶上雨傘，防止雨傘丟失。

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