基于單片機的多功能小家電展臺控制系統(tǒng)

王清輝 鄭偉民 陳玲 王穎 溫發(fā)林

[摘? ? 要]為了能更好、更方便的在展示會上展示小家電，文章設(shè)計了一個多功能展示平臺控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由STC15F2K60S2單片機、ESP8266WIFI模塊、LCD1602液晶顯示屏和熱釋電傳感器等構(gòu)成。展商通過手機WIFI聯(lián)網(wǎng)進入系統(tǒng)進行功能和顯示信息的設(shè)置，然后系統(tǒng)將按照設(shè)定自動進行展臺的控制和顯示，參觀者也可以通過手機WIFI連接去操作展臺上的小家電。該系統(tǒng)不僅為這些小家電提供更人性化的展示環(huán)境，也為商家的小家電展示提供方便。

[關(guān)鍵詞]小家電;WIFI;單片機

[中圖分類號]TP334.2 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–000–03

Multifunctional Small Home Appliance Booth Control

System Based on Single-chip Microcomputer

Wang Qing-hui，Zheng Wei-min，Chen Ling，Wang Ying，Wen Fa-lin

[Abstract]In order to better and more conveniently display small household appliances at the exhibition， the article designs a multifunctional display platform control system. The system consists of STC15F2K60S2 single-chip microcomputer， ESP8266WIFI module， LCD1602 liquid crystal display and pyroelectric sensor. Exhibitors enter the system through mobile phone WIFI networking to set up functions and display information， and then the system will automatically control and display the booth according to the settings. Visitors can also operate the small appliances on the booth through mobile phone WIFI connection. The system not only provides a more user-friendly display environment for these small household appliances， but also provides convenience for the display of small household appliances by merchants.

[Keywords]small household appliances; WIFI; single chip microcomputer

2010年上海因成功申辦世博會使得中國被世界關(guān)注，提升了中國的知名度。在后續(xù)的一些國際知名展示活動中都有中國參展，繼而在2019年上海再次申辦家電博覽會。在博覽會上，一般都是將小家電放在柜子或者桌子上，旁邊放上簡介，供參觀者觀看，并需要工作人員在旁邊對小家電的功能進行講解和演示。如果工作人員臨時有事離開就容易因無人操作演示小家電，導(dǎo)致它們處于無人問津的狀態(tài);如果一直給小家電通電，在沒人來觀看的時候又很浪費電能。因此，如果展臺僅僅是起到擺放小家電而不具備其他功能時，將較難實現(xiàn)小家電的功能展示，并且這樣的展示需要工作人員一直在崗，這無疑使小家電的展示效果大打折扣。如果展臺具備一定的設(shè)置和控制功能，可以輔助小家電的展示更好地吸引參觀者的眼球，那么這樣的展臺可以讓小家電在展覽會上得到更好的展示。

文章給展臺配上了控制系統(tǒng)，讓展臺“活”了起來。即展商通過手機WIFI進入展臺的控制系統(tǒng)，進行展臺的功能和顯示信息的設(shè)置，然后展臺按照設(shè)定功能進行小家電的控制和信息顯示。參展者可以通過手機WIFI在展商授權(quán)的前提下進入展臺的控制系統(tǒng)，操作展臺上的小家電。這樣可以讓參觀者更好、更方便地了解小家電的功能和作用，更好地完成小家電的產(chǎn)品展示。同時，展臺系統(tǒng)可以在無人觀看小家電展品的時候自動切斷展臺照明和小家電的供電，起到節(jié)能的效果。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，由WIFI模塊、STC15F2K60S2單片機最小系統(tǒng)、電機驅(qū)動、LCD顯示屏、燈光控制、家電電源控制和人體紅外傳感器等模塊構(gòu)成。系統(tǒng)有參展商設(shè)定模式和參觀者模式兩種工作模式，具體模式介紹如下：①參展商設(shè)定模式允許展商通過手機WIFI連接系統(tǒng)，然后輸入相應(yīng)的指令進入系統(tǒng)設(shè)置，系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令進行是否進入?yún)⒂^模式、LCD1602的顯示信息、修改小家電電源與燈光的權(quán)限是否開放、立即開燈、立即接通小家電的電源、立即關(guān)閉燈和小家電電源等功能設(shè)置;②系統(tǒng)在展商開啟參觀者模式后可進入該模式。在該模式下系統(tǒng)通過人體紅外傳感器檢查確定是否有人在展臺前面，如果確定有人在一定時間內(nèi)停留在展臺前，則系統(tǒng)通過步進電機控制展臺進行正、反轉(zhuǎn)各一圈的旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)展商的設(shè)定控制展臺上的展品電源和展臺燈光的通斷，而參觀者在展商設(shè)定授權(quán)的前提下可以通過手機WiFi連接系統(tǒng)進行展品的功能演示，當系統(tǒng)檢測出人已離開5 s以上時，系統(tǒng)會進入待機狀態(tài)，關(guān)閉之前開啟的功能。系統(tǒng)中的主要模塊介紹如下。

1.1 單片機模塊

在本系統(tǒng)設(shè)計中采用8位單片機STC15F2K60S2作為主控芯片，該單片機為8位增強型8051內(nèi)核，單時鐘機器周期是通常8051的12倍，同時該款單片機指令可完成兼容8051內(nèi)核，具備足夠的ROM和RAM空間，且該單片機I/O口多。

1.2 ESP8266WIFI模塊

采用ESP8266WIFI模塊，通過串口與STC15F2K60S2主機通信，ESP8266 WIFI模塊包含完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，可直接通過手機WIFI連接ESP8266 WIFI模塊。由于單片機為5 V供電，而ESP8266 WIFI模塊是3.3 V供電，所以他們通信接口即RX、TX間串入一個電阻。連接圖如圖2所示。模塊的工作電壓由穩(wěn)壓芯片AMS1117將5 V電壓穩(wěn)壓至3.3 V。

1.3 SR602人體感應(yīng)模塊

系統(tǒng)采用SR602人體感應(yīng)模塊進行人體檢測。當檢測到人體發(fā)出的紅外光后，模塊即可輸出高電平;當人離開后，延遲2.5s后，模塊進入低電平。該模塊輸出的時序為：上電后輸出高電平2s，然后變?yōu)榈碗娖?，進入待機狀態(tài)。由于該模塊的工作電壓為5 V，輸出的高電平也正好是5 V，因此可以直接使用單片機的工作電源，并可以直接和單片機的I/O口通信如圖2所示。

1.4 ULN2003電機驅(qū)動模塊

展臺的旋轉(zhuǎn)是由步進電機實現(xiàn)的，由于步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化成角位移的執(zhí)行機構(gòu)，且電機需要的電流也較大，因此需要增加驅(qū)動模塊來驅(qū)動。采用ULN2003來進行驅(qū)動，放大輸出電流，增加電機驅(qū)動能力。

1.5 商品電源控制模塊

由于需要控制小家電的供電，而小家電的工作電壓通常為交流220 V，單片機的I/O口輸出為5 V電壓，無法直接控制。選用5 V繼電器來實現(xiàn)弱電控制強電，電路如圖3所示。繼電器的線圈需要100mA左右的電流驅(qū)動，可得基極電阻可取4.7 k，如圖3所示二極管是給繼電器線圈上的電流斷電時續(xù)流用。該模塊通過單片機的P1^5口進行控制。當P1^5口輸出低電平時，三極管導(dǎo)通，使繼電器的線圈通電，繼電器吸和，觸點1和3聯(lián)通，使小家電通電。當P1^5口輸出高電平時，三極管斷開，使繼電器的線圈斷電，繼電器斷開，觸點1和2聯(lián)通，使小家電不通電。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在本系統(tǒng)軟件設(shè)計中主要分為3個部分：主程序的設(shè)計、后端修改子程序設(shè)計和ESP8266WIFI模塊子程序設(shè)計，具體內(nèi)容如下。

2.1 主程序設(shè)計

軟件的設(shè)計整體思路如圖4所示。系統(tǒng)上電后，先對LCD1602液晶顯示和ESP8266 WIFI模塊功能的初始化，完成單片機與WIFI模塊的通信連接，然后系統(tǒng)判斷是否進入系統(tǒng)設(shè)置子程序。如果在系統(tǒng)設(shè)置子程序中開啟參觀者模式則系統(tǒng)可進入該模式，在該模式下系統(tǒng)通過人體紅外傳感器檢查是否有人在展臺前面，如果確定有人一定時間停留在展臺面前，則系統(tǒng)通過步進電機控制展臺正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)各一圈，并根據(jù)展商的設(shè)定控制展臺上的展品電源和展臺燈光的通斷，而參觀者在展商設(shè)定授權(quán)的前提下可以通過手機WiFi連接系統(tǒng)進行展品的功能演示，當系統(tǒng)檢測出人已離開5 s以上的時候，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)，關(guān)閉之前開啟的功能。

2.2 系統(tǒng)設(shè)置子程序設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)置子程序框圖如圖5所示，進入該子程序后，系統(tǒng)等待參展商的指令輸入，如果參展商發(fā)送修改系統(tǒng)設(shè)置的指令，則系統(tǒng)進入修改設(shè)置。此時，系統(tǒng)根會據(jù)輸入的指令進行是否進入?yún)⒂^模式、LCD1602的顯示信息、修改小家電電源與燈光的權(quán)限是否開放、立即開燈、立即接通小家電的電源、立即關(guān)閉燈和小家電電源等功能設(shè)置。

3 結(jié)束語

本文針對當前博覽會的會展中存在小家電的展示過程不夠互動和節(jié)能的不足，提出了一款小家電展臺控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)展商使用手機進入展臺系統(tǒng)進行展臺工作情況和展示內(nèi)容等的設(shè)置，然后系統(tǒng)能夠根據(jù)設(shè)置進行展臺和小家電的控制，并可以提供給參觀者進行相應(yīng)的展臺燈光和小家電的控制。該系統(tǒng)可以提高參觀者對了解小家電展品的興趣，實現(xiàn)展臺不僅僅只是具備擺放小家電的功能，還可以輔助小家電的展示。

參考文獻

[1] 賴義漢，王清輝，溫發(fā)林.單片機原理及其應(yīng)用─基于STC15系列單片機+C51編程[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2016：1-9.

[2] DA Martillano. Android-Based Smart Power Outlet Switching Device Using ESP8266 Enabled WiFi Module[J]. Advances in Computer Networks，2018，6（1）：61-65.

[3] 鞏建學(xué).ESP8266使用技巧[J].數(shù)字化用戶，2019，25（27）：9.

[4] 沈華剛，呂剛磊.基于ESP8266串口WiFi的智能插座關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)[J].河南科技，2019（8）：17-19.

[5] 賴若麒，劉竹林，任帥. 基于步進電機的位置隨動系統(tǒng)的設(shè)計[J].信息技術(shù)，2012（2）：82-84.

[6] 江衍煊，鄭振杰，游德智.單片機連接ULN2003驅(qū)動步進電機的應(yīng)用[J].機電元件，2010（3）：28-31.