淺談WiFi智能燈光控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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摘要：基于智能家居的理念，設(shè)計(jì)了一種將無(wú)線wifi技術(shù)與燈光控制相結(jié)合的智能家居燈光控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)LED燈的開關(guān)控制和LED燈亮度變化的無(wú)線遠(yuǎn)程遙控功能，具有成本低、傳輸速率高、可移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，取代了傳統(tǒng)燈光控制耗時(shí)費(fèi)力的有線控制。
關(guān)鍵詞：WiFi技術(shù)；智能燈光控制；單片機(jī)
1系統(tǒng)總體方案
提出了一種智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)方案，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)采用STC89C1為主控制芯片，通過(guò)外接端口進(jìn)行其他模塊的擴(kuò)展。所接的外部擴(kuò)展模塊包括WiFi無(wú)線模塊、顯示模塊和電源控制模塊等部分。由上述幾個(gè)模塊組成了該控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)應(yīng)用功能，最后由導(dǎo)線將各個(gè)模塊連接匯總進(jìn)行控制。每個(gè)控制模塊都可以高效地完成控制任務(wù)，主控制模塊的作用就是將各個(gè)模塊的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)收集后再傳輸?shù)狡渌K進(jìn)行執(zhí)行工作，通過(guò)該方法形成的閉環(huán)反饋。能夠高效地對(duì)智能家居系統(tǒng)中的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精確控制。單從控制系統(tǒng)的控制手段上來(lái)看，控制手段可以分為本地、遠(yuǎn)程控制兩大類。本地控制主要是通過(guò)指紋識(shí)別配合一系列的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，同時(shí)結(jié)合語(yǔ)音識(shí)別模塊實(shí)現(xiàn)在家中對(duì)智能家居的精準(zhǔn)控制。遠(yuǎn)程控制主要采用WiFi模塊向被控制的對(duì)象發(fā)送控制信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，再由TFT模塊對(duì)處理好的數(shù)據(jù)信息通過(guò)顯示模塊給操作者看。
2硬件選擇
2.1STC89C51單片機(jī)
接下來(lái)來(lái)看一個(gè)比較優(yōu)秀的例子。比如說(shuō)在stc公司生產(chǎn)的一種性能好而且消耗低的STC89C51，它就是屬于一種微控制器。擁有著可編程的Flash儲(chǔ)存器。內(nèi)核方面是采用了mcs51內(nèi)核。CPU有8位，并且系統(tǒng)內(nèi)可以進(jìn)行編程。這個(gè)控制器十分的靈活，而且高效。在控制應(yīng)用方面，是屬于比較優(yōu)秀的例子。在實(shí)驗(yàn)中供電口為USB接口，經(jīng)過(guò)六角開關(guān)操縱，還有電阻，電源指示燈為L(zhǎng)ED，這些一起組成電源電路。STC89C51的作業(yè)電壓為5v左右，所以在連接電路時(shí)需事先用萬(wàn)能表測(cè)出“+”，“-”兩極，單片機(jī)另外兩個(gè)引腳，實(shí)驗(yàn)中無(wú)需應(yīng)用。復(fù)位電路。通過(guò)外部銜接的電路，最終也會(huì)進(jìn)行復(fù)位操作，而且由其中一部分便可進(jìn)行連接，這其中的復(fù)位電路主要由Schmidttrigger操控。而且實(shí)現(xiàn)復(fù)位主要通過(guò)自主或是按鍵兩種方法，要注意的是操作該流程時(shí)每個(gè)機(jī)器的周期需要在s5p2上，并經(jīng)過(guò)R18引腳和C1引腳來(lái)確定復(fù)位，復(fù)位時(shí)間至少5ms。單片機(jī)的時(shí)鐘電路。此電路主要是利用單片機(jī)里面芯片中的震蕩電路來(lái)達(dá)到操控整個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的。由外接晶體諧振器和電容兩部分構(gòu)成。所以在實(shí)驗(yàn)中，晶體震蕩期，數(shù)值達(dá)到12萬(wàn)赫茲，電容值大約在30μF。
2.2WiFi模塊電路
那么單片機(jī)和模塊之間是用什么通信方式進(jìn)行串聯(lián)，原理上它是采用串口的，通信的頻率9600，然后模塊供電的電壓達(dá)到了DC3.5v，因?yàn)樗粋€(gè)設(shè)計(jì)是要加上一個(gè)降壓的電路，所以在降壓方面，芯片是選材使用ams111733轉(zhuǎn)換成了DC3.3vWiFi的模塊，把rxd連接txd。這一種網(wǎng)絡(luò)模塊就可以通過(guò)串口WiFi的模塊，然后把數(shù)據(jù)接到了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)里，傳統(tǒng)的模塊就可以接入無(wú)線WiFi。這個(gè)項(xiàng)目主要用到ESP8266WiFi模塊，作用是把路由器進(jìn)行連接，然后接收客戶端發(fā)送的指令，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行控制。這個(gè)模塊又叫做串口的WiFi模塊，實(shí)在物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)模饕δ苁菍⒋诨騎TL電平轉(zhuǎn)化為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信嵌入式的標(biāo)準(zhǔn)模塊，在傳統(tǒng)的硬件設(shè)備嵌入WiFi模塊可以用WiFi接入互聯(lián)網(wǎng)，這在無(wú)線智能家居里面的作用是非常重要的。
2.3繼電器模塊電路
一般電磁式的繼電器大概是分為鐵芯、鐵圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等來(lái)組成的，我們要往線圈的兩邊加上一定的電壓，這樣就會(huì)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流,這樣電磁的效應(yīng)就產(chǎn)生了，電磁力和銜鐵之間會(huì)吸在一起，就會(huì)和彈簧的力相互抵消了。然后銜鐵上的觸點(diǎn)就會(huì)和原來(lái)的點(diǎn)分開，這樣不斷循環(huán)，進(jìn)行一個(gè)吸合與分開的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)控制中的開啟和關(guān)閉的操作，這種操作用電流來(lái)控制，當(dāng)線圈不接電的時(shí)候，磁性也會(huì)消失，然后銜鐵會(huì)隨著作用力返回原來(lái)的位置，原先連接的觸點(diǎn)也會(huì)分開。繼電器上有3個(gè)引腳，其中兩邊的腳是線圈，也叫做直流電阻，它是由電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，大小為5V的直流電壓，在繼電器中間的觸點(diǎn)是com公共端與其一排的另兩個(gè)腳，其中一個(gè)是常開（最好用工具測(cè)試），另一個(gè)是常閉。
3軟件選擇
3.1主程序設(shè)計(jì)
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可采用軟件設(shè)計(jì)和調(diào)整流程等方法實(shí)現(xiàn)詳細(xì)操作，在挑選語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)編程時(shí)，選用C語(yǔ)言是由于其兩方面的優(yōu)點(diǎn)，一是操作簡(jiǎn)易方便，而是可以有效解決許多數(shù)據(jù)問(wèn)題。要把主程序進(jìn)行初始化，輸出時(shí)序IO口驅(qū)動(dòng)DHT11溫濕度傳感器對(duì)外輸出溫濕度的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給WiFi模塊。
3.2實(shí)現(xiàn)方式
當(dāng)STC89C51監(jiān)測(cè)WiFi串口接收到數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)移動(dòng)終端設(shè)備連接ESP8266發(fā)出的WiFi后，可通過(guò)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)對(duì)LED進(jìn)行控制。將LED控制分為整體控制和分組控制兩部分。整體控制分為將LED全部開啟和關(guān)閉；分組將兩個(gè)LED分開控制，分別實(shí)現(xiàn)LED的開啟和關(guān)閉，開啟時(shí)默認(rèn)最高亮度，然后可以選擇LED的亮度檔位，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)3種亮度檔位之間的變換，3種亮度檔位分別是PWM占空比為30%、60%和100%完成一次控制結(jié)束后，STM32單片機(jī)繼續(xù)監(jiān)控WiFi串口數(shù)據(jù)。
4仿真調(diào)試
4.1軟件調(diào)試
對(duì)此程序進(jìn)行開發(fā)的時(shí)候都要有一個(gè)固定的開發(fā)平臺(tái)，而這個(gè)固定的開發(fā)平臺(tái)，所采用的是Keil。這個(gè)平臺(tái)使用感受非常的好，它能夠允許多種類型的操作軟件同時(shí)進(jìn)行，這樣子就可以在選擇匯編代碼時(shí)，選擇的編寫語(yǔ)言也比較多樣。它不僅僅可以在選擇用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編寫，還可以用匯編的代碼來(lái)完成這項(xiàng)工作。不僅如此，這個(gè)平臺(tái)中有非常多的數(shù)據(jù)函數(shù)也可以直接被應(yīng)用，這樣子就可以非常高效地讓軟件開發(fā)者完成程序的開發(fā)工作，同時(shí)也減少了在軟件開發(fā)者編寫程序過(guò)程中所存在的那些錯(cuò)誤。把C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言進(jìn)行總結(jié)的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)C語(yǔ)言其實(shí)本身有非常多的優(yōu)點(diǎn)。C語(yǔ)言的兼容性非常高，還擁有著非常好的可讀性以及一致性，這就對(duì)軟件編程者非常便利，它可以大大降低了使用者對(duì)其使用的操作難度，C語(yǔ)言可以使用者更加容易進(jìn)行掌握。不僅如此C語(yǔ)言有一個(gè)功能非常強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，并且這個(gè)函數(shù)庫(kù)中所應(yīng)用的軟件的界面也是非常熟悉的Windows，這就大大降低了人們對(duì)它的操作難度。當(dāng)操作者對(duì)這個(gè)軟件進(jìn)行編寫的時(shí)候要比匯編語(yǔ)言的工作效率要高。如果當(dāng)時(shí)程序編碼人員應(yīng)用C語(yǔ)言的話，就可以非常輕松的發(fā)揮這個(gè)軟件該有的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。
4.2硬件調(diào)試
4.2.1硬件焊接第一步做地就是要對(duì)電路的所有的原件進(jìn)行詳細(xì)的檢查，只有保障當(dāng)時(shí)電路中所有的原件都要符合國(guó)家要求的時(shí)候，才能夠進(jìn)行下一步操作。這樣的操作能夠更加有效地避免了，由于原件出現(xiàn)了故障對(duì)電路的運(yùn)行造成的負(fù)面影響，提前做好準(zhǔn)備之后就大大防范了這種風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。除此之外，所有的焊接線都需要嚴(yán)格按照國(guó)家的要求來(lái)進(jìn)行，相關(guān)工作人員不可以隨意地對(duì)這些焊接線路進(jìn)行更改，不要為以后因?yàn)樽约汗ぷ鞣奖愣S意對(duì)焊接線路進(jìn)行修改。等到整個(gè)焊接工作完成以后，如果想要保證接下來(lái)的工作更加容易進(jìn)行，就要對(duì)不同線路進(jìn)行不同的標(biāo)記。
4.2.2實(shí)物調(diào)試通過(guò)Keil軟件，能夠?qū)Τ绦蜻M(jìn)行功能的編寫與設(shè)計(jì)，之后將編寫完成的程序進(jìn)行編譯與下載，同時(shí)在此過(guò)程中檢測(cè)并修改程序中出現(xiàn)的語(yǔ)法問(wèn)題，并進(jìn)行二次編譯下載，從而達(dá)成對(duì)數(shù)據(jù)的配置目標(biāo)。上述過(guò)程結(jié)束后，就可以使用下載器來(lái)完成已編譯完成的程序的下載，通過(guò)運(yùn)行與調(diào)試來(lái)尋找程序中存在的不足之處，在運(yùn)行結(jié)束后針對(duì)存在的問(wèn)題對(duì)程序進(jìn)行修改與完善。對(duì)硬件的功能調(diào)試只需要首先檢測(cè)其最小工作系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行，之后按下復(fù)位鍵，便能夠初始化該工作系統(tǒng)，恢復(fù)初始的設(shè)置。這個(gè)過(guò)程中如果需要判斷初始化測(cè)試的完成程度，可以通過(guò)顯示屏的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行辨別判斷，這樣能夠更好更精準(zhǔn)地滿足其工作要求。
5結(jié)語(yǔ)
照明燈具控制大多采用普通開關(guān)，即使相關(guān)部門進(jìn)行嚴(yán)格管理和查看，仍不可避免地出現(xiàn)忘記關(guān)燈的現(xiàn)象，尤其是在白天，這樣的行為從而造成了大量的能源浪費(fèi)。各種各樣的照明燈具都具有一定的使用壽命，在沒(méi)必要的情況下仍然開燈必然會(huì)縮短各種燈具的使用壽命。智能家居燈光控制系統(tǒng)是一項(xiàng)不斷成熟且具有良好發(fā)展前景的技術(shù)。目前，我國(guó)在該領(lǐng)域還處于小規(guī)模、高精尖的應(yīng)用階段，但在不久的將來(lái)會(huì)將其廣泛應(yīng)用于普通家庭場(chǎng)所，它將給人們的日常生活帶來(lái)許多便利。
參考文獻(xiàn)
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作者：戎琪 張璐 郭富強(qiáng) 楊晶 馬永強(qiáng) 單位：集寧師范學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院