基于物聯網的群燈控制系統

孫常華 吳波 孟令海 張文勇 王偉

摘 要：基于物聯網的群燈控制系統的即對群燈的智能化管理，實現群燈遠程檢測與控制。其關鍵技術在于APP與群燈之間的連接，實現設備智能控制。通過APP終端遠程監測設備的運行狀態，降低設備運行成本?；谖锫摼W的群燈控制系統不僅為群燈提供了自動化控制方案，而且可推廣至智能家居，智能農業、智能環保、智能物流等多個領域。

關鍵詞：物聯網;APP;遠程監控

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.135

1 引言

在初始方案策劃中，考慮了基于物聯網的群燈控制系統的創新點就是APP（工控機等）實現遠程監測設備的狀態，然后將數據通過無線網絡傳輸到APP中，管理人員通過查看APP終端，實現對設備的實時監控。

基于物聯網的群燈控制系統由兩部分組成：一是以ARM（STM32）為核心和以溫濕度傳感器、語音模塊等為周邊的檢測模塊組成的執行控制系統;二是以APP為核心的控制中心。其中，以ARM（STM32）為核心和以溫濕度傳感器、語音模塊、檢測反饋模塊、電源模塊等組成的系統現場檢測及執行控制部分;以機智云為平臺制作的控制APP組成了遠程查看及控制中心。

2 系統整體設計

基于物聯網的群燈控制系統分為硬件部分與軟件部分。

2.1 硬件部分

（1）機械部分：主要承擔的任務是對整個群燈系統的展示與支撐。整個機械部分可分為：基座、配重、加固、燈桿、燈罩五部分組成。機械部分作為整個系統的基礎，是系統展示的平臺，是主要的外觀體現，因此在設計機械部分時充分考慮到穩定可靠的同時也考慮到了外觀美觀的設計需求。

（2）硬件電路部分：系統的硬件電路的框圖如圖1所示。

2.2 軟件實現

系統軟件整體架構和物聯體系如圖2所示：

（1）軟件架構：①MCU（設備）：MCU（設備）通過串口和網絡模塊通訊，網絡模塊通過特定協議及對應接口和云端或同一局域網中的APP進行通訊，并將從系統模塊中收集的信息實時上傳至云端并且實時接受云端以及APP的數據點指令，調用相應模塊完成任務。②云端：為節省成本，縮短開發周期，本群燈控制系統借助第三方云平臺，云端數據庫中搭建了工程所需程序指令以及數據點，并開放接口，通過特定協議與MCU（設備）和APP進行通訊及實時數據交換。③APP：APP為用戶終端，APP通過特定協議與云端進行通訊，從而可以實時監測群燈情況，并對MCU（設備）進行實時控制，APP也可以在局域網內通過特定協議直接同MCU（設備）網絡模塊通訊，從而直接管理電路驅動部分。

（2）物聯系統：①遠程管理控制及監測提醒（online）：通過APP發送數據點指令至云端，云端傳送指令數據點至MCU，MCU調用相應模塊完成任務。MCU從系統模塊中收集的信息實時上傳至云端，云端再實時傳送給APP。如：通過APP設定參數，此參數作為數據點指令傳送給云端，云端再將數據點指令傳送給MCU從而完成設置。②定時控制：通過手機APP對MCU做出設定后，調用時鐘模塊及其周邊驅動模塊從而實現功能。③實時控制：通過APP進行設定，調用無線模塊進行傳輸數據，經云端通訊給設備的MCU，MCU即時處理相應指令。④使用環境檢測：通過傳感器模塊中的相應傳感器進行檢測。⑤時間同步（online）：通過時鐘模塊實現。時鐘模塊有兩工作狀態：在聯網狀態時，通過MCU與云端或通過APP通訊與網絡時間同步運行;在無網絡狀態下，作為本地時鐘運行，保證斷網狀態下依舊可以準時實現功能。

3 主要硬件電路實現

系統主要硬件電路由電源電路、主控電路、采集反饋電路、驅動電路、無線傳輸、數據存儲電路等組成。

3.1 電源電路設計

電源設計采用12V直流電源，通過線性穩壓電路給電源供電，線性穩壓電路具有噪聲紋波小，輸出穩定，瞬態響應好的優點，采用線性穩壓電路以盡可能的降低電源電路對外圍電路的干擾強度。經過板子7805芯片和LM1117將12V電源轉化成5V和3.3V給各個模塊供電，進而完成不同模塊對電壓的需求，設計電路如圖3所示。

3.2 主控電路設計

STM32103FC8T6單片機是整個群燈控制系統的核心。群燈控制系統具有較高的要求，如控制精度高、執行速度快、穩定性強以及靈敏度高等特點。所以本設計選用屬于STM32系列的STM32單片機作為現場控制電路主控芯片。主控電路接收采集反饋電路采集的現場燈群實時狀態，并通過物聯網單元上傳至云端，在手機終端APP上實現對現場群燈的動態監測與控制。設計電路如圖4所示。

3.3 檢測和執行電路設計

采集反饋電路采集現場群燈的運行狀態，如燈的亮度、短路、斷路燈故障燈情況。并每個燈的運行狀態數據傳輸給主控單元STM32。驅動電路用于實現現場群燈的驅動，實現群燈的實時控制。

3.4 無線傳輸電路和存儲電路設計

如圖6所示本設計選用WiFi模塊作為主要傳輸鏈路，主要用于主控單元與云端、APP間的信息傳遞。存儲電路用于相關數據的存儲，實現離線狀態的系統的正常工作和運行狀態的信息儲存。

4 系統實現

圖7所示為系統的硬件PCB電路板和設計完成的群燈控制系統的樣機。

5 結語

基于物聯網控制技術群燈控制系統經測試運行穩定，控制可靠;基于APP、云端、MCU模式智能化網絡控制方式運行便捷有較強的市場應用前景。

參考文獻：

[1]姜寧.基于物聯網的智能交通實訓系統設計[J].物聯網技術，2017（09）.

[2]高海峰.智能交通系統中數據挖掘技術的應用研究[J].數字技術與應用，2016（05）.

[3]尤陽陽，王曉華.基于S7-200的交通燈控制系統設計[J].產業與科技論壇，2017（12）.

[4]熊麗萍，張翠云，馬廣原.基于單片機的交通燈控制系統設計[J]. 機電工程技術，2013（03）.