關(guān)鍵詞:ESP8266,HWPT01,ZHT118F,物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái);
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0前言
2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果分析
4 小結(jié)
0. 前言
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及科技的發(fā)展與進(jìn)步,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能插座逐漸進(jìn)入市場(chǎng)。該插座能夠接入網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)手機(jī)等設(shè)備的遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)操作,實(shí)現(xiàn)對(duì)熱水器、傳統(tǒng)空調(diào)等電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)插座僅適用于墻面安裝的插座,而對(duì)于拓展用的插排,尚未有成熟的產(chǎn)品上市。因此,本文提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能插座設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)以***ATmega328P作為主控制器,對(duì)接機(jī)智云平臺(tái),結(jié)合Android APP和Web端實(shí)現(xiàn)對(duì)插排的遠(yuǎn)程控制。
1.硬件電路設(shè)計(jì)
采用內(nèi)置模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的ATmega328P單片機(jī)作為智能插排MCU核心,它通過控制ESP8266無線WiFi模塊、隔離繼電器、LCD顯示器、報(bào)警蜂鳴器并結(jié)合電流傳感ZHT118F、電壓傳感器HWPT01、電壓電流采集器實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能插排的遠(yuǎn)程控制以及過載警報(bào)及功能。
用戶可以在手機(jī)APP端對(duì)智能插排進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)網(wǎng),遠(yuǎn)程控制開關(guān),上傳實(shí)時(shí)電流、電壓和功率等參數(shù)信息至云平臺(tái),過載警報(bào)等功能。
各模塊電路設(shè)計(jì)
1.2
(1)ESP8266模塊
成本低、體積小,方便嵌入到設(shè)備中,可運(yùn)行LwIP協(xié)議,支持AP、STP、AP+STP三種模式[2]。它集成了 net、PWM、I2C、GPIO接口,而且支持 LUA 腳本語言開發(fā),大大降低了開發(fā)難度。
(2)電壓傳感器模塊
它具有一次電壓變二次電壓、保護(hù)電路、測(cè)量等作用。
(3)電流傳感器模塊
測(cè)量電流的模塊選用ZHT118F,匝數(shù)比為1000∶1,最大可感測(cè)5 A電流,由于其輸出電流信號(hào)同樣為交流信號(hào),因此,通過整流電路轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)后被單片機(jī)讀取。
(4)電壓/電流采集電路設(shè)計(jì)
該芯片為CS5460,它是一款常用的電能計(jì)量芯片,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流以及交流電壓/電流的采集,內(nèi)置的24位高精度ADC也能滿足采集精度要求。CS5460芯片原理圖如圖2所示。
(5)電磁繼電器控制模塊
電壓為250 V、最大電流為10 A,為保證電路安全,通過光耦電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離。
2.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
顯示屏幕通過SPI總線與單片機(jī)相連,單片機(jī)不具有硬件SPI總線設(shè)計(jì),編譯器集成有軟件SPI庫文件,僅需按照庫文件的需求初始化SPI總線,即可使用SPI總線通信。設(shè)置顯示屏顯示時(shí),首先應(yīng)設(shè)置顯示屏初始化,發(fā)送相關(guān)控制指令至顯示屏,設(shè)置光標(biāo)移動(dòng)方向以及初始顯示位置等信息后才可進(jìn)行顯示操作,顯示程序流程如圖3所示。
先需進(jìn)行SPI總線的初始化,之后向SPI總線發(fā)送顯示屏的控制指令,完成對(duì)顯示屏的設(shè)置工作后,向顯示屏發(fā)送數(shù)據(jù)指令,之后顯示屏顯示內(nèi)容,完成一次顯示,再次顯示時(shí)無須重新設(shè)置顯示屏,可直接移動(dòng)光標(biāo)至指定位置后,發(fā)送顯示數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)顯示屏的顯示功能,完成操作。
2.2 電壓/電流感測(cè)及警報(bào)程序流程設(shè)計(jì)
電壓/電流的感測(cè)通過CS5460實(shí)現(xiàn),該電路通過一組四線制通信總線實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的通信,系統(tǒng)通過對(duì)芯片的寄存器操作實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取,其數(shù)據(jù)讀取程序流程如圖4所示。
進(jìn)行電壓以及電流數(shù)據(jù)讀取時(shí),首先初始化通信總線,之后通過寄存器控制命令將讀取電壓/電流的控制指令寫入芯片的寄存器,之后芯片將啟動(dòng)轉(zhuǎn)換并將數(shù)據(jù)發(fā)送至輸出寄存器,系統(tǒng)通過讀取輸出寄存器的值即可獲知電路的電壓以及電流數(shù)據(jù),然后轉(zhuǎn)換為實(shí)際的電壓/電流值,并相乘計(jì)算有功功率。
聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器設(shè)置
2.3
使用機(jī)智云平臺(tái)的服務(wù)器設(shè)計(jì),該平臺(tái)屬于開放式平臺(tái),目前可以免費(fèi)接入10臺(tái)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試,在產(chǎn)品發(fā)布之前將免費(fèi)提供使用服務(wù),適合本次設(shè)計(jì)使用。
機(jī)智云平臺(tái)對(duì)ESP8266模塊具有很好的支持,并提供專用的固件程序用于簡(jiǎn)化通信設(shè)計(jì)。首先打開機(jī)智云官網(wǎng),然后登錄機(jī)智云開發(fā)者中心,在下載中心找到模組相對(duì)應(yīng)固件,如果平臺(tái)未開放您所需的固件,也可以到機(jī)智云官方店鋪去采購,固件下載示意圖如圖5所示。
機(jī)智云提供各常用無線模塊的專用固件下載,針對(duì)ESP8266有兩種固件,由于本次不涉及大數(shù)據(jù)處理計(jì)算,因此無須采用支持ECE霧計(jì)算的固件,下載后,利用燒錄器配合專用的燒錄軟件對(duì)固件進(jìn)行燒錄。
固件燒錄完成后,可配置聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器,登錄機(jī)智云服務(wù)器后,創(chuàng)建新的項(xiàng)目,同時(shí)采用WiFi類型的數(shù)據(jù)傳輸,其余設(shè)置采用默認(rèn)設(shè)置即可。設(shè)置完成后,系統(tǒng)將自動(dòng)生成產(chǎn)品的PK序列號(hào)以及PS數(shù)據(jù)通信密碼,序列號(hào)用于識(shí)別項(xiàng)目名稱,通信密碼用于進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸加密,工程創(chuàng)建完成后,即可針對(duì)各個(gè)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建。
2.4 手機(jī)APP設(shè)計(jì)
手機(jī)APP是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控以及系統(tǒng)控制的重要工具,采用機(jī)智云服務(wù)器時(shí),通過項(xiàng)目可生成集成有通信協(xié)議的以及數(shù)據(jù)打包格式的APP源代碼,僅需在源代碼中添加部分項(xiàng)目信息并編譯,即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP的設(shè)計(jì)。
其中,ControlModule模塊為設(shè)備控制模塊,用于控制模塊;DeviceModule模塊為設(shè)備模塊,用于控制設(shè)備。本設(shè)計(jì)中,將設(shè)備信息以及數(shù)據(jù)通信設(shè)置添加至對(duì)應(yīng)模塊后,即可實(shí)現(xiàn)與手機(jī)的通信。
3.系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果
完成對(duì)硬件電路的搭建以及對(duì)軟件程序的編譯后,將軟件程序通過下載器燒錄至單片機(jī)中。系統(tǒng)上電后開始工作,將采集各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)并通過LCD1602顯示,同時(shí)上傳至服務(wù)器,通過手機(jī)APP進(jìn)行顯示。圖中顯示,當(dāng)前電壓為237 V,電流為0.19 A,此時(shí)功率為46 W,與負(fù)載標(biāo)稱額定功率大致相等,系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確,啟動(dòng)手機(jī)APP,顯示情況如圖6所示。可見,測(cè)試結(jié)果與終端顯示結(jié)果相同,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)功能。
4.小結(jié)
本文提出了一種基于單片機(jī)的智能插座設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)插座的電壓、電流以及功率的檢測(cè)等,并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)插座的遠(yuǎn)程控制。依據(jù)傳統(tǒng)插座的結(jié)構(gòu),通過添加單片機(jī)控制器、LCD1602顯示屏、LCD1602顯示屏、電壓/電流傳感器以及ESP8266 WiFi模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)插座的控制。
測(cè)試結(jié)果表明,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電壓/電流的檢測(cè)以及功率的計(jì)算、過載報(bào)警功能,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)控制,最終實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的智能插座設(shè)計(jì)。
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機(jī)智云
+關(guān)注
關(guān)注
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原文標(biāo)題:應(yīng)用筆記|基于單片機(jī)的智能插座系統(tǒng)設(shè)計(jì)
文章出處:【微信號(hào):IoTMaker,微信公眾號(hào):機(jī)智云開發(fā)者】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
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