基于機智云的智能燈光控制系統設計

本系統利用ESP8266WIFI模塊、機智云物聯網開發平臺及單片機控制系統設計出一種基于手機APP和WIFI網絡的智能燈光調節系統。本系統能夠通過環境光傳感器采集室內光強度，用戶使用APP實時調節燈光亮度。1、總體設計本系統采用機智云物聯網開發平臺提供的技術方案，整個控制系統分為手機控制端、云端以及線下控制端三大部分組成。手機控制端通過云端發送控制命令和接收單片機反饋的數據；云端采用機智云的平臺作為數據交換的中心，負責中轉來自手機控制端和線下控制端的數據；線下控制端包含 STM32F103C8T6 最小系統電路、環境光檢測電路、WIFI 模塊以及 OLED 顯示電路。

圖1：系統的整體結構框圖

主控芯片作為整個線下控制端的核心，負責協調各個模塊的正常工作，并對采集的數據進行處理分析，最后打包發送出去，同時還要執行來自云端的控制指令。OLED 屏幕顯示受控燈光狀態以及通過網絡實時獲取到的時間、天氣和溫度信息。WIFI無線通信模塊作為云端與控制端進行數據交換的橋梁，是整個系統得以通信的核心。

2、硬件電路設計主控部分主控部分包含 STM32F103C8T6 最小系統電路、環境光檢測電路、WIFI模塊以及OLED 顯示電路等。系統利用 TEMT6000 傳感器對環境光進行檢測、WIFI 模塊與手機 APP 通信、加以OLED 顯示 ， 最終實現受控燈光的自動調節和 APP 手動調節的功能。環境光傳感器部分TEMT6000是一個三極管類型的光敏傳感器，其光照強度和基極的電流成正比?？梢赃B接該傳感器的基極到模擬電壓輸入，通過檢測電壓值就可以判斷當前的光照強度。當光照強度較低時，系統自動提高燈光亮度， 當光照強度較高時，系統自動減弱燈光亮度。TEMT6000 照度傳感器采用的電流輸出方式可以方便的將光信號轉化為電信號，不需要其他的電路來調節，可以直接與單片機連接。TEMT6000光傳感器照度如圖 2 所示。

圖2：TEMT6000光傳感器照度

3、軟件系統設計機智云物聯網開發平臺機智云物聯網平臺是專門針對個人和企業開發者的一站式智能硬件開發和云端服務平臺。機智云為開發者提供了極為簡便的自助工具、完善的 SDK 和豐富的 API 服務功能，可以根據開發者自定義產品功能，自動生成可響應的控制頁面。開發者在機智云平臺開發智能硬件時，可以很方便地使用自動生成的 App 對硬件設備進行調試和驗證。此APP 有完整的用戶注冊、登錄和注銷流程，并且可以完成機智云智能硬件的配置入網、設備搜索、設備綁定、設備登錄、設備控制、遠程控制、狀態更新、本地遠程切換等基本設備操作。GAgent通訊模組GAgent是一款可以提供上層應用到產品設備的雙向數據通訊的固件 ， 開發者使用 GAgent 固件后，只需要把產品開發的重心放在產品的功能開發上，數據的通訊功能完全由 GAgent 固件承擔，極大的降低了開發者開發的難度。GAgent 主要的功能是轉發設備采集得到的數據，它是設備端、云端、手機控制端的通信橋梁。

GAgent 有很強的移植性， 可將 GAgent 固件移植到 WiFi 模組、GPRS 模組以及PC 端 等市面上常見的通訊模組上。該系統采用的是 ESP8266 模組，需要在機智云的官方網站上下載 ESP8266 版本通用的 GAgent 固件包，然后通過樂鑫公司提供的配套的 Flash 燒錄工具將下載好的 GAgent 固件包寫入 ESP8266 模塊中， 斷電重啟后設備自動從 Flash中啟動。GAgent 固件的功能框圖如圖 3 所示。

圖3：GAgent 固件的功能框圖機智云代碼移植到此在機智云開發者平臺上的工作基本完成，根據項目的需要選擇生成對應開發平臺的代碼包，代碼包實現了機智云通信協議的解析與封包、產品設備數據與通信數據的轉換邏輯，并封裝成了簡單的 API。當設備收到云端的數據后，程序會自動將數據轉換成對應的事件并通知到應用層，開發者只需要在對應的事件處理邏輯中添加傳感器的控制函數，便可完成產品的開發。從開發平臺上下載已經創建好的代碼包移植到我們已經創建好的項目工程里面即可。機智云設備接入SDK機智云產品設備訪問 SDK 是將手機和機智云智能硬件之間的通信進程，以及電話和云端之間的通信進程膠囊化 ，其中包括網絡訪問、搜索、連接、控制、心形節點、狀態報告和警告。開發人員使用 SDK 可以迅速完成 APP 的開發，只需注意 APP 的UI 和 UE 設計，就可以忽略比較復雜的協議和錯誤處理。根據開發者項目的要求，APP 應該整合機智云（Gizwits）SDK，以完成復雜的邏輯處理。機智云提供了 iOS 基本款SDK、Android 基本款 SDK、APICloud 交叉平臺 SDK 的三種 SDK 包。機智云設備接入 SDK 的流程如圖 4 所示。

圖4：機智云設備接入 SDK 的流程軟件設計部分智能燈光調節系統通過對 STM32F103C8T6 單片機的控制實現 ， 程序中初始化各個模塊 （ 串口初始化、按鍵初始化、傳感器初始化、協議初始化、定時器初始化 。..） 后通過按鍵掃描來選擇手機控制還是線下控制。

圖5：軟件設計框圖線下控制：線下控制可使用按鍵來調節燈光亮度 ， 設置適合自己當前環境的光線強度，還可以根據環境光傳感器獲取周圍環境光強 ， 實現燈光亮度的自動調節。

手機控制：手機控制可通過機智云平臺跟設備連接 ， 將 WIFI 模塊連接能上網的路由器 ， 并且調整一些配置與機智云平臺連接 ， 當手機 APP 和 WIFI 模塊綁定后即可實現遠程控制設備，從而控制系統實現不同的功能，最后在云端獲取時間、天氣等信息并在 OLED 顯示屏上顯示。

4、系統總結

本文設計了一款基于機智云的智能燈光控制系統。該設計采用 STM32F103C8T6 單片機進行開發，通過 WIFI 模塊 與手機 App 保持信號傳輸。本系統利用傳感器采集技術、無線通信技術，借助機智云物聯網開發平臺，設計出一套基于手機 App 和 WiFi 網絡的智能燈光調節系統，該系統能夠對室內燈光進行實時調節，實現了對室內燈光的智能化管理。