【IoT毕设】esp8266+机智云AIoT+热水器远程智能控制

摘要:设计了一种热水器远程控制系统,该系统借助机智云物联网开发平台,通过ESP8266WiFi模块将控制器接入云端。控制系统选用STM32F103ZET6MCU作为主控芯片,ESP8266WiFi模块作为通信接口,固态继电器控制加热器和抽水机的开关。用户可通过室内控制器和手机APP双向控制系统的水温水位。经测试,该系统具有安全可靠、操作简单的优点,具有较高的实用性与广泛的应用前景。

随着互联网的发展,物联网逐渐成为生活智能化的主题之一。传统家电都在向智能化方向发展,电热水器也不例外。过去远程控制系统分为两大类:一是GSM网络;二是CDMA网络,但二者的资费太高,不能长期使用,并没有得到很好的普及。随着互联网及智能手机的高速发展,把智能手机作为移动终端,将其应用于传统电热水器,借助机智云物联网开发平台,设计了一套热水器远程智能控制系统,本系统具有安装简单,价格低廉、手机APP和室内控制器实时双向监控等优点,且使用了开放的Android和机智云物联网平台,使得系统的功能扩展和产品升级非常方便。

1系统的总体方案

热水器远程智能控制系统采用室内控制和手机APP远程控制双向控制模式, 系统整体框架图如下图

系统主要由温度传感器、水位传感器、室内控制器、云端、手机APP和加热及抽水系统五个部分组成。室内控制器和手机APP作为客户端,接收来自用户的各种控制命令,经过加工处理后通过WIFI网络将数据发送给云端,并实时反馈执行情况,显示系统水温水位信息和热水器加热、抽水的开关状态。

服务器由ESP8266WiFi模块及其控制器构成,利用大覆盖、高可靠性、低成本的无线网络,实现与客户端握手和数据互传;控制器与服务器端共用一个MCU,将接收到的用户指令转变为控制命令,并把采集到的水温水位数据通过室内控制器和手机APP直观、友好地显示给用户,并等待用户的下一步指令,从而实现整个系统的实时监控。

2系统硬件设计
本系统的硬件结构框主要由温度传感器、水位传感器、室内控制器和ESP8266wifi模块四个部分组成。

(1)温度传感器:本系统采用具有负温度系数、高灵敏度、高精度特点的NTC防水型热敏电阻作为温度传感器。热敏电阻通过串联一个已知的电阻,通过分压比确定热敏电阻的阻值,再通过热敏电阻计算公式可转换出相对应的温度。
(2)水位传感器:本系统采用防水型US-100超声波测距模块作为水位传感器。该模块可实现2cm-4.5m的非接触测距功能,功耗低,自带温度校正,同时具有GPIO,串口等多种通信方式。内带看门狗,工作稳定可靠。
(3)室内控制器:主要由2.4寸LCD液晶屏,5个功能按键组成。
(4)ESP8266-WiFi模块:是一款超低功耗的UART-WIFI透传模块,专为移动设备和物联网应用设计,可将用户的物理设备连接到WiFi无线网络上,进行互联网或局域网通信,实现联网功能。

3系统软件设计

本系统的软件设计分为数据采集,控制器与云端数据互传和人机交互三部分,其中人机交互根据功能而设置的,就不在此说明。
数据采集部分的主要工作过程为:首先对系统进行初始化,温度采集采用STM32F103ZET6自带的12位ADC,测出其模拟电压值,经过一系列数据转换,得出相应温度值,再经中值,均值滤波得出较稳定的温度值。水位采集,使用STM32F103ZET6的UARST3接收US-100超声波测距模块串口发送出来的距离值,再经过一系列的数据处理和均值滤波即可得出较准确的水位值。

控制器与云端数据互传主要通过机智云物联网云平台,开发属于自己的产品,根据需求设置相关数据点,再通过MCU开发,选择合适的开发方案和硬件平台,然后自动生成代码,最后把代码移植到系统程序中即可。

4试验结果

系统在实验室中进行了调试和试验,对水箱中的水位水温进行控制。试验表明,无论是在室内控制器或手机APP均可实时双向监控系统水箱内的水位水温。水温水位控制准确,水温误差在+1摄氏度内,水位误差在+1cm内。符合家用热水器的精度要求。

5结论

本系统是基于机智云物联网开发平台,设计的一套热水器远程智能控制系统,具有实时双向监控,成本低的特点。经测试,系统方案可行,电路安全、可靠,控制精度满足要求。系统稳定性高。同时系统的可拓展性大,如可对多个家电同时进行监控或更多功能模式,这些都有待进一步研究和讨论。