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智能电箱物联控制的花园智慧系统设计与应用

来源:用户上传      作者:蔡绍硕 夏晋 蔡绍博

  摘要:实现花园景观设备智能化管理需要安装花园智能控制系统,而智能电箱则是实现这类控制系统的核心硬件。文章以Samsung Cortex-A9处理器为核心,搭载ZigBee和WAN通信模块的智能电箱,通过ZigBee网关节点通信模块接收来自配套使用CC2540单片机的终端节点连接传感器获得的监测数据,网络传输到云端后得到用户在电脑、手机App、小程序等云平台里下发的指令后,利用通信模块的无线传输数据技术通过串口连接处理器,进而发送指令从而达到控制目的。
  关键词:物联网;传感器;智能花园;智能电箱
  0引言
  随着人们对居住环境舒适化、安全化的要求进一步提高,建筑室内外空间里的设备控制逐渐被要求趋向智能化、人性化。当物联网技术应用到花园生活的管理中,通过自动化系统实现智能控制取代原有手动开关的操控管理方式已经成为智能家居市场的主流需求。
  1智能电箱实现花园智慧控制的功能分析
  在智慧花园中,通过应用传感器、单片机以及无线传感网络等物联网技术,用户通过电脑、手机和小程序配套使用智能电箱实现远程控制,可以实现的功能主要有:路灯照明、灌溉雾化、门禁、火警、鱼池净化、驱蚊灭蚊、情景模式、语音控制等。而这种智能化的现实路径主要有3种类型:(1)通过传感器来实现自动控制;(2)通过触摸屏和手机App来手动控制;(3)设置智慧情景自动触发控制。
  通过传感器来实现自动控制的一般有路灯照明、门禁、火警和灌溉。使用传感器来检测环境参数进行感知控制,如激光传感器来检测花园的光照度。当夜幕降临,检测到环境的光照度参数过低时,系统自动开启路灯实现花园照明。人体传感器来检测环境是否有人体进入。当检测到人体需要进入时,单片机通过IO口连接的继电器来实现花园门的自动开启。烟雾传感器来检测花园的烟雾浓度。当烟雾浓度达到一定数值之后,会触发烟雾报警器和消防系统。湿度传感器来检测花园的干湿程度。当湿度值低于一定阈值之后,系统自动开启花园的雾灌系统[1]。
  通过触摸屏和手机App来手动控制的有鱼池净化和驱蚊灭蚊。如终端节点通过IO口连接继电器,对鱼池净化系统和智能花园灭蚊系统的开关进行控制。智能花@设置智慧情景自动触发是通过Samsung Cortex- A9处理器进行嵌入式编程,实现智能情景模式的预先设定,如离家模式开启则关闭路灯和门禁等系统,保留花园灌溉和报警等系统,居家模式则花园的全部功能正常开启。
  2智能电箱来实现花园智能控制系统的技术设计
  通过智能电箱来实现花园智能控制,首先需要实现环境参数的数据采集,因此终端必须使用单片机作为采集节点的核心,通过传感器来检测环境的参数[2]。那么本系统的传感器则可以搭载在采用业界标准的增强型8051 CPU的CC2530单片机上,因为该单片机适应2.4-GHz IEEE 802.15.4的RF收发器,可以实现更远距离的ZigBee无线数据传输,并且单片机对采集到的数据进行分析,可判断是否需要进行环境调节,若需要,则本系统可以利用继电器来控制电机的开关实现目的。继电器通过GPIO 口与CC2530单片机进行连接,用来实现智能控制。在这种控制中,本系统可选择Samsung Cortex-A9处理器,因为其作为一个智能网关,通过搭载ZigBee通信模块,形成了ZigBee无线传感网络通信中的协调器,在使用Z-stack协议栈进行通信过程中,可满足上千个设备的多节点采集数据的要求。另外,本系统还可以通过搭载触摸控制屏来实现数据的可视化,通过Android开发上位机串口助手来进行操作,实现指令的下发。
  3智能电箱来实现花园智能控制系统的总体设计
  3.1电箱智能控制系统的基本架构
  整个系统的构成包括3层:智能终端、智能电箱以及用户界面,如图1所示。具备以下功能:(1)数据采集。终端节点利用传感器来进行数据采集,包括湿度传感器监测花园的湿度参数,光照度传感器来检测花园的光照参数,烟雾传感器来检测花园是否起火,以及人体传感器来检测花园是否有人进入等。(2)自动控制。利用传感器采集到数据之后,通过对CC2530单片机进行代码的烧录,当检测到环境参数超过阈值或与设定的阈值不符合时会进行自动控制;如当检测到的空气湿度低于40%设定值的时候,系统会自动打开花园的雾化系统开关,用来调节空气湿度。(3)数据传输。采集节点与智能网关节之间通过ZigBee无线网络来进行无线传输,使用Z-Stack协议栈,实现多个终端节点向网关节点的数据传输。(4)云平台数据处理。智能电箱在采集到花园环境的相关参数之后,通过网络通信模块,将数据实时发送到云平台,云平台对数据进行处理,并设置触发指令。(5)远程控制。用户通过电脑、手机App、小程序以及公众号来访问云平台,实时获取花园环境参数,并通过云平台下发指令,实现远程控制。
  3.2电箱智能控制系统的功能实现
  终端节点的硬件设计上使用CC2530单片机作为采集节点的核心。CC2530是用于2.4 GHz IEEE 802.15.4,ZigBee和RF4CE应用的一个片上系统(SoC)解决方案。一般而言,CC2530单片机的工作电压在2~3.6 V,可以通过干电池或纽扣电池实现电源供给,摒弃传统的电源布线,让整个系统更加简洁。节点通过传感器来监测环境参数,传感器和电磁阀通过IO 口与单片机相连,设置触发控制指令。当符合自动控制条件的时候,利用电磁阀来控制开关,实现自动控制,如监测到土壤埔情显示严重缺水时,单片机通过IO 口给电磁阀一个电压指令,实现自动打开水管阀门。
  智能电箱硬件设计采用Samsung Cortex-A9处理器作为终端的核心。微处理Hi3798CV100芯片作为智能电箱控制系统的控制核心,CPU具有四核ARM Cortex A9和硬件JAVA加速,具有八核高性能。通过电源模块对整个电箱进行设备供电;通过空开进行电路控制,防止电压过载出现危险或损坏整个电路,如图2所示。智能电箱通过ZigBee通信模块获取花园的环境参数,ZigBee通信模块通过串口与Cortex-A9处理器连接,通过串口通信实现数据传输与指令的接收。同时,Cortex-A9处理器搭载一个触摸控制屏,实现数据的可视化操作,通过Android开发上位机串口通信软件,使用串口通信软件来接收数据,并且通过串口向终端节点发送AT指令,实现智能电箱对花园的远程控制。智能电箱实现花园的数据监测和远程控制之后,利用搭载的网络通信模块,将环境参数实时发送到云端平台,云平台实时接收数据,对数据进行处理,并设置控制触发指令。用户通过电脑、手机App、小程序以及公众号来访问云平台,实时获取花园环境参数,并通过云平台下发指令,实现远程控制。智能电箱通过Samsung Cortex-A9处理器进行嵌入式软件开发,对终端控制模块的分类控制,实现在家模式和离家模式两种不同情景的终端控制系统,处理器再通过AI系统实现语音智能唤醒等系列控制。

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