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摘要: 文章主要介紹了一種基于機(jī)智云iot開發(fā)平臺(tái)的空調(diào)遠(yuǎn)程控制模塊的應(yīng)用開發(fā)，模塊功能是通過智能手機(jī)的用戶界面遠(yuǎn)程控制空調(diào)的工作，包括工作條件的設(shè)置和溫度環(huán)境監(jiān)測(cè)，開發(fā)內(nèi)容包含了硬件和軟件兩部分，硬件開發(fā)部分主要解決空調(diào)控制模塊的設(shè)計(jì)，軟件開發(fā)部分主要解決互聯(lián)網(wǎng)通訊問題。
引言
機(jī)智云IoT開發(fā)平臺(tái)是面向個(gè)人、企業(yè)開發(fā)者的一站式智能硬件開發(fā)及云服務(wù)平臺(tái)，平臺(tái)提供了從定義產(chǎn)品、設(shè)備開發(fā)調(diào)試、應(yīng)用開發(fā)、產(chǎn)品檢測(cè)、云端開發(fā)、運(yùn)營(yíng)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)等覆蓋智能硬件接入到運(yùn)營(yíng)管理的全周期全鏈條服務(wù)，也是智能家居產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用的理想服務(wù)平臺(tái)。查看更多關(guān)于智能家電家居的方案，可到機(jī)智云官網(wǎng)行業(yè)方案查閱。機(jī)智云IoT開發(fā)平臺(tái)的接入流程如圖1所示。
1，系統(tǒng)設(shè)計(jì)
空調(diào)遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)是一款基于機(jī)智云IoT開發(fā)平臺(tái)的智能家居產(chǎn)品的嵌入式系統(tǒng)，設(shè)計(jì)原理是客戶端1（空調(diào)控制器）通過互聯(lián)網(wǎng)向服務(wù)器（機(jī)智云IoT開發(fā)平臺(tái)）發(fā)出通訊請(qǐng)求，服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求后與客戶端2（手機(jī)APP）建立聯(lián)系，即建立數(shù)據(jù)接口，從而建立多客戶端間的通訊，最終達(dá)到用手機(jī)APP實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制空調(diào)的目的。
系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，空調(diào)控制器利用無線通信模塊與機(jī)智云服務(wù)器連接進(jìn)行通訊，空調(diào)控制器負(fù)責(zé)發(fā)送產(chǎn)品序列號(hào)和密鑰，在機(jī)智云IoT開發(fā)平臺(tái)訂閱設(shè)備，手機(jī)客戶端利用機(jī)智云平臺(tái)提供的軟件開發(fā)工具包來開發(fā)具有個(gè)性化的手機(jī)APP，同時(shí)使用工具包中提供的方法建立與機(jī)智云服務(wù)器的通訊，發(fā)送序列號(hào)和密鑰，訂閱對(duì)應(yīng)的設(shè)備。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用機(jī)智云的Gizwits Agent(WIFI模塊/GPRS模塊串口標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議）和Open API（開放的應(yīng)用編程接口），不需要研究底層協(xié)議，大大減少了開發(fā)周期及成本。
1.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要是空調(diào)控制器的設(shè)計(jì)，其工作原理是傳感器采集環(huán)境的溫濕度信號(hào)，MCU實(shí)時(shí)顯示環(huán)境溫濕度并根據(jù)設(shè)定閾值進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到手機(jī)端供客戶遠(yuǎn)程控制。部分硬件模塊電路如圖3所示，MCU選用STM32F103C8T6單片機(jī)，它使用STM32Cube MX軟件來生成所需要的外設(shè)代碼，摒棄了傳統(tǒng)的固件庫，利用圖形化的優(yōu)勢(shì)，更直觀地配置外設(shè)，節(jié)省前期底層的代碼編寫，也縮短了編譯時(shí)間。
無線通信模塊采用esp8266系列芯片，是一款32位泰思立達(dá)處理器，具有性能穩(wěn)定、功耗低的特點(diǎn)。溫濕度采集模塊采用DHT11溫濕度傳感器，它是一款性價(jià)比較高的單總線型溫濕度傳感器，性能滿足設(shè)計(jì)需求。顯示模塊采用市場(chǎng)通用的OLED液晶顯示屏，該顯示屏可以實(shí)現(xiàn)彩色、柔軟顯示，具有體積小巧、厚度輕薄、攜帶方便、抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
圖2系統(tǒng)架構(gòu)
圖3 空調(diào)控制器部分模塊
1.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)包括空調(diào)控制器程序開發(fā)、手機(jī)APP開發(fā)兩個(gè)部分[1]。機(jī)智云IoT開發(fā)平臺(tái)為開發(fā)者提供了開放的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺(tái)，機(jī)智云官網(wǎng)為https://www.gizwits.com/。用戶進(jìn)入相關(guān)界面，只需注冊(cè)登入便可以添加屬于自己的產(chǎn)品，添加產(chǎn)品時(shí)，平臺(tái)自動(dòng)分配產(chǎn)品標(biāo)識(shí)碼與密鑰。在產(chǎn)品創(chuàng)建完成后，根據(jù)提示添加自己所需要的數(shù)據(jù)點(diǎn)，內(nèi)容如表1所示。
1.2.1控制器程序開發(fā)
設(shè)備（空調(diào)）控制器程序開發(fā)方法是借用機(jī)智云提供的軟件包完成，步驟如下：（1）根據(jù)產(chǎn)品密鑰下載相應(yīng)的軟件工具包，內(nèi)容包括官方提供的移植手冊(cè)和設(shè)備控制程序。（2）用戶需將MCU的通信接口參數(shù)配置好，同時(shí)將機(jī)智云所提供的系統(tǒng)固件程序燒錄進(jìn)無線通信模塊芯片中，固件封裝了設(shè)備與云端通信的協(xié)議以及通信流程，減少了開發(fā)者研究相關(guān)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而花費(fèi)的精力。
（3）設(shè)備MCU進(jìn)行設(shè)備控制程序的代碼移植[2]。這一步是關(guān)鍵，代碼移植成功后馬上調(diào)試單片機(jī)控制無線通信模塊實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，過程比較復(fù)雜，無線通信模塊必須先進(jìn)行配網(wǎng)，以Air Link模式為例，設(shè)備MCU向無線通信模塊發(fā)送指令進(jìn)入配網(wǎng)模式，手機(jī)在連接WIFI路由的前提下，打開機(jī)智云提供的調(diào)試APP選擇配網(wǎng)模式，APP會(huì)發(fā)送一個(gè)UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）廣播數(shù)據(jù)包，包中存放了WIFI路由器的賬號(hào)和密碼，無線通信模塊接收到該包后對(duì)內(nèi)容進(jìn)行解析，獲得WIFI路由器的賬號(hào)和密碼，然后配置本地?zé)o線通信模塊直接連接WIFI路由器[3]。
（4）無線通信模塊配網(wǎng)成功后，編寫設(shè)備本地控制程序并調(diào)試。設(shè)備與云端通訊成功，手機(jī)調(diào)試APP會(huì)顯示設(shè)備的名稱與工作狀態(tài)，網(wǎng)頁端調(diào)試日志中也會(huì)顯示設(shè)備已上線，這樣設(shè)備MCU可以通過本地控制程序讀寫最初設(shè)置的數(shù)據(jù)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與云端數(shù)據(jù)的交互，達(dá)到實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目的。
1.2.2手機(jī)APP開發(fā)
機(jī)智云IoT開發(fā)平臺(tái)為開發(fā)者提供了多種適合于快速開發(fā)的移動(dòng)端開源框架，但框架存在耦合性過高、各類推送煩瑣、云廣告干擾頻繁等缺陷，因此本系統(tǒng)采用Android studio開發(fā)環(huán)境，使用Java語言自行開發(fā)APP，同時(shí)采納機(jī)智云平臺(tái)所提供的SDK（軟件開發(fā)工具包）進(jìn)行APP開發(fā)設(shè)計(jì)，APP開發(fā)流程如圖4所示。
APP首先完成GUI（圖形界面）框架的搭建，GUI創(chuàng)建采用由Android studio內(nèi)置的Base模板，引入騰訊推出的QMUI第三方庫可以進(jìn)行界面美化，最終設(shè)計(jì)界面如圖5所示。
框架構(gòu)建完成后，參考機(jī)智云官網(wǎng)提供的Android SDK集成指南通過Giz Wifi SDK類初始化SDK。具體方法是參考機(jī)智云官網(wǎng)提供的Android SDK集成指南，先對(duì)工程代碼進(jìn)行移植，將SDK中jar包以及應(yīng)用程序二進(jìn)制接口文件導(dǎo)入安卓工程中，再在安卓工程目錄下對(duì)AndroidManifest.xml文件進(jìn)行本地環(huán)境配置，配置參數(shù)說明如表2所示。由于Android 6.0新增了運(yùn)行時(shí)權(quán)限動(dòng)態(tài)檢測(cè)，GizWifiSDK在使用權(quán)限的時(shí)候需要先進(jìn)行判斷，開發(fā)者還應(yīng)在build.gradle中寫入權(quán)限申請(qǐng)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)代碼，最后完成程序編寫。
表1 數(shù)據(jù)點(diǎn)分析
圖4移動(dòng)端APP開發(fā)流程
圖5設(shè)備控制頁面
2 系統(tǒng)測(cè)試
軟硬件開發(fā)完畢后進(jìn)入聯(lián)調(diào)聯(lián)試階段。測(cè)試開始時(shí)，首先設(shè)備需要入網(wǎng)，使設(shè)備進(jìn)入配網(wǎng)模式，通過機(jī)智云提供的測(cè)試APP對(duì)設(shè)備進(jìn)行配網(wǎng)，配網(wǎng)成功后，在測(cè)試APP的設(shè)備列表中會(huì)出現(xiàn)新的設(shè)備，此時(shí)可以使用測(cè)試軟件來對(duì)硬件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收與發(fā)送，以確保每個(gè)模塊都能成功接收到云指令。
在軟件測(cè)試部分中，可以使用開發(fā)者中心的虛擬設(shè)備收發(fā)數(shù)據(jù)來測(cè)試開發(fā)的APP是否能訪問云服務(wù)器，通過此方式調(diào)試還可以確定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。最后，將設(shè)備、機(jī)智云、APP整合完畢，就能夠?qū)崿F(xiàn)精確的數(shù)據(jù)上傳及下發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程控制功能。
表2 權(quán)限說明
3 結(jié)語
該嵌入式系統(tǒng)是智能家居系統(tǒng)的典型應(yīng)用，采用了M2M算法模型（一種模仿人類思維方式與解決問題方法的全新算法設(shè)計(jì)模型），可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)并上傳到云端，打破時(shí)間與空間的束縛，真正做到遠(yuǎn)程的操控，為家庭提供24 h全方位的保障。
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