[01486194]基于Wi-Fi的智能实验室控制系统V1.0

高校是极具现代意识、以现代化教学为特色的学习办公场所,为了推进教育教学的信息化和现代化,从高校教学实验中心在开放管理中存在的矛盾和问题出发,剖析高校实验室开放存在的问题,设计一套基于Wi-Fi的智能实验室管理系统,由STM32微处理器采集环境物理量如温度、光照强度、热释电、烟雾等,通过Wi-Fi发送给安卓手机,将数据存储到SD卡.txt文件中,并记录保存数据时间,安卓手机也可以控制实验室开灯、关灯、开门、关门、开窗帘、关窗帘等。作为实验室开放管理的重要工具,该系统的运行,使实验室开放管理更加科学化、制度化,使一起设备使用效能最大化。 1 系统功能描述 本系统分为终端与用户端,终端作为核心处理部分,主要用以采集温度、热释电、烟雾、光照强度等物理参量,实现与用户端信息交互。用户端主要接收微处理器传来的信息,通过对数据处理与微处理器通信完成相应工作。终端、用户端的具体功能描述如下： 微处理器应实现以下功能： 1)数据采集功能：终端实现温度、热释电、烟雾、光照强度等物理量采集。 2)控制功能：通过微处理器实现门、灯、窗帘的状态变化。 3)报警功能：采集环境中物理量,当物理量超过一定标准后,会发出报警信号。 用户端应实现以下功能： 1)与核心部分数据交互功能：通过NRF24L01与核心处理端实现数据交互,传送电压,电流,功率等参数。 2)与智能插座数据交互功能：通过串口实现与智能插座的数据交互,获得家用电器的电压,电流,功率等参数,同时能够向智能插座发送断电,送电的信号。 2 系统整体设计 2.1 系统整体框架 基于Wi-Fi的智能实验室控制系统,主要是通过安卓手机和Wi-Fi,实时监控试验室状态,以保障实验室安全运行。监控系统可分为检测模块、报警模块、显示模块、控制模块、通信模块。 其中监测模块通过传感器来监测温度、热释电、烟雾、光照强度等物理参量,将检测到的信息经过微处理器处理,通过Wi-Fi传送到安卓手机。用户可将软件设置为不同工作模式,如自动模式、手动模式,自动模式下STM32微处理器通过设定值和采集到的参数值对实验室进行调整。当实验室光照不足时,若窗帘未打开可自动打开窗帘,若打开窗帘光照还不足可打开照明灯。手动模式下管理者可任意打开或关闭各种控制设备。通过信息交互,管理者可以监测到任意一个实验室的运行状态。 2.2 硬件模块 2.2.1微处理器 本系统中,选择STM32f103作为核心处理器, STM32f103是基于ARM 32位的Cortex-M3内核的微控制器,最高72MHZ的工作频率,最大64K字节的SRAM,包含丰富的硬件外设供外部模块使用。 2.2.2检测模块 检测模块包括光敏电阻传感器及热释电传感器。 光敏电阻的工作原理是基于内管电效应,在半导体光敏材料两端装上电极引线,将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻,两电极常做成梳状以增加灵敏度,当外部光照强度发生变化时,光敏电阻两电极间的电阻值会相应发生变动,本设计通过检测光敏电阻的端电压变化来采集光强信息。检测原理如图： 热释电传感器通过目标与背景的温差来探测目标,其工作原理是利用热释电效应,表面温度的变化△T,在上下电极之间产生电压△U。人体或体积较大的动物都有恒定的体温,一般在37度,所以会产生特定波长10μm左右的红外线,当人体进入检测区,因人体温度与环境温度有差别,人体发射的10μm左右的红外线通过模块滤镜光片增强后聚集到红外感应区上,红外感应源在接收到人体红外辐射时就会失去电荷平衡,向外释放电荷,进而产生△U,后续电路通过检测即能产生有效信号。 2.2.3通信模块 使用带有串口功能的Wi-Fi模块作为本设计的无线通信模块,主控制器带有串口外设,主控制器和无线Wi-Fi通信模块通过串口进行数据帧的交换,上位机以软件连接的方式与Wi-Fi建立连接,通过无线方式交换数据帧。连接方式如图： 2.2.4控制模块 以继电器作为本设计的主要控制模块,主控制器通过解读数据帧或自动模式下由检测模块得到数据生成命令来控制硬件外设,控制挂载在外设上的继电器处于开或闭的状态。