本案例以Android手機為人機交互終端，以STM32F103為核心控制終端，基于機智云物聯(lián)網平臺，設計了一套用戶通過互聯(lián)網就能有效地對家中晾衣架進行操作的嵌入式智能控制系統(tǒng)，避免人不在家時，衣物被淋濕的問題。

本系統(tǒng)具備手動和自動兩種控制模式實現(xiàn)對晾衣架的合理控制，并且一旦控制端與服務器失去連接，將自動切換至自動模式工作。控制端采用FreeRTOS實時操作系統(tǒng)，在實時性方面表現(xiàn)良好，同時具有高穩(wěn)定性能穩(wěn)定地與機智云服務器進行通信。

引言晾曬衣物是日常生活的一部分，目前，市面上有多種多樣的晾衣架，包括手動和電動等。但大部分的電動“智能”晾衣，還依然需要用戶站在旁邊，按下按鈕進行操作，對用戶而言僅僅只是省力。因此，如何通過Internet，實現(xiàn)智能控制和遠程控制具有現(xiàn)實的意義。機智云物聯(lián)網平臺是面向開發(fā)者的一個全自動軟硬件的開發(fā)平臺 (Paa S)，本文依托于機智云物聯(lián)網平臺，設計了一套通過手機APP，對家中的晾衣架進行遠程控制的系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體簡介智能晾衣控制系統(tǒng)以STM32F103C8T6單片機為核心控制器，通過光強傳感器、雨滴傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等采集環(huán)境數(shù)據，進行分析處理后，再通過PWM方式控制電機的運行狀態(tài)來實現(xiàn)將晾衣架伸出陽臺，或者收回陽臺。同時將當前環(huán)境數(shù)據及晾衣架狀態(tài)通過ESP8266 WiFi模塊上傳至機智云服務器，用戶端通過APP可以實時獲取到該狀態(tài)，并且用戶可在自動控制與手動控制間任意地進行切換,實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的有效控制。圖1為智能晾衣控制系統(tǒng)的原理框圖。

2 智能控制系統(tǒng)硬件設計2.1 主控制器模塊智能晾衣控制系統(tǒng)的主控制器采用STM32F103C8T6微控制器。其擁有高達20KB的SRAM及64KB的閃存程序存儲器,完全能夠滿足本系統(tǒng)的控制要求;其具有低功耗的特性,工作電壓采用3.3 V，能有效地驅動絕大部分現(xiàn)有模塊器件，適合嵌入式控制端;具有豐富的GPIO口及多種常用外設，如:UART、SPI 、I2C 、定時器、AD、DA等，能與各類傳感器進行良好的交互。微控制器的時鐘,由8MHz的晶振組成的震蕩電路向微控制器輸入，STM32F103C8T6再通過PLL倍頻至72 MHz作為系統(tǒng)時鐘，并通過分頻等為外設提供不同的時鐘。2.2 環(huán)境數(shù)據采集模塊智能控制終端的溫濕度采集采用DHT11溫濕度傳感器模塊。電阻式感濕元件與NTC測溫元件很好地被集成進了該溫濕度傳感器中，并由內嵌的一個微控制器對感濕元件與測溫元件采集到的數(shù)據進行解析。DHT11濕度精度為±5%RH，溫度為±2℃，能夠將檢測到的環(huán)境溫濕度，通過其DATA數(shù)據引腳，以數(shù)字形式向外輸出。在與STM32F103C8T6微控制器的硬件連接中，需要將溫濕度傳感器的DATA引腳通過5 kΩ的上拉電阻進行上拉，以提高驅動力。如圖2。

光強數(shù)據由TSL2560傳感器獲取。作為性能優(yōu)良的第二代周圍環(huán)境光強度傳感器，能夠為晾衣控制系統(tǒng)采集到足夠精度的環(huán)境光強數(shù)據。其內部結構框圖如圖3所示。通道0和通道1各連接著一個光敏二極管，其中通道0的光敏二極管對可見光和紅外線都能靈敏地感知到，而通道1則僅僅能對紅外線靈敏地感知到。流過光敏二極管的電流經過積分式A/D轉換器的積分，被轉化成了數(shù)字量，并且，轉換結束后其結果被存入相應的寄存器中。整個積分、轉換過程完成后，A/D積分轉換器將重復進行下一轉換過程。STM32F103C8T6可通過I2C總線協(xié)議對其寄存器進行訪問，從而獲取光強強度。

雨滴采集部分由雨滴傳感器獲取，其AO模擬量輸出口輸出雨滴收集板上的雨滴量對應的模擬值，將其AO口與STM32F103C8T6的AD的輸入引腳相連接,通過AD轉換后的數(shù)字量，即可獲取到雨滴數(shù)據。2.3 電機驅動電路STM32F103C8T6采用脈沖寬度調制 ,對直流電機進行控制。PWM控制方式相比于模擬電流控制，具有功耗低、抗噪能力強等特點。PWM信號由STM32F103C8T6的GPIOA0引腳輸出，輸入到電機的正極，微控制器的GPIOA1引腳與電機的負極連接，控制電機的正轉及反轉。當GPIOA1引腳向外輸出低電平時,控制器產生的PWM信號使電機正向運轉,反之GPIOA1引腳輸出高電平時,電機反向運轉,從而達到控制晾衣架伸出與收回的功能。2.4 WiFi通信電路通信模塊采用ESP8266 Wi Fi模塊,該模塊高度集成了射頻balun、天線開關、過濾器、低噪放大器、功率放大器和電源管理模塊，同時內嵌了32位的Tensilica L106單片機，能夠運行在最高可達160MHz的時鐘下，具有16位RSIC和極低的運行功耗。能夠使用實時操作系統(tǒng)，并且只有20%的MIPS被它的Wi Fi協(xié)議棧所使用，用戶可對剩余的80%進行開發(fā)與編程。其還能夠通過配置寄存器實現(xiàn)3種不同的運行模式:深度睡眠模式、睡眠模式和激活模式，使得能對其功耗更好地進行控制。本控制系統(tǒng)通過STM32F103C8T6的UART1與ESP8266模塊進行數(shù)據交互，實現(xiàn)數(shù)據由控制端上傳至機智云平臺的服務器，并從機智云平臺服務器獲取相應的控制信息。

3 智能控制系統(tǒng)軟件設計3.1 控制程序設計控制程序采用FreeRTOS實時操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個輕量級的、可搶占的實時操作系統(tǒng)，提供了任務管理、互斥鎖、信號量、消息隊列等功能，任務由系統(tǒng)輪詢進行調度，分別具有就緒態(tài)、運行態(tài)、掛起狀態(tài)等。每個任務都具有優(yōu)先級，當系統(tǒng)調度時，已經處于就緒態(tài)的高優(yōu)先級的任務會優(yōu)先被系統(tǒng)調用執(zhí)行,從而保證了緊急任務的實時性。本系統(tǒng)的流程框圖如圖4。

當控制板開機運行時,首先執(zhí)行FreeRTOS實時操作系統(tǒng)的初時化,緊接著初始化各個外設，然后將系統(tǒng)運行的任務創(chuàng)建出來,最終執(zhí)行任務,此時,FreeRTOS實時操作系統(tǒng)會根據設定的參數(shù),對任務進行相應的調度執(zhí)行。其中,通信協(xié)議處理任務為最高優(yōu)先級,它負責處理從機智云服務器端接收到的請求，包括心跳、控制指令、系統(tǒng)狀態(tài)查詢、重啟MCU、在線升級等。對于外設的控制,需要根據其datasheet來編寫相應的驅動實現(xiàn)對其正確的訪問控制。對于對時序要求較高的模塊(如DHT11溫濕度傳感器模塊)進行控制時，本控制系統(tǒng)在操作該類前，讓FreeR-TOS進入臨界量狀態(tài) (關閉所有中斷),以保證時序的準確性。執(zhí)行完成后,需要退出臨界量狀態(tài),使系統(tǒng)恢復至原狀態(tài),才能實時響應外界中斷。3.2 機智云平臺設置機智云平臺提供了面向控制端及Android手機APP的應用程序編程接口 (Application Programming Interface，API) ,開發(fā)者能夠很輕松地進入機智云平臺的開發(fā)者中心，添加本控制系統(tǒng)的外設的設備節(jié)點,平臺則會自動生成相應的通信協(xié)議，按照此通信協(xié)議，即可與機智云平臺進行數(shù)據交互，從而達到通過Internet即可在遠程對本晾衣系統(tǒng)進行方便的控制。圖5是在機智云物聯(lián)網平臺后臺獲取到的設備運行數(shù)據情況。

3.3 手機APP程序設計手機APP端采用機智云物聯(lián)網平臺提供的SDK包進行二次開發(fā)，開發(fā)者只需對Active進行修改[5]，即可為用戶提供友好的界面，提高用戶體驗。在需要提供額外后臺功能時，可對后臺進行改動。圖6為本系統(tǒng)開發(fā)的APP界面。humi后面的數(shù)值表示控制板上傳的環(huán)境濕度，temperature后面的數(shù)值為環(huán)境溫度，light為光強，三者都為只讀狀態(tài)，由控制板上傳數(shù)據。motor開關為晾衣控制開關，當處于開啟狀態(tài)時，晾衣架將伸出，關閉時，晾衣架將在電機控制下縮回。is_automatic為自動手動切換按鈕，開啟時，控制板將自動根據環(huán)境數(shù)據進行判別,決定是否晾衣,關閉時,為手動模式,可由用戶進行控制。

4 結論本晾衣控制系統(tǒng)依托機智云AIoT平臺，通過Android手機APP與用戶交互，以STM32F103C8T6為控制板主控芯片，實現(xiàn)了通過Internet網絡對家中的晾衣架控制系統(tǒng)的有效控制，具備自動、手動兩種模式，縱使用戶身在異地，依然能夠對家中的晾衣架進行控制，使得衣物免遭雨淋。并且一旦控制端與網絡失去連接，該系統(tǒng)將自動切換至自動控制模式，保證了系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。經過測試，系統(tǒng)控制效果良好,能實時地響應用戶端的控制指令來驅動電機,環(huán)境數(shù)據采集準確。手動模式下實時性高，自動模式下自動分析控制準確，滿足日常使用。斷網測試時，能正確執(zhí)行異常處理，切換至自動模式。