一种物联网基础控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及物联网领域，更具体地，涉及一种物联网基础控制系统。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展，人们生活水平越来越高，各种电器设备越来越普遍的应用于人们的生活的各个领域，例如校园。在校园中，为了给学生创建一个良好的学习环境，通常配备有灯光、风扇、空调等多种电器设备，但是现有校园中对于各类电器设备的控制多为人工进行操控，智能化程度不足，可能发生以下几种情况：教室无人，忘记关闭电器设备，使得电器设备持续处于工作状态，造成能源浪费；无法准确实时地根据温湿度等环境信息，调整各类电器设备的工作，造成不合理使用电器设备；以及人工对电器设备进行操控，操控人员必须在电器设备现场进行控制，无法实现远程操控，增大劳动强度。此外，现有校园中，对于学生的考勤，大多数采用手动签到或者老师点名的方式，效率较低且容易出错。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种物联网基础控制系统，用于解决现有技术中电器设备智能化控制程度不高的问题。
4.本实用新型采取的技术方案是，一种物联网基础控制系统，包括环境采集模块、云数据平台、电器设备控制模块以及通讯模块，所述环境采集模块以及电器设备控制模块与所述通讯模块连接，所述通讯模块与所述云数据平台连接；所述电器设备控制模块包括红外控制模块以及非红外控制模块，所述红外控制模块包括空调控制模块以及考勤模块，所述非红外控制模块包括第一主控芯片、吊扇控制模块、灯光控制模块、窗帘控制模块以及继电器控制模块，所述第一主控芯片与所述吊扇控制模块、灯光控制模块、窗帘控制模块以及继电器控制模块连接，所述空调控制模块、考勤模块以及第一主控芯片与所述通讯模块连接。
5.本实用新型中，云数据平台与各类电器设备实现连接，可以直接对电器设备控制模块发出基础控制指令，实现对各类电器设备的控制。另外，环境采集模块用于采集环境数据传输至云数据平台，例如所处环境的温湿度、光照强度等，云数据平台用于对获取的环境数据进行处理，将具体电器控制指令发送给电器设备控制模块，电器设备控制模块接收到控制指令后实现对空调、考勤、吊扇、灯光、窗帘等电器设备的具体控制，而通讯模块则是在环境采集模块以及电器设备控制模块与云数据平台之间起到连接通信的作用。具体的，云数据平台还可以在接收到环境采集模块采集到的环境数据，根据环境数据的处理结果再发出具体控制指令。
6.同时，电器设备控制模块中，吊扇控制模块、灯光控制模块、窗帘控制模块以及继电器控制模块均由第一主控芯片进行控制，第一主控芯片通过通讯模块接收到云数据平台的控制指令后，进行指令解析操作，再通过输出高、低控制电平至与之连接的各个具体的电
器设备控制模块，实现具体的电器设备控制。具体的，灯光控制模块可以通过控制mos管控制电路的通断，实现对环境中led灯的亮/灭的控制；继电器控制模块可以通过固态继电器实现对电路中电流的控制，有效控制电流16a；吊扇控制模块可以通过第一主控芯片的控制电平，实现对吊扇的无级调速；窗帘控制模块可以把第一主控芯片的控制电平转换成控制窗帘电机的电平，实现控制窗帘的开合。
7.进一步的，所述通讯模块包括lora通讯模块以及wifi模块，所述环境采集模块与所述lora通讯模块连接，所述lora通讯模块与所述云数据平台连接，所述空调控制模块、考勤模块以及第一主控芯片与所述wifi模块连接，所述wifi模块与所述云数据平台连接。
8.进一步的，所述环境采集模块包括第二主控芯片、温湿度传感器、光照强度传感器以及线性稳压器，所述第二主控芯片与所述温湿度传感器、光照强度传感器以及线性稳压器连接，所述第二主控芯片与所述lora通讯模块连接。
9.本实用新型中，通讯模块包括有lora通讯模块以及wifi模块两种，其中，环境采集模块与lora通讯模块连接，在具体使用过程中，环境采集模块可以由lora通讯模块通过lora网关将采集到的温湿度以及光照强度等环境数据传输至云数据平台上。lora通讯是lpwan通信技术中的一种，是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，可最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本，具有节能与低耗的优点。而电器设备控制模块中的各类具体的电器设备控制，由于对传输时延有一定要求，故选择wifi模块作为通讯模块与云数据平台进行通信，可有效降低时延，提高信息传输效率。
10.进一步的，所述空调控制模块包括第三主控芯片、红外遥控芯片以及若干红外二极管，所述第三主控芯片与所述红外遥控芯片连接，所述红外遥控芯片与所述若干红外二极管连接，所述第三主控芯片与所述wifi模块连接。
11.进一步的，所述空调控制模块还包括上pcb板、下pcb板以及若干红外发射板，所述上pcb板安装于所述下pcb板上方，所述若干红外发射板安装于所述上pcb板上方，呈多边形排列；所述红外遥控芯片安装于所述上pcb板内，所述第三主控芯片安装于所述下pcb板内，所述若干红外二极管分别安装于所述若干红外发射板上，所述若干红外二极管朝向所述若干红外发射板排列形成的多边形的外侧。
12.本实用新型中，空调控制模块的工作原理为：第三主控芯片通过wifi模块接收云数据平台的控制指令，进行解析之后，将相关控制指令发送给红外遥控芯片，而红外遥控芯片将接收到的控制指令进行解码，解码之后，驱动红外二极管发射控制空调的红外信号，实现空调遥控控制功能。具体的，本实用新型中，将第三主控芯片及红外遥控芯片分别安装在上下分层设置的上pcb板及下pcb板内部，可有效节省pcb面积，减少空调控制模块体积。同时，红外二极管安装在红外发射板上，红外发射板围绕排列成多边形，可有效实现水平方向上的360
°
全范围红外遥控覆盖，在竖直方向上，可以通过手动调整红外二极管的间距与角度，提高竖直方向的红外遥控范围。
13.进一步的，所述考勤模块包括第四主控芯片以及人体红外模块，所述第四主控芯片与所述人体红外模块连接，所述第四主控芯片与所述wifi模块连接。
14.本实用新型中，考勤模块的人体红外模块可以实时捕获当前环境内人体散发的红外信号，并将捕获的红外信号发送给第四主控芯片。其中，第四主控芯片可以通过wifi模块与云数据平台进行通信，在云数据平台内根据红外信号实现考勤功能，以及，在当前环境无
人的情况下，第四主控芯片可以通过wifi模块与云数据平台进行通信，通过云数据平台关闭当前环境内的各种电器设备，避免造成能源浪费。此外，本实用新型中考勤模块还可以作为安防模块使用，例如，在当前环境本应该无人的情况下，人体红外模块却捕获到红外信号，则该环境可能出现盗贼等情况，云数据平台可以发出预警或其他提示。
15.进一步的，所述第一主控芯片型号为stm32f103，所述第二主控芯片型号为stc11l04e，所述第三主控芯片型号为stm32f103c8t，所述第四主控芯片型号为stc12c5a60s2，所述温湿度传感器型号为dht21，所述光照强度传感器型号为gy
‑
30。
16.进一步的，所述物联网基础控制系统还包括终端显示及控制模块，所述终端显示及控制模块用于与所述云数据平台进行通信，实现电器设备的控制。
17.本实用新型中，还可以设置有终端显示及控制模块，所述终端显示及控制模块可以包括有电脑网页或手机app等移动终端装备，所述终端显示及控制模块可以与所述云数据平台进行通信，可实时查看环境状态或电器设备的使用状态，或实现远程控制等功能，可以给使用者带来了更好更方便的使用体验。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
19.1、本实用新型包括有环境采集模块、云数据平台、电器设备控制模块以及通讯模块，可实现对各类电器设备的直接控制。另外，还可以根据环境采集模块采集的实时环境数据，通过通讯模块的传输至云数据平台，控制电器设备控制模块实现多种电器设备的控制，实现系统的管理，合理使用电器设备，减少能源的浪费；
20.2、本实用新型中，使用lora通讯模块作为环境采集模块与云数据平台之间的通讯模块，可实现有效远距离通信以及节能低耗，而使用wifi模块作为电器设备控制模块与云数据平台之间的通讯模块，可有效降低时延，提高信息传输效率；
21.3、本实用新型中，空调控制模块的第三主控芯片以及红外遥控芯片分别安装于两块pcb板上，可有效节省pcb面积，减少空调控制模块体积，同时，红外二极管安装在若干排列成多边形的红外发射板上，可有效实现水平方向上的360
°
范围红外遥控覆盖，提高有效遥控面积；
22.4、本实用新型中，还设置终端显示及控制模块，所述终端显示及控制模块与所述云数据平台进行通信，可实时查看环境状态或电器设备的使用状态，或实现远程控制等功能，可以给使用者带来了更好更方便的使用体验。
附图说明
23.图1为本实用新型的结构框图。
24.图2为本实用新型中第一主控芯片2的电路图。
25.图3为本实用新型中吊扇控制模块3的电路图。
26.图4为本实用新型中灯光控制模块4的电路图。
27.图5为本实用新型中窗帘控制模块5的电路图。
28.图6为本实用新型中继电器控制模块6的电路图。
29.图7为本实用新型中电源模块的电路图。
30.图8为本实用新型中第三主控芯片13及其外围电路的电路图。
31.图9为本实用新型中红外遥控芯片14及其外围电路的电路图。
32.图10为本实用新型中红外发射板的电路图。
33.图11为本实用新型中wifi模块的电路图。
34.附图标记说明：云数据平台1，第一主控芯片2，吊扇控制模块3，灯光控制模块4，窗帘控制模块5，继电器控制模块6，lora通讯模块7，wifi模块8，第二主控芯片9，温湿度传感,10，光照强度传感11，线性稳压器12，第三主控芯片13，红外遥控芯片14，红外二极管15，第四主控芯片16，人体红外模块17。
具体实施方式
35.本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
36.如图1所示，本实施例提供一种物联网基础控制系统，包括环境采集模块、云数据平台1、电器设备控制模块以及通讯模块，所述环境采集模块以及电器设备控制模块与所述通讯模块连接，所述通讯模块与所述云数据平台1连接；所述电器设备控制模块包括红外控制模块以及非红外控制模块，所述红外控制模块包括空调控制模块以及考勤模块，所述非红外控制模块包括第一主控芯片2、吊扇控制模块3、灯光控制模块4、窗帘控制模块5以及继电器控制模块6，所述第一主控芯片2与所述吊扇控制模块3、灯光控制模块4、窗帘控制模块5以及继电器控制模块6连接，所述空调控制模块、考勤模块以及第一主控芯片2与所述通讯模块连接。
37.本实施例中，环境采集模块用于采集环境数据传输至云数据平台1，云数据平台1用于对获取的环境数据进行处理，得到具体电器控制指令发送给电器设备控制模块，电器设备控制模块接收到控制指令后实现对空调、考勤、吊扇、灯光、窗帘等电器设备的具体控制，而通讯模块则是在环境采集模块以及电器设备控制模块与云数据平台1之间起到连接通信的作用。具体的，在本实施例中，云数据平台1可以直接对电器设备控制模块发出基础控制指令，也可以在接收到环境采集模块采集到的环境数据，根据环境数据的处理结果再发出具体控制指令。
38.同时，电器设备控制模块中，吊扇控制模块3、灯光控制模块4、窗帘控制模块5以及继电器控制模块6均由第一主控芯片2进行控制，第一主控芯片2通过通讯模块接收到云数据平台1的控制指令后，进行指令解析操作，再通过输出高、低控制电平至与之连接的各个具体的电器设备控制模块，实现具体的电器设备控制。
39.具体的，本实施例中，所述第一主控芯片2型号为stm32f103，所述第一主控芯片2具体电路原理图如图2所示，电路图中，第一主控芯片u4连接有p1
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p13共13个端子，其中p1、p13是与wifi模块连接的端子，p2、p4、p7为灯光控制模块输出端子，p10、p11、p12为吊扇控制模块输出端子，p8为继电器控制模块输出端子，p9为窗帘控制模块输出端子，p5为5v电源输入端子，p3为接地端子，p6为仿真硬件接口端子，主控芯片u4的pc14
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osc32_in和pc15
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osc32_out以及pd0
‑
osc_in和pd1
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osc_out引脚分别连接晶振y1和y2电路，pc14
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osc32_in和pc15
‑
osc32_out引脚分别通过电容大小为6pf的电容c19和c20接地，晶振y1连接于pc14
‑
osc32_in和pc15
‑
osc32_out引脚之间，pd0
‑
osc_in和pd1
‑
osc_out引脚分别通过电容大小为20pf的电容c17和c18接地，晶振y2连接于pd0
‑
osc_in和pd1
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osc_out引脚之间；主控芯片
u4的nrst引脚连接reset电路，一端通过10k的电阻r12与3.3v电源相连，一端通过开关k1与电容c26并联接地；主控芯片u4的vssa和vdda引脚分别通过电容c11和c12接地与接电感电路，所述电感电路包括并联连接的电感l3、l4、c15、c16，电感电路一端连接3.3v电源，一端接地；主控芯片u4的pa2和pa3引脚连接p1端子的wifi_mcu_rx引脚，pa0、pa1引脚连接端子p10的pa4、pa5引脚，pa4和pa5引脚连接端子p11的pa6、pa7引脚，pa6、pa7引脚连接端子p12的pb0、pb1引脚，pb0引脚连接test电路，所述test电路通过二极管l5以及1k的电阻r18与3.3v电源相连，pb2、vss_1、vdd_1引脚通过电容c14与3.3v电源以及与地相连，vss_3、vdd_3以及boot0通过电容c10与3.3v电源以及与地相连，vss_2、vdd_2引脚通过电容c13与3.3v电源以及与地相连，pa14、pa13引脚连接p6端子的swclk与swdio引脚，pa10、pa9引脚连接端子p9的pa10、pa9引脚，pa8、pb12、pb13、pb14、pb15引脚连接端子p8的pa8、pb12、pb13、pb14、pb15引脚，主控芯片u4的还连接两个稳压器u1、u3，稳压器u1、u3内均包括芯片ht7333以及4个电容，u1一端连接5v电源和端子p13的3.3v_wifi引脚，一端连接地，u3一端连接5v电源和3.3v电源，一端连接地。
40.吊扇控制模块3可以通过第一主控芯片的控制电平，实现对吊扇的无级调速，所述吊扇控制模块3具体电路原理图如图3所示；所述灯光控制模块4可以通过控制mos管控制电路的通断，实现对环境中led灯的亮/灭的控制，所述灯光控制模块4具体电路原理图如图4所示；窗帘控制模块5可以把第一主控芯片2的控制电平转换成控制窗帘电机的电平，实现控制窗帘的开合，所述窗帘控制模块5具体电路原理图如图5所示；继电器控制模块6可以通过固态继电器实现对电路中电流的控制，有效控制电流16a，所述继电器控制模块6具体电路原理图如图6所示。此外，本实施例中还包括有电源模块，所述电源模块包括有220v输入接口、三对220v以及八个5v输出接口，可提供220v以及5v的工作电源，所述电源模块具体电路原理图如图7所示。
41.进一步的，所述通讯模块包括lora通讯模块7以及wifi模块8，所述环境采集模块与所述lora通讯模块7连接，所述lora通讯模块7与所述云数据平台1连接，所述空调控制模块、考勤模块以及第一主控芯片2与所述wifi模块8连接，所述wifi模块8与所述云数据平台1连接。
42.进一步的，所述环境采集模块包括第二主控芯片9、温湿度传感器10、光照强度传感器11以及线性稳压器12，所述第二主控芯片9与所述温湿度传感器10、光照强度传感器11以及线性稳压器12连接，所述第二主控芯片9与所述lora通讯模块7连接。
43.本实施例中，通讯模块包括有lora通讯模块7以及wifi模块8两种，其中，环境采集模块与lora通讯模块7连接，在具体使用过程中，环境采集模块可以由lora通讯模块7通过lora网关将采集到的温湿度以及光照强度等环境数据传输至云数据平台1上。lora通讯是lpwan通信技术中的一种，是一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，可最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本，具有节能与低耗的优点。而电器设备控制模块中的各类具体的电器设备控制，由于对传输时延有一定要求，故选择wifi模块8作为通讯模块与云数据平台1进行通信，可有效降低时延，提高信息传输效率。具体的，本实施例中，所述第二主控芯片9型号为stc11l04e，所述温湿度传感器10型号为dht21，所述光照强度传感器11型号为gy
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30，所述线性稳压器为ldo线性稳压器，所述wifi模块具体电路原理图如图11所示。
44.进一步的，所述空调控制模块包括第三主控芯片13、红外遥控芯片14以及若干红外二极管15，如十二个红外二极管15，所述第三主控芯片13与所述红外遥控芯片14连接，所述红外遥控芯片14与所述红外二极管15连接，所述第三主控芯片13与所述wifi模块8连接。
45.进一步的，所述空调控制模块还包括上pcb板、下pcb板以及若干红外发射板，如六块红外发射板，所述上pcb板安装于所述下pcb板上方，所述六块红外发射板安装于所述上pcb板上方，呈六边形排列；所述红外遥控芯片14及其外围电路安装于所述上pcb板内，所述第三主控芯片13及其外围电路安装于所述下pcb板内，所述十二个红外二极管15均匀安装于所述六块红外发射板上，每块红外发射板上安装有两个红外二极管15，所述红外二极管朝向所述红外发射板排列形成的六边形的外侧。
46.本实施例中，空调控制模块的工作原理为：第三主控芯片13通过wifi模块8接收云数据平台1的控制指令，进行解析之后，将相关控制指令发送给红外遥控芯片14，而红外遥控芯片14将接收到的控制指令进行解码，解码之后，驱动红外二极管15发射控制空调的红外信号，实现空调遥控控制功能。
47.具体的，本实施例中，所述第三主控芯片13型号为stm32f103c8t，所述第三主控芯片13及其外围电路的电路原理图如图8所示，电路图中，主要包括红外芯片u1、稳压器u2、稳压器u4、稳压器u5、第三主控芯片u3，端子p1
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p10。其中，第三主控芯片u3中，osc32_in和osc32_out以及osc_in和osc_out引脚分别连接晶振y2和y3电路osc32_in和osc32_out引脚分别通过电容大小为6pf的电容c18和c19接地，晶振y2连接于osc32_in和osc32_out引脚之间，osc_in和
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osc_out引脚分别通过电容大小为20pf的电容c20和c21接地，晶振y3连接于osc_in和
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osc_out引脚之间；主控芯片u3的nrst引脚连接reset电路，一端通过10k的电阻r12与3.3v电源相连，一端通过开关k1与电容c26并联接地；主控芯片u4的vssa和vdda引脚分别通过电容c11和c12接地与接电感电路，所述电感电路包括并联连接的电感l3、l4、c15、c16，电感电路一端连接3.3v电源，一端接地；主控芯片u4的pa2和pa3引脚连接p1端子的wifi_mcu_rx引脚，pa0、pa1引脚连接端子p10的pa4、pa5引脚，pa4和pa5引脚连接端子p11的pa6、pa7引脚，pa6、pa7引脚连接端子p12的pb0、pb1引脚，pb0引脚连接test电路，所述test电路通过二极管l4以及1k的电阻r11与3.3v电源相连，pb2、vss_1、vdd_1引脚通过电容c14与3.3v电源以及与地相连，vss_3、vdd_3以及boot0通过电容c10与3.3v电源以及与地相连，vss_2、vdd_2引脚通过电容c13与3.3v电源以及与地相连，pa14、pa13引脚连接p10端子的swclk与swdio引脚，pa10、pa9引脚连接红外芯片u1的xk_tx、xk_rx引脚。红外芯片u1中，xin、xout引脚连接晶振y1电路，xin、xout引脚通过电容大小为20pf的电容c20和c21接地，晶振y1连接于osc_in和
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osc_out引脚之间，pc1引脚与端子p2
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p7的ir引脚相连。
48.所述红外遥控芯片14及其外围电路的电路原理图如图9所示，安装有所述两个红外二极管15的红外发射板的电路原理图如10所示，图10中电路具体包括有两个红外二极管的两条相同的支路，每条支路上均连接有一个led红外二极管15，以及两个电阻和一个三极管。
49.此外，本实施例中，将第三主控芯片13及红外遥控芯片14分别安装在上下分层设置的上pcb板及下pcb板内部，可有效节省pcb面积，减少空调控制模块体积。同时，红外二极管15安装在红外发射板上，红外发射板围绕排列成六边形，可有效实现水平方向上的360
°
全范围红外遥控覆盖，在竖直方向上，可以通过手动调整红外二极管15的间距与角度，提高
竖直方向的红外遥控范围。
50.进一步的，所述考勤模块包括第四主控芯片16以及人体红外模块17，所述第四主控芯片16与所述人体红外模块17连接，所述第四主控芯片16与所述wifi模块8连接。
51.本实施例中，考勤模块的人体红外模块17可以实时捕获当前环境内人体散发的红外信号，并将捕获的红外信号发送给第四主控芯片16，第四主控芯片16可以通过接收到的红外信号判断当前环境内是否有人以及人数的多少。其中，第四主控芯片16可以通过wifi模块8与云数据平台1进行通信，在云数据平台1内进行计时，判断在规定的时间段内当前环境内是否有人以及人数的多少，从而实现考勤功能，以及，在当前环境无人的情况下，第四主控芯片16可以通过wifi模块8与云数据平台1进行通信，通过云数据平台1关闭当前环境内的各种电器设备，避免造成能源浪费。此外，本实施例中考勤模块还可以作为安防模块使用，例如，在当前环境本应该无人的情况下，人体红外模块17却捕获到红外信号，则该环境可能出现盗贼等情况，云数据平台1可以发出预警或其他提示。本实施例中，所述第四主控芯片16型号为stc12c5a60s2。
52.进一步的，所述物联网基础控制系统还包括终端显示及控制模块18，所述终端显示及控制模块18用于与所述云数据平台1进行通信，实现电器设备的控制。
53.本实施例中，所述终端显示及控制模块18可以包括有电脑网页或手机app等移动终端装备，所述终端显示及控制模块18可以与所述云数据平台1进行通信，可实时查看环境状态或电器设备的使用状态，或实现远程控制等功能，可以给使用者带来了更好更方便的使用体验。
54.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。