概括：
为了解决空调耗电量大、管理不当会浪费大量电能的问题，达到节约电能的目的，设计了一种基于物联网的空调智能控制系统。物联网云平台。 整个系统分为手机APP客户端、机智云物联网平台和基于STM32的智能空调控制终端三部分； 智能空调控制终端模块实时采集周围环境的温湿度数据，通过STM32单片机处理数据，然后通过模块发送至手机。 用户还可以使用手机APP
在手机上更改相关设置，然后从手机发送到云平台。 最后云平台通过WIFI网络发送给模块，实现空调的远程控制功能；
实验结果表明，该系统能够实时监测环境温湿度数据，有效控制空调的合理使用，控制成功率达到100%。 它可以创造一个舒适的生活和工作环境，而不产生浪费。 适用于多种空调品牌，具有较高的性能。 实用价值高。
介绍
家用智能空调是智能家居的重要组成部分。 智能家居是在物联网背景下提出的。 家庭常用的设备，如网络电视、电风扇、地暖、空调、冰箱、微波炉、智能灯等，通过物联网技术组合在一起，连接到网络，形成智能家居。人们经常提到。 智能家居集开关控制、手机远程控制、室内外远程控制、防盗报警、室内外环境监控、红外转发、未来可编程开发扩展等多种功能于一体。 与传统家居相比，智能家居不仅具备过去设备的全部功能，还拓展了家庭设备自动化、信息化的优势，为用户提供与设备全方位的信息交互功能，同时还减少了大量的能源消耗[1-3]。
然而，由于各种物联网设备以及所使用的通信协议种类繁多，常用的通信方式有串口、WIFI、3G、4G、并口等，这使得物联网应用的开发变得异常复杂，需要使用多种编程语言和技术。 导致应用程序很难达到传统软件的可维护性和可扩展性。 同时，设备监控数据的自动传输和执行动作的下发也存在困难。 因此，简化物联网应用开发的关键技术势在必行。
智能家居空调控制系统是在智能家居物联网的背景下应运而生的。 目前，大多数老式普通家庭仍然使用红外遥控器，通过发送信号来控制空调。 然而，很多家庭都面临着遥控器过多、遥控器失灵、找不到遥控器等问题，造成了很多麻烦。 随着科学技术的发展，一些厂家发明了红外发射器来解决此类问题。 只要将红外发射器插入手机，就可以控制家电。 但此类问题产品也存在明显的局限性。 控制距离过短的问题尤为突出。 另外，随时随身携带也特别麻烦[4]。
目前，家电市场已有多家企业推出智能空调[5]。 实现原理一般采用单片机作为控制芯片，内置无线通信模块（如WIFI）与控制平台进行通信。 该方法需要内置无线通讯模块，仅适用于新生产的新型号空调，无法控制旧型号的普通空调。
针对上述红外空调智能控制距离短、新型空调成本高以及物联网技术等原因，本文提出一种实现虚拟服务虚拟设备和外置智能空调的方法使用手机APP作为客户端，通过网络连接云平台进行控制。 终端可实现普通空调的远程控制。 本文的空调智能控制系统是基于STM32主控中心、WIFI技术和机智云平台设计的。 关键技术是使用Keil MDK5软件进行编程，实现机智云平台的SDK和API服务，实现三部分的通信连接，并集成新的服务器平台用于物联网应用开发，简化了机智云平台的开发过程。降低物联网应用开发的复杂性，加快物联网应用的开发效率，提高应用的可维护性、可升级性和可扩展性。
1 系统结构及原理
基于智能控制系统的整体功能分析，系统分为以下几个部分进行模块化设计，首先是温湿度数据采集模块，然后是按钮控制显示模块，最后是WIFI网络通信模块。 温湿度数据采集模块采集当前环境数据信息并发送给中央处理器。 处理器读取信息，然后将其发送到LCD模块进行显示。 按钮分别控制空调的温度、风速和模式。 当按钮被按下时，处理器接收信号并进行信号识别，然后将信息发送到液晶模块进行显示。 当单片机接收到数据信息时，单片机也会通过WIFI网络将数据信息发送到机智云平台，机智云平台再将数据信息发送到手机APP。 系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
机智云AIoT开发平台是为个人或企业开发者提供的一站式智能硬件开发及云服务平台。 平台提供产品定义、应用开发、硬件设备开发调试、云开发、运营管理、数据服务、产品测试等能力，覆盖智能硬件接入运营管理的全生命周期。 机智云物联网平台为开发者提供了很多帮助，其中自助开发工具和开放云平台对开发者的帮助最大。 开发人员在开发硬件网络时，往往会停留在相关应用程序的开发上。 因此，以前只有一些技术经验丰富的技术人员才能开发硬件联网。
针对此类问题，机智云为开发者提供了完整的SDK和API服务。 开发者只需下载并直接使用即可。 这不仅大大降低了开发者的技术门槛，也大大缩短了研发周期，减少了开发时间。 开发者在软件开发等方面所花费的精力，为未来智能硬件的升级提供了大量宝贵的精力[6-8]。
机智云开发者平台为开发者提供固件包，分为MCU和MCU两部分。 MCU部分直接与硬件设备通信。 也就是说，我们将代码烧录到MCU中，通过相应的程序进行编程。 实现对硬件的控制； 不过相当于机智云给我们的WIFI模块提供的固件包。 其作用分为两个方面。 一方面，提供了一些硬件模块，具有配置网络接入或者绑定手机功能的功能； 另一方面，它为手机提供功能，通过与云端和硬件信息交互来控制硬件或提供帮助。
机智云为用户提供丰富的云服务功能。 开发者可以在机智云服务平台上进行用户注册与登录、设备注册与注销、设备绑定与解绑等操作。 机智云的配置文件服务器可以为开发的设备提供数据点定义和配置。 当硬件设备发送二进制数据时，SDK和云服务可以通过这种方式解码数据配置文件并解析上传的数据。 当云端下发对应的数据点键值对时，SDK和云服务通过数据配置文件将其编码为二进制数据，然后将二进制数据传输到设备，再由设备内部处理，实现控制设备的效果[9-12]。
2、物联网云平台空调智能控制硬件设计
2.1 硬件电路设计
2.1.1 最小微控制器系统
市场上的单片机种类很多，比如最常见的8051单片机、STM32单片机、TMS单片机、系列单片机等，51单片机和STM32单片机是高校最常用的两种单片机。 本工作采用STM32单片机作为主控芯片。 它具有性能高、外设丰富合理、功耗低等优点，除了自身的优势外安卓红外遥控器源代码，还有强大的软件支持，即丰富的软件包、全面丰富的技术文档，并积累了丰富的软件支持。大量的用户群体[13-14]。
本文采用最小的系统板，作为本设计的中央处理器，通过PB9端口接收DHT11温湿度检测模块的检测数据。 单片机的I/O模拟SPI连接方式，PB5~PB8连接OLED液晶显示屏的模块引脚。 将PA2和PA3连接到模块的RX和TX端口，实现数据互通。 按键开关直接连接到最小系统板的PB11~PB14端口，单片机接收低电平信号并处理内部数据。
2.1.2 按键电路
OLED又称有机发光半导体，具有发光效率高、亮度高的特点。 广泛应用于MP3、智能手表、智能汽车摄像头图像实时显示、电池管理仪器、工控手柄、便携式医疗仪器等产品。 OLED引脚定义如表所示。 OLED的GND引脚一般直接连接电源地，VCC引脚连接电源模块的3.3V电源端口，SCL引脚连接STM32单片机的CLK时钟端口，SDA引脚连接接MOSI数据口，RST引脚一般接单片机的复位。 端口，D/C引脚一般用于接收单片机传来的数据或命令。 从SCL引脚到D/C引脚，均处于高电平有效。 OLED液晶显示电路图如图2所示。
OLED模块的分辨率为128*64，编程显示16*16点阵以供使用。 该模块采用SPI接口。 通过研究GPIO模拟SPI的时序图，不难发现模拟SPI通信协议实际上是内部的。 芯片写入一个字节信号。 该字节包含命令和数据信息。 通过编程只能将数据写入到OLED模块内部，不支持读取数据，所以只需要写入SPI发送到OLED即可。
图2 OLED液晶显示电路
2.1.4 温湿度检测
DHT11数字传感器是一款温湿度复合传感器。 它基于高性能温度和湿度传感元件。 它包括电容式湿度传感元件和高精度集成温度测量元件，并与高性能8位微控制器相连接。 该传感器的数字信号已经过校准，用户无需担心。 该产品的温湿度测量精度得到用户认可，因此常用于测试设备、记录仪、医疗产品等。
DHT11传感器可以测量温度和湿度，因此其数据精度不如一些用于测量单一数据信息的传感器。 与它们相比，温湿度测量结果的准确度要差很多。 DHT11数字温湿度传感器的工作电压在3.3~5V之间。数据端口还带有上拉电阻。 模块设有固定螺丝孔，方便用户连接。 引脚1是数据引脚，也是STM32的I。 /O口连接，2脚连接电源模块的3.3V电源，3脚接地。 引脚接线电路图如图3所示。
图3 DHT11引脚接线电路
采用DHT11温湿度传感器作为采集模块。 使用方法是：首先总线下拉电平18ms，然后通过上拉电阻将总线上拉，传感器设置延时30μs。 其次判断所连接的STM32单片机GPIO口是否有相应的低电平响应，响应后80μs STM32的GPIO口发送高电平。 当发射高电平时，80μs后传感器进入数据采集状态和验证阶段。
2.1.5 通讯模块
本系统采用WIFI模块实现硬件与手机APP之间的通信。 市场上有很多不错的WIFI模块产品，最终决定选择一款开发板。 选择WIFI开发板的主要原因是该开发板的主模块为ESP-12F，串口芯片型号为。 最重要的原因是它支持Lua开发方式。 虽然本设计中没有使用过这种开发方式，但是如果使用这种开发方式就可以不再使用STM32核心处理器，而是直接将开发板的D1引脚连接到OLED液晶屏的SDA引脚，将D2引脚连接到OLED液晶屏SCL引脚，3V接3.3伏电源，GND接电源地。 因此，选择该开发板是为了为以后的硬件升级打下一定的基础[15]。
ESP-12F由安信科技开发。 该模块的核心处理器在更小的尺寸封装中集成了业界领先的L106超低功耗32位微型MCU，采用16位精简模式。 ESP-12F 是 ESP-12 的增强版，无论是工艺还是电路都比上一代有了很大的进步。 在稳定性和抗干扰性方面表现得极为出色。 PCB天线经过专业实验室测试。 ，也已通过ROHS认证。 ESP-12F 在原有基础上增加了 6 个 IO 口，由 SPI 口引出。 对于开发者来说，开发也更加方便。 一方面可以通过IO口直接与STM32单片机进行通信。 交流。
另一方面，通信工作模式分为STA模式、AP模式和STA+AP模式，内部包含TCP/IP协议，从而通过WIFI网络和串口实现云平台之间的数据传输[16] -18]。
本设计基于机智云平台。 选择相应的功能后，机智云平台会自动生成相应的SDK，无需关注其内部协议处理问题，极大方便了开发。 WIFI模块的开发设计主要包括配置处理、数据上报、数据分发。 其他软件程序由机智云平台自动生成，可结合软件开发手册调用。
本设计直接使用WIFI模块开发板。 开发板原理图如图4所示。由于系统采用STM32作为核心处理器，因此该模块只需要使用RX端口和TX端口，其余端口保留用于将来的升级。 。 将WIFI模块开发板的3V3和GND引脚分别连接到电源模块的3.3V电源端和接地端。 RX引脚和TX引脚分别连接到STM32开发板的PA2引脚和PA3引脚。 通过这两个引脚可以相互传输信息。
图4 WIFI模块电路
2.2 软件设计
控制流程如图5所示。空调设备通电后，控制器通过无线网络连接远程服务器机智云平台。 手机APP运行时将设备的唯一识别码和状态信息发送到服务器。 云平台接收到信息后，进行数据分析。 处理、查询设备对应的数据信息编码指令。 WIFI模块在配置过程中有两种接入模式，即模式和模式。 当通过程序设置WIFI模块处于模式时，WIFI模块会通过WTFI网络不断接收特定编码的WIFI广播包。 当手机连接到已连接的WIFI网络时，手机会自动广播。 广播内容为手机APP（如Demo APP）发送的内部编码的WIFI网络SSID和密码。
WIFI模块接收到广播内容后，自动尝试连接对应的WIFI网络。 连接成功后，相应的配置就完成了。 当WIFI模块处于AP模式时，WIFI模块本身就相当于一个热点。 您可以通过手机的机智云APP直接连接WIFI模块。 手机APP通过内部数据信息处理，将可用的WIFI网络SSID和密码发送给WIFI模块。 当WIFI模块收到手机发送的配置信息后，会自动继续。 尝试连接对应的路由器。 当WIFI模块显示连接成功时，设备将自动跳转到正常工作模式。 如果有指令发送回控制器，控制器接收指令并通过手机APP完成对空调设备的控制。
图5 控制工程流程图
2.2.1 STM32驱动设计
2.2.1.1 时钟初始化
系统时钟使用系统节拍定时器进行初始化。 函数中的RCC-是结构函数。 该结构包含时钟源。 RCC-函数以结构体的形式定义总线时钟的配置。 总线时钟一般选自内部使能系统时钟。 本程序中使用外部时钟源HSE的8 MHz晶振。 通过代码运算，将频率乘以9，得到72 MHz的系统主时钟。
通过分频，APB1 的总时钟为 36 MHz，而 APB2 和 AHB 均为 72 MHz：本模块实现了 1 ms 的延时，由 HAL-RCC-()/1 000 分配，使系统可以达到1ms中断，则将内部参数定义为1ms。 这用于实现系统滴答定时器的初始配置。
2.2.1.2 串口模块初始化
在STM32程序的串口通信中，必须包含串口初始化程序。 首先，必须设置波特率。 只有相同的波特率才能实现相互通信。 相同波特率下每秒传输的数据位数是相同的。 ，数据传输是按照一个字符一个字符的顺序传输的。 一个字符的传输以起始位开始，以停止位结束。 当系统判断出起始位和停止位时，表明一个字符传输成功。 下面的串口初始化程序显示选择异步通信方式，则相应的波特率设置为115 200 Bits/s，数据长度设置为8 Bit。
2.2.1.3 按键模块初始化
关键的初始化函数是()。 该函数定义了两个按键对应的I/0端口。 程序通过读取函数的输入值来判断按钮1和按钮2是长按还是短按。
2.2.2 OLED液晶显示模块编程
关键的初始化函数是()。 该函数定义了两个按键对应的I/0端口。 程序通过读取函数的输入值来判断按钮1和按钮2是长按还是短按。
2.2.2 OLED液晶显示模块编程
OLED模块的分辨率为128*64，编程显示16*16点阵，供本系统使用。 该模块采用SPI接口方式。 通过研究GPIO模拟SPI的时序图，不难发现，模拟SPI通信协议实际上是向内部芯片写入一个字节信号。 该字节包含命令和数据信息。 通过编程只能将数据写入到OLED模块内部，不支持读取数据的功能，所以只需写入SPI发送到OLED即可。 能。
2.2.3 数据采集模块程序设计
采用DHT11温湿度传感器作为采集模块。 本课题研究了其相应的工作原理，得出一般的软件流程为：首先将总线拉低18 ms，然后通过上拉电阻将总线拉高，并将传感器设置延迟为30 μs然后判断所连接的STM32单片机GPIO口是否有相应的低电平响应。 如果有响应，响应后GPIO口80会输出高电平。 当发射高电平时，80μs后传感器进入数据采集状态。
2.2.4 WIFI程序模块设计
WIFI模块在配置过程中有两种接入模式，即模式和模式。 当WIFI模块通过程序处于模式时，WIFI模块会通过WIFI网络不断接收特定编码的WIFI广播包。 当手机连接互联网时，连接WIFI网络时，手机会自动广播。 广播内容为手机APP（如Demo APP）发送内码后的WIFI网络SSID和密码。 WIFI模块接收到广播内容后，自动尝试连接对应的WIFI网络。 ，当显示连接成功时，则对应配对的配置完成。
当WIFI模块处于APP模式时，WIFI模块本身就相当于一个热点。 我们可以通过手机的机智云APP直接连接WIFI模块。 通过内部数据信息处理，手机APP会发送可用的WIFI网络SSD和密码。 对于WIFI模块来说，当WIFI模块接收到手机发来的配置信息时，会自动持续尝试连接对应的路由器。 当WIFI模块显示连接成功后，设备将自动跳转到正常工作模式。
2.2.5 STM32软件编程
STM32是本设计的核心枢纽。 无论是直接控制空调的几个设置，还是在手机上显示数据，STM32都要不断检测是否有信号输入。 当STM32检测到对应按键串口有低电平输入时，STM32内部处理发送至OLED模块进行显示。 系统上电后，STM32不断向温湿度传感器发送检测信号，经STM32处理后发送至OLED显示屏并通过WIFI模块发送至机智云平台，再发送至用户手机APP通过机智云物联网开发平台。
控制工程流程如图5所示，远程管理与数据分析系统功能流程如图6所示。首先使用手机APP提前设置空调的相关参数，然后启用设备数据分析功能。 该功能可以实时存储和保存空调的状态数据。 同时可以与预先设置的空调状态变量进行比较分析，判断空调状态是开启还是关闭。 关闭时，根据需要生成控制指令调节空调温度，根据需要生成报警信息并发送给控制器，同时通知管理员。 同时，根据整个控制过程中记录的设备状态信息，对空调运行状态等信息进行综合分析，了解系统在节能控制方面的效益。
图6 远程管理及数据分析流程图
为了实现真正的远程控制，选择将物理硬件系统连接到物联网云平台。 在云平台注册开发者账号。 注册完成后，您可以开始创建新任务。 第一步是创建智能空调的基本信息。
第二步是创建该系统功能所需的数据点。
第三步，下载生成的APP源码（可以自己更改源码）并生成APP。
3 系统安装调试结果
3.1 硬件说明
1）连接电源；
2）如果WIFI模块之前已经连接过网络，则打开电源后，WIFI模块会自动连接网络，整个系统处于工作状态。 如果您之前没有连接过WIFI，则只需在手机上配置WIFI模块即可。
3.2 软件使用说明
1）使用云平台生成的APP源码生成机智云示例APP，并将APP安装到手机上。
2）进入APP点击一键配置->输入您的WIFI名称和密码->选择WIFI模块的型号->根据提示按下网络配置按钮->等待网络配置成功- > 网络配置成功后显示设备在线，流程如下： ① 一键配置； ② 输入WIFI密码； ③ 选择WIFI模块型号； ④ 搜索已连接的设备； ⑤ 网络配置成功； ⑥ 设备控制接口。 （顺序是从左到右，从上到下）
连接成功后，可以远程控制空调、远程开关空调、远程监控家庭环境温湿度、远程选择空调模式、远程设置空调温度； 此外，该空调还具有智能控制模式。 当温度超过设定阈值时，空调可以自动开启制冷或制热； 空调还保留了手动控制方式，可以通过按钮控制空调的各种参数和模式。
3.3 测试
系统测试时选择模拟空调回路作为测试对象。 与此同时，手机上打开了机智云APP。 家用空调智能控制系统的设计包括空调模式、风速和温度的控制。 环境温度和湿度也同时显示在OLED屏幕上。 智能家居控制系统可以分为两个方面：硬件控制系统和远程控制系统。 在进行实验调试之前，需要安装软件平台keil MDK5。 keil MDK5用于编写和调试代码，并将代码烧录到STM32最小系统板。 在keil MDK5中编写代码，并选择设备。 最后检查编译是否成功结束。 具体步骤如下。
步骤1：基于keil软件和面包板搭建的临时电路，按照基本要求实施测试；
第二步：先安装好元件后，焊接电路，并用万用表测试电路是否正确连接，确保没有焊接问题、漏焊、焊接错误，然后安装集成芯片。 这样可以防止集成芯片因电压过高而烧坏；
第三步：检查连接正确后，加载程序，调试，运行；
图7 系统界面图
首先，进行硬件系统控制：当按下红色按钮时，可以改变模式； 当按下绿色按钮时，可以改变风速； 当按下蓝色按钮时，可以升高温度； 当按下黄色按钮时，可以将温度调节为低温。
其次，进行远程控制：在选择模式栏时，可以选择想要设置的模式，显示屏也可以显示。 选择风速列时，您可以选择要设置的风速，并且显示屏将显示在手机上。 显示一定的风速。 拉动温度条时，显示屏可以根据设定值显示温度。 手机界面还将实时显示环境温度和湿度的变化。
首先，通过程序进行分析，获得了空调遥控器的代码。 其根据编码模式的组成为：表1模式编码，该编码分别编码自动，冷却，加湿，空气供应和加热的五个工作模式。 表2分别显示了风速模式。 代码自动，第一级，第二级和第三级。 表3显示了温度编码，分别对温度范围进行了编码。
检查代码= [（模式1）+（温度-16）+5+左右扫描]，将十六进制的数字转换为二进制数，保留最后4位数字，然后以相反的顺序进行值； 生成检查代码后，根据程序编码，不同的编码可以控制空调的各种操作状态，以调节室内温度和湿度，以达到人体舒适的状态。
表1模式编码
表2风速编码
表3温度编码
表4是系统测试运行状态数据表。 其中，入口温度，出口温度，人员状态，状态和时间分别代表进气温，空气出口温度，人体传感器返回数据，空调的运行状态以及运营时间。 有两种表达人事身份的方法，0意味着没有人，1表示有人。 有两个空调的操作状态，H表示供暖状态，C代表冷却状态。 可以用时间（单位：分钟）表达房间长时间空闲时间的时间长度。 通常，预设时间为15分钟。 当没有人在房间里呆多于这段时间时，系统将发出警报消息并自动关闭空调。 实验结果表明，智能空调控制系统可以实时收集周围环境的温度和湿度数据，服务器通常可以接收传输状态信息，并且用户可以通过云发送的信息来控制空调器平台系统控制，并且操作相对稳定，并且成功率的控制率达到100％。
表4系统测试操作数据
4。结论
本文基于物联网云平台实现了对空调的智能控制。 智能空调控制终端模块实时收集周围环境的温度和湿度数据。 它使用STM32微控制器作为硬件控制中心，并将WiFi技术与云平台相结合，以连接到家庭空调以进行遥控。 手机可以实时显示室温和湿度。 在炎热的夏季或寒冷的冬天，您可以在回家之前通过移动应用程序调整空调。 这样，您就可以在回家后立即平静自己的心脏，而不必再等待室温下降。 您不必再担心无法找到遥控器或遥控器没有电源，甚至不必担心忘记离开工作后在家中关闭空调。
该系统可以实时监视环境温度和湿度数据，并有效控制空调的合理使用。 控制成功率达到100％。 它可以创造一个舒适的生活环境而不会造成浪费。 它适用于各种空调品牌，并且具有很高的实用价值。 。 同时，该设计的关键技术是使用软件与Keil MDK5编程，以实现 Cloud平台的SDK和API服务，实现这三个部分的通信连接，并将新服务器平台应用于物联网的应用程序开发，简化了物联网应用程序的开发。 复杂性加快了物联网应用的发展效率，并提高了应用程序的可维护性，升级性和可扩展性。
首先，对于将来的发展，智能控制系统需要不断改进。 随着各种家用空调的发布，它可以与更多的空调设备相关联，以满足更多用户的不同需求。 人们对WiFi技术的使用不仅可以帮助人们不再担心复杂的布线安卓红外遥控器源代码，还可以帮助人们节省布线空间[19-20]。
