由開發者分享的一套實驗臺控制設計系統，將STC15微控制器和物聯網相結合，以繼電器為執行末端，實驗室溫度由DS18B20測出傳送給IAP15W4K58S4微控制器，配合esp8266-12F物聯網模組，透過機智雲物聯網平臺與手機App機智雲連線，實現實驗臺電源狀態和實時室溫的資訊傳遞。實驗室管理員透過遠端線上方式可實時查。
在各種災害中，火災是威脅公眾安全和社會發展的最主要災害之一，很多用電裝置常出現不能及時斷電的問題，存在較大火災隱患和電能浪費。在家電裝置控制方面，物聯網的應用取得了很多研究成果，市場上有很多智慧控制產品，而對於物聯網在實驗室用電裝置智慧控制方面的應用則鮮有研究。
目前，很多實驗室仍透過管理員人工巡查的方式來管理實驗室用電裝置，這不僅給管理員帶來了繁重的工作，還存在人為因素導致的管理隱患。基於此，本文設計了一套實驗臺控制系統。
系統設計概述
控制系統框圖
IAP 15W4K58S 4微控制器
IAP15W4K58S4微控制器為功能增強型8051CPU晶片，具有1 T的單位時鐘/連續機器工作週期，其連續執行工作速度比普通8051CPU晶片快8～12倍，片內的EEPROM擦寫可達10萬次以上，工作時頻率為5～30 MHz。
ES P 8266-12F Wi-Fi模組
考慮到本設計需要的記憶體空間比較大，雲傳輸資料量較大，選用ESP8266-12F Wi-Fi模組。該模組採用3。3 V單電源供電，採用樂鑫ESP8266原裝晶片，在較小尺寸封裝中集成了業界領先的超低功耗32位微型MCU，同時也集成了Wi-Fi、板載天線。
ESP8266晶片連線網際網路，實現硬體裝置遠端控制，模組初始的模式是STA+AP模式，不需要更改ESP8266晶片工作模式。連線機智雲物聯網平臺前，需要登入樂鑫官網下載ESP8266晶片使用機智雲的韌體，將韌體寫入ESP8266-12F模組。
將焊接好轉接板的ESP8266-12F接在微控制器上，模組作為一個網路傳輸晶片，透過串列埠轉Wi-Fi把微控制器和手機連線起來。ESP8266-12F與微控制器連線圖如圖2所示。
ESP8266-12F與微控制器連線圖
LCD12864顯示模組
LCD12864液晶顯示有帶字型檔和不帶字型檔兩種，本設計選用帶字型檔的LCD12864，程式設計時直接呼叫字型檔裡的字即可，能提高程式執行效率和系統執行速度，以免程式執行時佔用過多的ROM。LCD12864液晶顯示屏有並行模式和序列模式，可以透過PSB引腳進行切換。序列速度相對較慢，佔用I/O口少；並行相對速度快，佔用I/O口多。本設計選用LCD12864液晶顯示屏並行執行模式。LCD12864液晶顯示模組接線圖如圖3所示。
DS 18B20測溫模組
DS18B20是常用數字溫度感測器，具有體積小、硬體開銷低、抗干擾能力強、精度高的特點，內部有溫度上、下限告警設定，溫度測量範圍在-55～125℃，每個器件上都有獨一無二的序列號，只需要一個埠即可實現通訊［2］，輸出數字訊號，實際測溫中可實現直接測溫。DS18B20的2號引腳是通訊引腳，需外接上拉電阻將其拉為高電平。DS18B20測溫模組電路如圖4所示。
1。5 繼電器模組
4路繼電器工作電壓選為5 V，微控制器埠P4工作模式配置為強推輓輸出，吸合對應繼電器，模組輸出常開最大負載為交流250 V/10A，實現弱電控制強電，介面直接透過接線端子引出，方便實現控制要求。
獨立按鍵模組
本設計主要使用2×4獨立按鍵的K1、K2、K3和K4四個按鍵，K1、K2、K3和K4分別連線微控制器的P44、P45、P46和P47口，GND與微控制器共地，每個按鍵單獨佔用一個單獨GPIO口，不會影響其他GPIO口狀態。獨立按鍵模組電路原理圖如圖4所示，該電路配置靈活，軟體結構簡單。
DS18B20測溫模組電路
獨立按鍵模組電路
系統主程式流程
程式開始執行後，系統所有模組初始化，機智雲物聯網平臺連線協議初始化，所有繼電器都處於斷開狀態，LCD12864螢幕亮並進入開機介面，開始檢測按鍵，如果檢測到按鍵被按下，相對應繼電器吸合，微控制器透過ESP8266-12F Wi-Fi模組將工作臺電源工作狀態變化傳送到機智云云端，工作臺電源狀態同步更新到手機App，手機App上該繼電器的狀態會顯示該繼電器已經開啟。
DS18B20把所測實時溫度傳送到微控制器，微控制器透過LCD12864液晶模組將溫度顯示出來，同時將溫度資訊傳送到ESP8266-12F Wi-Fi模組，透過機智云云端更新到手機App。
手機上可以透過控制介面監視實驗臺電源工作狀態，並可在手機上進行控制操作，把命令透過雲平臺傳送給ESP8266-12F Wi-Fi模組，與微控制器通訊後，傳送給微控制器控制對應繼電器吸合或斷開。系統軟體主程式流程圖如圖5所示。
系統主程式流程圖
結語
本文從實際出發設計了一套實驗臺控制系統，採用IAP15W4K58S4微控制器控制繼電器來模擬控制實驗臺，可以在現場使用按鍵或遠端使用手機App控制實驗臺電源，在手機上遠端檢視實驗臺電源的狀態，實驗室管理員還可透過手機App檢視實驗室室溫，及時發現火災。實驗室管理員不需要總是到現場巡查，降低了管理員的工作量，不管距離有多麼遙遠，只要手機可以上網，都可在App上進行實驗臺遠端監視和控制。