基于云服务的泡茶机智能控制器设计

２０１７年ｌ２月　

第３８卷第６期　

南昌师范学院学报（综合）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ）　

Ｄｅｃ．２０１７　

Ｖ０１．３８　Ｎｏ．６　

基于云服务的泡茶机智能控制器设计　

丁倩雯　

（无锡科技职业学院电子技术学院，江苏无锡２１４０２８）　

摘要：　随着智能手机、物联网和云服务的技术融合，家庭的智能化已成为了一种发展趋势。以泡茶机的功能　

控制为切入点，设计了一种基于云服务平台的智能控制器。主要包括单片机智能控制器的设计和设备的云平台　

接入，最终实现通过手机ＡＰＰ对泡茶机的各项功能控制。以自动泡茶机智能控制器开发为基础，为研究基于云服　

务平台的控制器在智能家居中的应用奠定了坚实的基础。　

关键词：云服务；单片机；智能控制　

中图分类号：ＴＮ９９　文献标识码：Ａ　文章编号：２０９５—８１０２【２０１７）０６—０ｏ３３～ｏ４　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｅａ－ｍａｋｉｎｇ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｕｐｏｎ　ｔｈｅ　Ｃｌｏｕｄ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｈａｆｆｏｒｍ　

ＤＩＮＧ　Ｏｉａｎ．．ｗｅｎ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｘｉ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｘｉ　２１４０２８，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｍａｌｔ　ｐｈｏｎｅｓ，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　ｔｈｉｎｇｓ　ａｎｄ　ｃｌｏｕｄ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　ｏｆ　

ｆａｍｉｌｉｅｓ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ａ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｅｎｄｅｎｃｙ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａ　ｓｍａｒｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｌｏｕｄ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉｓ　ｄｅ－　

ｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅａ—ｍａｋｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ．Ｉｔ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＭＣＵ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎ—　

ｔｒｏｌｌｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｃｃｅｓｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｌｏｕｄ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｉｃｅ，ｆｉｎａｌｌｙ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅａ－ｍａｋｉｎｇ　ｍａ－　

ｃｈｉｎｅ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｍｏｂｉｌｅ　ｐｈｏｎｅ　ＡＰＰ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅａ－ｍａｋｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅ　ａｐｐｌｉ—　

ｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅ　ｃｏｎｔｒｔｏｌｌｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｌｏｕｄ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｈａｓ　ｌａｉｄ　ａ　ｓｏｌｉｄ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　

ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｌｏｕｄ　ｓｅｒｖｉｃｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ．　

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｃｌｏｕｄ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ；ＭＣＵ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　

智能家居从上世纪九十年代就已经被提及，经　

过近二十年的发展，在整个智能家居领域已经取得　

了很大的发展，特别是随着智能手机、物联网和云服　

务的快速发展，ＷＩＦＩ互联网技术给智能家居的发展　

带来了全新的产业机会，家庭生活的智能化已经成　

为一种发展趋势。　

随着移动互联网的迅猛发展，给手机产业的发　

人性化和科技化，会极大地促进智能家居业的发展。　

智能家居已经是目前相当热门的产业之一，市　

场上各种智能电视、智能冰箱、智能电饭煲等层出不　

穷。这些智能化产品已经逐步进入人们的生活，为　

生活提供便利。但是如何把这些电器都控制在一　

起，可以一次性控制，而不用一个个去开启或关闭，　

而失去了他们本来的便利的目的。云服务便在此时　

应运而生。智能家居云服务，便是可以将这些终端　

展提供了良好的生态环境。手机ＡＰＰ应用具有更　

好的用户体验，它可以有效地挖掘和聚合网络资源，　

为用户实时提供个性化的信息推送和服务。通过智　

能手机为控制终端，物联网和云服务技术为媒介，用　

户可以轻松地监控和操作家中的各种家用电器，实　

现家居生活的智能化控制。将智能家居系统与移动　

的控制统筹在一起，极大提高了便利性。　

１　设计思路　

目前市面上的泡茶机已经具备相当完备的基本　

功能，如水杯检测、水温控制、水位监测和无水警报　

互联网和手机ＡＰＰ的结合使得智能家居系统更具　

收稿日期：２０１７—０９—１５　

基金项目：无锡科技职业学院校级基金指南项目“基于云服务平台的智能控制器在自动泡茶机中的应用”，编号：ＲＪ１６１６．　

作者简介：丁侍雯（１９８３一），女，江苏宜兴人，硕士，讲师，主要从事单片机、嵌入式、应用电子研究。　

・

３４・　南昌师范学院学报（综合）　２０１７正　

等，但这些功能的控制还是需要用户在现场按下对　

应的按键，智能化和舒适性还远远不够。本项目则　

要在传统的泡茶机现有功能基础上，设计一个智能　

控制板，将泡茶机的所有功能进行集成，并通过无线　

模块将泡茶机与云平台进行连接，用户可以在手机　

ＡＰＰ端对泡茶机进行全部的操作控制，十分适合在　

家庭和办公室中应用，让用户体验人未到，茶已泡好　

的智能化生活。本项目选用低功耗高性能的单片机　

作为主控芯片，对接泡茶机现有的功能模块，实现功　

能的集成化控制，采国内主流的ｗｉ．Ｆｉ模块，根据云　

服务商（机智云）提供的协议与设备端的模组系统　

单片机主控　

ＧＡｇｅｎｔ对接，使设备可快速接人云端。　

Ｉ　

『水　一　

芯　

—＿＿

『一一一　ｌ　

信号灯控制｝　

ｌ　』　

图１控制板功能框图　

２硬件设计　

２．１　主控模块　

图２主控芯片连接图　

Ｃ８０５１Ｆ３４Ｘ系列是完全集成的混合信号片上　

系统性ＭＣＵ，有高速、流水线结构的８０５１兼容的为　

控制器内核，全速在线片内系统调试接口，自带ｌ０　

位２００ｋｓｐｓ的单端／差分ＡＤＣ，带模拟多路器。本项　

目选用了Ｃ８０５１Ｆ３４０型号的芯片，以它为核心，对　

接泡茶机各个功能模块，实现集成控制。　

主控单元的的１０口功能分配如下表：　

表１　单片机１０口功能分配表　

２．２无线网络传输模块　

本项目选取了目前较为常用的ＥＳＰ８２６６—０１，　

这是一款超低功耗的ＵＡＲＴ—ＷｉＦｉ透传模块，可将　

用户的物理设备连接到无线网络上，进行互联网或　

局域网通信，实现联网功能。该模块支持无线８０２．　

１１ｂ／ｇ／ｎ标准，有ＳＴＡ／ＡＰ／ＳＴＡ＋ＡＰ三种工作模式　

可选，内置ＴＣＰ／ＩＰ协议栈，支持多路ＴＣＰ　Ｃｌｉｅｎｔ连　

接，支持ＵＡＲＴ／ＧＰＩＯ数据通信接口。ＥＳＰ一０１模　

块需要加一个３．３Ｖ稳压模块，以保证稳定供电，因　

此在电路中设计了３．３ｖ的稳压电路。　

图３无线传输电路　

第６期　丁倩雯：基于云服务的泡茶机智能控制器设计　

３软件设计与调试　

０ＮＤ　

图４稳压电路　

根据茶壶的工作流程，设计主控流秤：　

２．３水温检测模块　

ｔ　—广　］　

ｉ　ｌ　

砬　簪　

意　

图５水温检测电路　

ＡＤＣ采集测温电阻上的电压计算现有水温，　

ＶＲＥＦ是ＡＤＣ的参考电压。这个电路朋于测量水　

温，参考电压通过运放缓冲后经过Ｒ７和测温电阻　

组成分压电路。　

２．４其他检测模块　

本项目巾还设计了进水检测、出水监测、水杯检　

测和开关检测电路，利用泡茶机现有的传感电路，将　

其连接至单片机ＩＯ端口，根据输入电平的变化检测　

泡茶机的状态，以便程序进行处理。　

专　圭　硅一　

图６进水、出水以及水杯检测电路　

２．５输出控制模块　

泡茶机的输出控制部分也由单片机芯片集成控　

制，由ｌ０　ｕ输出控制电平后经由ＵＬＮ２８０３输出较　

大的控制电流，驱动继电器控制三个抽水泵、保温加　

热、蜂鸣器以及三色信号灯的正常工作，具体的功能　

在程序中进行定义。　

图７输出控制电路　

图８泡茶机工作流程图　

本项目采用机智云提供的云平俞进行远程控　

制，机智云是全球领先的物联网开发平白和物联网　

云服务商。设备接人需要在机智云官方网站的开发　

者中心进行注册，开发者账号，』ＩＪ于产品接人、设备　

管理、ＯＴＡ服务、ＭＣＵ开发等的功能　、　

蹙陆至机智云开发者中心后　后，点击开发者　

中心后台右上角的“创建新产品”菜单，　跳转贞面　

新建一个名为“Ｓｍａｒｔ　Ｔｅａ　Ｍａｃｈｉｎｅ”的产品，选择　

“Ｗｉ—Ｆｉ／移动网络方案”方式接入，并完成产品创　

建第一步。然后设置产品的数据点，数据点是指产　

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３６・　南昌师范学院学报（综合）　２０１７钲　

品具有的功能抽象，用于描述产品功能及其参数，通　

过不同数据类型进行表示。例如最简单的设备“开　

的事件并通知到应用层，开发者只需要在对应的事　

件处理逻辑中添加传感器的控制函数，就可以完成　

产品的开发。使用自动生成的代码开发产品，就不　

必再处理协议相关的部分了，开发者可以将节省出　

来的精力集中在产品的核心功能开发上。　

关”，具备功能为：开启、关闭，将其抽象为一个数据　

点为布尔型，０表示关闭，ｌ表示开启。创建数据点　

后，设备与云端通讯的数据格式即可确定，设备、机　

智云可以相互识别设备与机智云互联互通的数据。　

数据点是一个产品的重要属性，因此产品智能化的　

第一步，就是明确产品功能，并逐一在平台上创建对　

应的数据点来描述功能。接下来云端会根据产品定　

Ｉ、＿　ｍ　一邯Ｊ　

．　

数据点和设备端代码设置完毕后，就可以在开　

发者手机上利用机智云ＡＰＰ进行产品的连接和调　

试了。　

义的数据点生成对应产品的设备端代码。自动生成　

４　总　结　

经过软硬件的联合调试，本设计最终实现了用　

户在手机端用ＡＰＰ远程控制泡茶机的各项功能，通　

过数据点ｎｕｍｂｅｒ值由１—１０的选择，可以进行多种　

的代码实现了机智云通信协议的解析与封包、传感　

器数据与通信数据的转换逻辑，并封装成了简单的　

ＡＰＩ，且提供了多种平台的实例代码。当设备收到　

云端或ＡＰＰ端的数据后，程序会将数据转换成对应　

模式的泡茶程序切换，还可以在ＡＰＰ中选择自动茶　

杯清洗和水温调节等功能。　

基于云服务的智能家居研究是目前的趋势所　

４　

＋　

在，本项目所研发的智能控制板也可拓展至其他小　

家电的控制，实现控制方式的革新。传统的家电控　

制无非是通过电器上的按钮或是专用的遥控器对家　

７　

—　・　

１００　

一　＋　

电进行控制，而智能家居可以通过集成化的操作体　

验来实现控制：可以是在手机上，也可以是在专门的　

一

赫　

＋　

个操作设备上，通过触碰、语音甚至手势来操作，　

这样统一控制所有家电既提升了用户的操作体验，　

也降低了整个系统的硬件成本。　

Ｔｅｒａｐ１　

一　

９５　

＋　

参考文献：　

９６　

一　

［１］李苏民．智能家居云服务平台的研究与实现［Ｄ］．杭州：　

杭州电子科技大学，２０１５，３．　

＋　

１ＯＯ　

＋　

［２］高聚银．基于云平台的智能家居系统设计与实现［Ｄ］．哈　

尔滨：哈尔滨工业大学深圳研究生院，２０１３，１１．　

１ＯＯ　

［３］杨志国．智能家居系统平台协议及客户端设计与实现　

［Ｄ］．上海：上海师范大学，２０１５，５．　

责任编校：阎循平　

图９智能泡茶机ＡＰＰ控制端