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摘要：本文以STM32嵌入式单片机为核心控制器，完成智慧实训室控制系统的设计与制作。本系统由总控系统和三个子系统组成，子系统分别为实训室智能灯光控制子系统，实训室智能窗帘控制子系统，实训室智能温湿度监测子系统。核心控制器选取意法半导体公司的STM32F4101CDU6单片机，外围传感器采集温湿度和光照数据，单片机获取传感器数据并进行处理分析，依据分析结果驱动显示器显示温湿度信息，同时控制输出模块实现灯光控制和窗帘开合控制。所有子系统采集的数据通过ESP8266无线传输模块传递至总控系统进行处理分析，总控系统的控制指令同样通过无线传输方式发送至各个子系统。

关键词：嵌入式控制；STM32F401CDU6单片机；智慧实训室；无线传输

中国制造2025战略规划将电子信息产业作为发展的重点内涵之一，是整个国民经济的重要组成部分。目前国内外各高等院校都在大力发展电子信息类专业建设。随着各类智能传感器技术的发展及无线通讯技术的普及，智能家居在不断的深入人们的日常生活。在院校实训室中引入无线智能监控技术已成为必然的发展趋势。智慧实验室建立在传统实验室的基础上，通过基于WIFI的无线局域网、移动通信等接入方式，把任何物品与互联网连接，进行信息交换和通信，实现物与物、物与人、服务与人的泛在链接。实现对实训室资源的智慧化监控与管理。实训室的智能化不仅能够使身处其中的师生学习工作环境得到改善，还能够激发学生的学习兴趣，提高学生学习的积极性。并且智能电子实训室的智能灯光控制子系统可进行重复开发编程，实现多种光效控制，可以用来作为学生学习嵌入式系统课程的实操设备，以加深学生对单片机程序开发的认知，提高学生的实际工作能力和解决问题的能力，培养学生的创新思维和能力。

一、智慧实训室总控系统

总控系统是整个控制系统的核心，其主要功能是接收各子系统通过ESP8266WIFI模块传输过来的数据，对数据进行分析、处理和显示，再可通过ESP8266WIFI模块发送控制命令控制各子系统执行相应操作，例如关闭窗帘、打开灯光等。总控系统以STM32F401CDU6单片机作为控制核心，通过ESP8266WIFI模块接收各子系统发送过来的数据，并在显示屏上实时显示相应数据；同时可通过键盘等输入设备对总控制系统输入数据或指令，并通过无线模块将数据或命令发送给各指定子系统。嵌入式单片机STM32F401CDU6，拥有384KB静态随机存储SRAM和96KB中等容量的闪存RAM。此单片机内部有电源管理电路，有一个独立看门狗和一个窗口看门狗，内置一个可以驱动整个系统的RC震荡电路，出厂前内嵌调校好的8MHzRC振荡器，用以产生CPU的主时钟；并配备7个通用16位定时器、一个高级定时器、一个12位的ADC模数数据转换器和9个通信接口。STM32F401CDU6单片机为低电平复位，因此，I/O端口初始化时，为高电平输出，其单片机封装为48引脚的UFQFPN48。智慧实训室控制系统总体设计如图1所示：

二、温湿度监测子系统

本子系统结构电路主要包括STM32F401CDU6单片机，ESP8266WIFI模块，OLED显示屏，DHT11温湿度传感器。温湿度传感器实时采集实训室内温度和湿度的数据，单片机获取数据，并将数据通过显示屏实时显示，同时通过ESP8266无线传输模块将温湿度数据发送给主控系统。本系统采用0.96英寸OLED显示，0.96英寸OLED显示屏体积较小、具有较低的功耗、可现实丰富的内容、而且价格低廉、应用开发简单，在很多项目开发中都有应用。0.96英寸OLED显示屏显示数据宽度为128*64。

智能温湿度监测子系统的设计如图2所示：

三、灯光控制子系统

本子系统结构电路包括STM32F401CDU6单片机，ESP8266WIFI模块，WS2812灯带。单片机作为控制核心，接收主控系统通过ESP8266无线传输模块发送过来的控制命令，根据命令控制WS2812灯带的显示颜色及效果。智能灯光控制子系统可进行重复编程开发，学生可通过对本子系统的编程控制来学习单片机编程。智能灯光控制子系统的设计如图3所示：

四、窗帘控制子系统

本子系统结构电路包括STM32F401CDU6单片机，ESP8266WIFI模块，光照度传感器，OLED显示屏。单片机作为控制核心，光照传感器进行实训室内光照强度的数据采集，单片机获取光照数据后通过显示屏实时显示，并根据采集到的光照数据来控制电动窗帘的打开和闭合，改善室内的光照强度。同时通过ESP8266无线传输模块将光照强度数据发送给主控系统。智能电动窗帘控制子系统的设计如图4所示：

五、小结

本系统对于智慧校园智慧实训室的发展建设具备有一定的参考意义，特别是目前在绝大多数校园内普遍布控的校园WIFI，本设计可以直接利用已有的校园网络资源，从而降低开发和设计的成本。本设计的运用可以减少对于实训室的人力投入以及实训设备的投入，运用物联网技术，将更加便捷地管理实训室、管理校园。

本系统作为智慧实训室智能控制初级成果，仍然需要进一步完善与扩展。在该系统基础之上，通过不断探索发掘，开发出更加合理、更加实用、更加完善的智慧系统。

参考文献：

[1]余静华，李林恒，张鹏，等.基于Linux的物联网平台控制系统硬件实现[J].农村经济与科技，2017（24）：43.

[2]钟伟雄.基于WiFi传输的共享医疗设备实训室管理系统设计与实现[J].无线互联科技，20208（7）：47-50.

[3]朱志伟.Proteus的嵌入式动态Web服务器设计与仿真[J].单片机与嵌入式系统应用，2013（6）：29-31，35.

[4]刘伟玲.教师主导、学生参与的开放实训室管理制度研究[J].科技与创新，2017（10）：147-148.

[5]FIROZA，MUHAMMAD I I.A portable recorder for long-term fetal heart rate monitoring[J].Microprocessors and Microsystems，2002（26）.

基金项目：21年度学院院级教科研规划项目：基于物联网技术的实训室智能控制系统设计 （编号：Z21006）