周世航，林木泉，張 勇

(閩南理工學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院，福建 泉州362700)

0 引言

日常工作中，在一些沒(méi)有使用OA 辦公系統(tǒng)的單位，要拜訪領(lǐng)導(dǎo)簽署相關(guān)文件，又不方便提前打電話的情況下，經(jīng)常出現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)處于忙碌狀態(tài)而不方便接待的情況。甚至多次拜訪均如此，無(wú)形中耗費(fèi)了不少的時(shí)間和精力。由于雙方的信息不互通，導(dǎo)致了過(guò)程變得繁瑣。急需開(kāi)發(fā)顯示領(lǐng)導(dǎo)在崗狀態(tài)的系統(tǒng)。雖然大部分公司、單位正在使用的OA 軟件系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)類似功能，但需要繳納各種運(yùn)行費(fèi)用和投入維護(hù)成本，對(duì)一些中小企業(yè)仍是一筆較大的經(jīng)費(fèi)支出。而市場(chǎng)化上專門針對(duì)領(lǐng)導(dǎo)在崗狀態(tài)指示系統(tǒng)較少，目前只有重慶錦聲科技有限公司公布了一種的在崗狀態(tài)指示系統(tǒng)，但需要超聲波傳感器和壓力傳感器的配合，結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，除此之外，還出現(xiàn)了基于人工智能的攝像頭方案的在崗狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但造價(jià)較高。為此，本文針對(duì)訪客與領(lǐng)導(dǎo)之間信息不互通的問(wèn)題，面向于中小型企業(yè)或者單位需求，提出了一種領(lǐng)導(dǎo)在崗狀態(tài)指示系統(tǒng)，該系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的軟件運(yùn)行，只需要一個(gè)小型硬件設(shè)備，易維護(hù)，使用門檻低。當(dāng)需要拜訪領(lǐng)導(dǎo)時(shí)，使用手機(jī)或者電腦打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)，即刻查看領(lǐng)導(dǎo)是否處于方便接待的情況。

1 總體方案設(shè)計(jì)

如圖1 所示，該系統(tǒng)由子端系統(tǒng)和終端系統(tǒng)組成，子端設(shè)備根據(jù)實(shí)際情況可擴(kuò)展多個(gè)。所有子端通過(guò)Lora 無(wú)線方式與終端通信，形成多對(duì)一的通信方式。子端系統(tǒng)主要功能為采集開(kāi)關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)信息并發(fā)送給終端系統(tǒng)，且在子端設(shè)備電池供電不足時(shí)進(jìn)行燈光提示。終端系統(tǒng)的主要功能為接收子端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過(guò)ESP8266 模塊以HTTP 協(xié)議方式上傳至 OneNet 云平臺(tái)［1］。

將子端設(shè)備擺放于領(lǐng)導(dǎo)辦公桌面，若領(lǐng)導(dǎo)方便接待訪客，則撥動(dòng)子端設(shè)備開(kāi)關(guān)，則所有用戶訪問(wèn)OneNet 網(wǎng)頁(yè)查看的信息即顯示領(lǐng)導(dǎo)目前處于方便待客狀態(tài)，此時(shí)即可前往。終端設(shè)備放置于辦公區(qū)中心位置。

圖1 方案結(jié)構(gòu)圖

2 硬件設(shè)計(jì)

如圖2 所示，在子端系統(tǒng)中，以STC15W4K32S4作為主控芯片，鋰電池經(jīng)過(guò)TLV1117 低壓差低功耗穩(wěn)壓芯片給子端系統(tǒng)供電，使用TP4056 芯片對(duì)鋰電池進(jìn)行充電管理。主控芯片P3.4 引腳在不需要采集AD 數(shù)據(jù)時(shí)斷開(kāi)兩個(gè)串聯(lián)分壓的電阻以節(jié)省能耗。P1.5 引腳為AD 輸入口，用于采集電池電壓數(shù)據(jù)。撥動(dòng)開(kāi)關(guān)接入主控芯片的P3.5、P3.2 引腳，主控芯片通過(guò)檢測(cè)P3.5 引腳的電壓來(lái)判斷開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通或斷開(kāi)兩種狀態(tài)，以此來(lái)對(duì)應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)此時(shí)處于忙碌還是空閑狀態(tài)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)的改變會(huì)產(chǎn)生中斷信號(hào)通過(guò)P3.2 引腳傳輸給主控芯片，從而喚醒主控芯片，LED 燈通過(guò)單片機(jī) P1.0 引腳控制。Lora 模塊 RXD、TXD 引腳接入單片機(jī) P0.1、P0.0 引腳進(jìn)行 UART 通信，MD0、AUX引腳接單片機(jī)P3.3、P3.7 引腳控制模塊運(yùn)行模式。

圖2 子端系統(tǒng)線圖

如圖3 所示，在終端系統(tǒng)中，Lora 模塊接線方式與子端系統(tǒng)相同。ESP8266 模塊的 RXD、TXD 引腳接入單片機(jī)P0.3、P0.2 引腳進(jìn)行UART 通信，其他控制引腳懸空。

圖3 終端系統(tǒng)線圖

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分兩部分，一部分功能為實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)和電量的檢測(cè)，另一部分為數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

開(kāi)關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：按鍵觸發(fā)外部中斷喚醒處于休眠狀態(tài)的單片機(jī)，然后通過(guò)引腳IO 電壓判斷開(kāi)關(guān)狀態(tài)。電量的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：主控芯片開(kāi)啟定時(shí)器，每5 min 進(jìn)行一次A/D 采集，判斷電池電量是否過(guò)低，若過(guò)低則開(kāi)啟LED 燈閃爍提示。

所有子端設(shè)備的數(shù)據(jù)都發(fā)往終端設(shè)備，使用Lo ra 無(wú)線組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)。所有子端設(shè)備主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)，終端設(shè)備接收到子端設(shè)備數(shù)據(jù)后回饋一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，子端設(shè)備接收到應(yīng)答信號(hào)進(jìn)入休眠狀態(tài)［2，3］。為避免通信沖突，當(dāng)子端設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)后，5 s 內(nèi)接收不到應(yīng)答信號(hào)則隨機(jī)延時(shí)一個(gè)時(shí)間段(設(shè)置為100 ms～1 000 ms 之間) 后重新發(fā)送一次數(shù)據(jù)，若等待5 s后仍接收不到數(shù)據(jù)，則判定子端設(shè)備掉線。

子端設(shè)備和終端設(shè)備使用自定義通信協(xié)議。協(xié)議幀如表1 所示。

表1 通信協(xié)議幀

表1 中，第一字節(jié)0XFF 為數(shù)據(jù)幀幀頭，第二字節(jié)數(shù)據(jù)0X01 表示設(shè)備地址，地址表示的范圍從0X00 到0XFF，網(wǎng)絡(luò)可容納256 個(gè)設(shè)備。第三字節(jié)數(shù)據(jù)0 為0X11 表示按鍵關(guān)閉，0X22 表示按鍵開(kāi)啟，數(shù)據(jù)1 和數(shù)據(jù)2 為預(yù)留字節(jié)，方便后期功能擴(kuò)展，目前數(shù)據(jù)皆為0X00，最后一字節(jié)為除幀頭外數(shù)據(jù)的和。例如，子端設(shè)備地址為0X02，開(kāi)關(guān)處于開(kāi)的狀態(tài)，子端設(shè)備上傳數(shù)據(jù)發(fā)送的協(xié)議幀為0XFF 0X02 0X22 0X00 0X00 0X24。終端主機(jī)接收到數(shù)據(jù)后回復(fù)應(yīng)答數(shù)據(jù)幀與子端發(fā)送的數(shù)據(jù)一致。

4 系統(tǒng)測(cè)試

整個(gè)系統(tǒng)中的子端系統(tǒng)與終端系統(tǒng)的主控板如圖4 所示。

圖4 主控板圖

通過(guò)終端系統(tǒng)的主控芯片的串口發(fā)送AT 指令對(duì)ESP8266 模塊進(jìn)行配置后才可接入云平臺(tái)［4］。以下使用A 代指終端主控芯片，B 代指ESP8266 模塊。A發(fā)送指令A(yù)T+CWMODE=3，配置模塊工作模式為STA+AP 模式，隨后重啟模塊，A 發(fā)送給B 指令A(yù)T+CWJAP="a"，"b"(a 為無(wú)線用戶名 ssid，b 為 wifi 密碼)，B 則自動(dòng)連接名稱為“a”的 WIFI 網(wǎng)絡(luò)。連接完成后，A 發(fā)送指令 AT+CIPMUX=0，把 B 配置為單鏈接模式，只有在此模式下，才能進(jìn)行透?jìng)髂Ｊ剑S后A 發(fā)送AT+CIPMODE=1，設(shè)置透?jìng)髂Ｊ剑诖四Ｊ较翨 可以連接云端服務(wù)器［5］。A 發(fā)送指令 AT+CIPSTART="TCP"，"183.230.40.33"，80 來(lái)連接 ONENET 云端服務(wù)器，連接成功后A 送AT+CIPSEND 開(kāi)啟透?jìng)髂K，此時(shí)已經(jīng)可以給云平臺(tái)發(fā)數(shù)據(jù)了。此時(shí)編輯HTTP 協(xié)議的數(shù)據(jù)，通過(guò)HTTP 協(xié)議接入ONENET 云平臺(tái)的設(shè)備［6］。

以下為A 發(fā)送的發(fā)送http post 請(qǐng)求：

其中“59145xxxx” 為ONENET 云平臺(tái)設(shè)備ID，api-key 后面的內(nèi)容為設(shè)備所對(duì)應(yīng)的API-KEY，Content-Length：15 中的15 為發(fā)送內(nèi)容整個(gè)數(shù)據(jù)流的長(zhǎng)度，{"no.1"："free"} 為發(fā)送的內(nèi)容no.1 為數(shù)據(jù)流名稱，free 為發(fā)送至云端的數(shù)據(jù)內(nèi)容，當(dāng)發(fā)送成功時(shí)候，B 會(huì)返回發(fā)送成功的消息，此時(shí)登陸網(wǎng)站即可看到發(fā)送的數(shù)據(jù)。在網(wǎng)站上可以用接收到的數(shù)據(jù)編輯用戶查詢界面，將數(shù)據(jù)流分別自動(dòng)對(duì)應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)的名字與信息，如“no.1”數(shù)據(jù)流對(duì)應(yīng)“張三”，狀態(tài)數(shù)據(jù)“free”/“busy”可以簡(jiǎn)化為界面的開(kāi)關(guān)on/off，更加直觀顯示狀態(tài)。當(dāng)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，云平臺(tái)接收到數(shù)據(jù)，界面顯示如圖5 所示。

圖5 ONENET 平臺(tái)數(shù)據(jù)查詢

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一套低成本、易量產(chǎn)、適合各類人群使用的一套訪客查詢系統(tǒng)，該系統(tǒng)為主動(dòng)觸發(fā)方式，不涉及用戶隱私。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了人——云端——人的聯(lián)網(wǎng)模式。在實(shí)物上，系統(tǒng)體積小，基本不占用工作空間，只需要在桌子上面放置一個(gè)裝有開(kāi)關(guān)的小盒子即可，簡(jiǎn)約美觀，具備一定的實(shí)用價(jià)值。