基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

杜強(qiáng)

摘要：本文首先介紹了在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下智能家居系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用情況，介紹了智能家居系統(tǒng)的概念與要求，提出了一種以STC15F2K60S2芯片為處理核心的便捷化、自動(dòng)化的解決方案，然后著重講述了方案的設(shè)計(jì)理念、總體設(shè)計(jì)方案、各個(gè)模塊的原理、系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)、上位機(jī)的功能等，最后對(duì)本方案進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：STC單片機(jī) 智能家居STC15F2K60S2 傳感器 智能家居系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0175-02

21世紀(jì)是物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，在科技日新月異、生活水平大幅提高的今天，對(duì)于家居環(huán)境人們也提出了更高的要求！20世紀(jì)70年代美國(guó)就提出了智能家居的概念，發(fā)展到今天，家智能家居系統(tǒng)已頗為成熟。一般來說智能家居系統(tǒng)是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)將家用電器、通信設(shè)備、安保裝置等進(jìn)行有機(jī)整合，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理的家居系統(tǒng)。智能家居正在日漸興起，由于其便捷化、人性化、自動(dòng)化、智能化的特點(diǎn)，受到越來越多的國(guó)人追捧。

1 設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用STC15F2K60S2芯片為處理核心單片機(jī)作為控制核心，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將GSM模塊、語音模塊、溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、雨滴傳感器、煙霧傳感器、光線傳感器、人體紅外傳感器、電機(jī)、按鍵、LED點(diǎn)陣屏、LCD12864液晶屏等功能模塊有機(jī)融為一體，通過檢測(cè)家居環(huán)境，并將檢測(cè)到環(huán)境參數(shù)通過單片機(jī)控制以RS485通訊的方式傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的環(huán)境參數(shù)作出相應(yīng)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)外溫濕度顯示、制燈、窗、窗簾、澆水的自動(dòng)控制、煤氣、煙等有毒氣體自動(dòng)報(bào)警及防盜功能，提供了一個(gè)輕松、安全、舒適、快捷的家居環(huán)境解決方案。如圖1所示。

2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 GSM遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)

GSM模塊是一個(gè)類似于手機(jī)的通訊模塊，它可以發(fā)送短消息，通話等，GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋面非常廣，并且不會(huì)受到距離的限制，成本也低，本系統(tǒng)中主要使用了消息通信功能。GSM模塊通過使用AT指令進(jìn)行控制，本系統(tǒng)用STC15F2K60S2單片機(jī)來對(duì)它進(jìn)行控制，根據(jù)接收到的指令信息作出相應(yīng)的指令動(dòng)作。在本系統(tǒng)中GSM模塊是最重要的通信模塊，監(jiān)控終端系統(tǒng)的通信大部分都是由GSM發(fā)送SMS短消息給下位單片機(jī)進(jìn)行控制的模式來完成。如圖2所示。

2.2 智能防盜報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)

智能防盜模塊以人體紅外線傳感器、和震動(dòng)傳感器為核心，人體紅外線傳感器是依照熱釋電效應(yīng)開發(fā)的一種傳感器，這里不作詳細(xì)介紹。當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)后，首先對(duì)串口進(jìn)行初始化，人體紅外傳感器按設(shè)定的時(shí)間周期循環(huán)探測(cè)有無信號(hào)，采集到信號(hào)后，信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊會(huì)將人體紅外光譜轉(zhuǎn)換了電信號(hào)，并把系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)通過編碼成SMS短消息，并通過GSM網(wǎng)絡(luò)將短消息傳送給上位機(jī)。上位機(jī)按預(yù)設(shè)程序?qū)π盘?hào)進(jìn)行判斷是否為非正當(dāng)操作，若系統(tǒng)依據(jù)預(yù)設(shè)判斷為非法，則上位機(jī)發(fā)送報(bào)警指令給核心單片機(jī)控制聲光報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警。如圖3所示。

2.3 溫濕度控制功能的實(shí)現(xiàn)

此模塊的主要功能是監(jiān)控室內(nèi)溫濕度，系統(tǒng)由溫濕度傳感器、報(bào)警電路、顯示電路、核心單片機(jī)組成。溫濕度傳感器作為系統(tǒng)的觸角，實(shí)時(shí)地將室內(nèi)的濕溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳輸給STC15F2K60S2芯片，STC單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后通過報(bào)警電路將數(shù)據(jù)發(fā)送給報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行處理。同時(shí)上位軟件也會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，按預(yù)設(shè)的命令，根據(jù)溫濕度信息自動(dòng)的啟動(dòng)或關(guān)閉空調(diào)等電器設(shè)備，達(dá)到智能調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度的效果。如圖4所示。

2.4 煙霧控制模塊

MQ5氣體傳感器采用二氧化錫（SnO2）作為氣敏材料，相對(duì)其它氣體材料，SnO2電導(dǎo)率低，反應(yīng)靈敏。當(dāng)傳感器感應(yīng)到監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)境中存在如甲烷、一氧化碳、乙烯、氫氣等可燃?xì)怏w時(shí)，煙霧傳感器根據(jù)電導(dǎo)率的變化反應(yīng)出可燃?xì)怏w濃度的變化。在固定的周期內(nèi)，系統(tǒng)將取得的煙霧信號(hào)變成電信號(hào)，然后送出模擬信號(hào)，再給AD采集電路采集由單片機(jī)進(jìn)行分析處理，判斷是否超過預(yù)設(shè)報(bào)警值，系統(tǒng)是否啟動(dòng)報(bào)警。當(dāng)煙霧濃度或溫度超過報(bào)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出蜂鳴聲，同時(shí)智能控制系統(tǒng)通過GSM通信方式，遠(yuǎn)程開啟電動(dòng)門窗和風(fēng)扇，排出可燃?xì)怏w，從而保障安全，避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。如圖5所示。

2.5 上位軟件的制作

上位軟件采用VC++語言開發(fā)，為用戶提供了一個(gè)良好的人機(jī)對(duì)話界面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的控制、管理、協(xié)調(diào)、通信、維護(hù)的作用，其最主要的功能核心是對(duì)各子系統(tǒng)中的下位單片機(jī)的通信控制。在本系統(tǒng)中主要包含安居安防模塊、環(huán)境控制模塊、家庭管理模塊、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和設(shè)備控制系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)六個(gè)子系統(tǒng)組成。在室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程PC網(wǎng)絡(luò)連通的情況下，用戶可以通過對(duì)上位軟件的操作，通過GSM遠(yuǎn)程控制家中各種電器設(shè)備。

3 結(jié)語

系統(tǒng)設(shè)計(jì)布線簡(jiǎn)單、功能靈活，擴(kuò)展容易，成本較低，突破距離的限制，實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)地遠(yuǎn)程控制家用電器、室內(nèi)外溫濕檢測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、煙霧監(jiān)控等功能。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，人民物質(zhì)生活水平快速提高的今天，智能家居系統(tǒng)必將迎來新的發(fā)展機(jī)遇，各種功能也將越來越完善，為人們提供更加輕松、安全、有序、舒適、高效、智能的生活體驗(yàn)，必將成為未來家居模式的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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