基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

呂剛磊 沈華剛 劉軍

摘 要：目前，物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)成為通信技術的一個重要發(fā)展方向，其為人們過上舒適便利的智能化生活提供了可能。本文通過利用WiFi技術，設計了一款智能家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括溫度檢測、PM2.5檢測、智能插座控制3個模塊，能實現(xiàn)對家庭溫度的檢測、插座的控制和空氣質(zhì)量的監(jiān)控。

關鍵詞：WiFi技術;智能家居;溫度檢測;PM2.5檢測;智能插座控制

中圖分類號：TP331.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）19-0036-02

Abstract： At present， the Internet of Things （IOT） technology has become an important development direction of communication technology， which makes it possible for people to live a comfortable and convenient intelligent life. In this paper， a smart home system was designed by using WiFi technology. The system includes three modules： temperature detection， PM2.5 detection and intelligent socket control. It can realize the detection of home temperature， socket control and air quality monitoring.

Keywords： WiFi technology;smart home;temperature detection;PM2.5 detection;intelligent socket control

隨著社會的發(fā)展，人們對智能家居的要求越來越高，不僅要求其具有傳統(tǒng)的基本功能，而且對其智能化的要求也不斷提高。家庭是一個人活動的主要場所，智能家居主要滿足人們對家居的智能化要求。例如，可以通過WiFi技術檢測家中的溫度，如果溫度過高，表示家中可能失火，其會把這個信息發(fā)送給用戶，用戶可以第一時間知道家里的情況，若真失火，則可以采取必要的措施，降低損失;可以通過手機和電腦遠程控制智能插座，利用繼電器實現(xiàn)智能插座的通斷[1]。

1 智能家居系統(tǒng)的整體要求

智能家居的理念來源于美國。智能家居系統(tǒng)要具有安防報警、照明控制的功能，滿足人們對安全便捷的家居生活的要求[2]。本文設計的智能家居系統(tǒng)能檢測家庭的溫度、遠程控制智能插座、實時檢測空氣質(zhì)量情況，滿足人們對智能家居的要求。另外，系統(tǒng)硬件具有價格便宜、靈敏度高的優(yōu)勢，為系統(tǒng)的廣泛使用奠定了基礎。

2 系統(tǒng)硬件和軟件介紹

本系統(tǒng)主要實現(xiàn)3個方面的功能，即溫度檢測、PM2.5檢測、智能插座控制。系統(tǒng)的編譯軟件是Arduino IDE，該編譯軟件專門為Arduino單片機編程量身定做，功能強大、操作簡單。系統(tǒng)通過溫度傳感器、PM2.5傳感器搜集數(shù)據(jù)，傳遞給Arduino單片機，單片機將數(shù)據(jù)顯示在12864液晶屏上，同時通過WiFi上傳到網(wǎng)絡上供用戶查詢。系統(tǒng)結構如圖1所示。

2.1 硬件

系統(tǒng)的硬件部分包括Arduino UNO單片機、LM35溫度傳感器、夏普第二代PM2.5傳感器、ESP8266 WiFi、1路5V高電平觸發(fā)繼電器和家用普通插座。

2.2 軟件

整個系統(tǒng)的3個功能的編譯均在Arduino IDE中進行，編譯思路如下。

2.2.1 PM2.5模塊。系統(tǒng)利用夏普第二代PM2.5傳感器對家庭中的PM2.5進行檢測。傳感器將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳送給Arduino單片機，Arduino單片機將數(shù)據(jù)顯示在12864液晶屏上，同時通過WiFi把數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡，在網(wǎng)絡端利用PHP接收數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)儲存到數(shù)據(jù)庫中。網(wǎng)絡界面中利用Echarts插件和JQuery、AJAX技術將PM2.5的離散數(shù)據(jù)連接成曲線，系統(tǒng)設置每隔5min向用戶傳送一次PM2.5數(shù)據(jù)，用戶可以看到PM2.5的最新數(shù)據(jù)，也可以看出一段時間內(nèi)PM2.5的變化情況，這些數(shù)據(jù)連成曲線，通過曲線，用戶可以查看每一個PM2.5數(shù)據(jù)[3]。這些數(shù)據(jù)可以在12864液晶屏上顯示，也可以上傳到網(wǎng)絡，用戶可根據(jù)PM2.5看出家庭空氣情況。如果空氣質(zhì)量不好，用戶可以及時采取必要的措施，如購買空氣凈化器，防止因空氣質(zhì)量不好對用戶造成傷害。

2.2.2 溫度檢測模塊。系統(tǒng)利用LM35傳感器檢測用戶家中的溫度。LM35具有價格便宜、靈敏度高的優(yōu)勢[4]。溫度傳感器檢測到的數(shù)據(jù)傳遞給Arduino單片機的A0端口，單片機將這些模擬值轉(zhuǎn)換為實際溫度;系統(tǒng)可以將這些溫度信號顯示在12864顯示屏上，也可以通過WiFi上傳到網(wǎng)絡上;網(wǎng)絡端由PHP接收這些溫度數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)保存到MySQL數(shù)據(jù)庫中;網(wǎng)頁通過PHP和Echarts數(shù)據(jù)顯示插件將這些離散的溫度連接成曲線，用戶既可以看出一段時間內(nèi)溫度變化的整體情況，也可以看出溫度曲線中某一點對應的溫度。同時，如果溫度過高，系統(tǒng)將給客戶發(fā)送郵件，使客戶在第一時間知道家中的情況。溫度過高說明家庭可能出現(xiàn)火災，用戶再結合PM2.5值，可知道家中是否存在火災危險，若存在，用戶可以第一時間采取措施，降低損失[5]。

2.2.3 智能插座模塊。智能插座是智能家居的重要組成部分，對其進行控制可以提高智能家居的部署。當用戶在電腦或者手機客戶端點擊關閉超鏈接時，PHP通過網(wǎng)頁把命令傳遞給單片機，單片機讓連接繼電器的端口置低電平，繼電器控制智能插座的斷開電路;反之，當用戶點擊網(wǎng)頁中的開啟超鏈接時，PHP通過網(wǎng)頁把命令傳遞給單片機，單片機使連接繼電器的端口置高電平，智能插座通電，這樣就能遠程控制智能插座的通斷。同時，當溫度過高時，智能插座也會自動斷電，以防火災的發(fā)生[6]。

3 結語

本文主要介紹了智能家居的空氣檢測模塊、溫度檢測模塊和智能插座控制模塊，3個模塊聯(lián)合起來對構建安全、環(huán)保的智能家居環(huán)境提供了條件。

參考文獻：

[1]周娜.物聯(lián)網(wǎng)技術在智能家居中的應用綜述[J].網(wǎng)絡安全技術與應用，2015（5）：126.

[2]孫杰.物聯(lián)網(wǎng)技術在智能家居中的應用研究[J].硅谷，2014（15）：105.

[3]程春.物聯(lián)網(wǎng)技術在智能家居中的應用[J].數(shù)字技術與應用，2014（2）：29-30.

[4]查紅勝，陳艷.基于云平臺智能家居系統(tǒng)的設計[J].電子技術與軟件工程，2018（22）：161

[5]陳赫，趙丹梅.基于單片機的智能家居遠程控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電子技術與軟件工程，2018（22）：253.

[6]蔣開偉，孫凌杰.基于云平臺的智能家居控制系統(tǒng)設計[J].電子世界，2018（21）：141-142.