基于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能家居的微信控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

牛畇豐 邊少彬 肖建華 呂想想 陜西服裝工程學(xué)院 陜西 咸陽712046

微信已成為人們生活之中必不可少的部分，憑借龐大的用戶群體改變了我們的日常生活方式，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)，利用人體工程學(xué)原理和可客制化來服務(wù)用戶，在用戶生活環(huán)境中收集數(shù)據(jù)，管理環(huán)境，監(jiān)測(cè)異常。近幾年因各種外界因素制約，智能家居行業(yè)發(fā)展緩慢，急需一個(gè)新的平臺(tái)來尋求智能家居系統(tǒng)新的發(fā)展，完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，對(duì)智能家居的微信公眾平臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，有助于找到新時(shí)期智能家居的發(fā)展方向，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 智能家居與微信公眾號(hào)

傳統(tǒng)的智能家居基于傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層三部分，感知層主要有傳感器、硬件中間件（如arduino、STM32單片機(jī)）和動(dòng)作發(fā)生器這三部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、動(dòng)作執(zhí)行；網(wǎng)絡(luò)層主要由WLAN、藍(lán)牙組成，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和各子節(jié)點(diǎn)之間的通信；應(yīng)用層主要由圖形化家庭信息中心（如樹莓派、香蕉派、小型工控機(jī)）和云服務(wù)器組成。

結(jié)合了微信平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)，不同與傳統(tǒng)的app和實(shí)體屏幕界面形式，微信公眾號(hào)可以集成在微信應(yīng)用中，省去了另外開發(fā)app的過程，也減少了系統(tǒng)的體量，運(yùn)用前端HTML5和css技術(shù)美化系統(tǒng)界面，并依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將居家生活中的照明系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等等子模塊匯總至一處，從而梳理數(shù)據(jù)并滿足用戶的定制需求，二者相結(jié)合就組成了一個(gè)集控制、分析、服務(wù)為一體的自然，隨心，愉悅的智能家居環(huán)境。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能家居的微信控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體原理

微信平臺(tái)不斷地發(fā)展壯大有龐大的用戶基數(shù)，做到了大范圍的普及，而物聯(lián)網(wǎng)和智能家居則有著遠(yuǎn)大的發(fā)展前景，二者相結(jié)合不僅可以為微信的發(fā)展添磚加瓦，也為物聯(lián)網(wǎng)智能家居的未來發(fā)展有一定的推動(dòng)作用。對(duì)于該系統(tǒng)構(gòu)成和原理而言，就是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及傳感器、發(fā)生器對(duì)室內(nèi)生活環(huán)境在微信平臺(tái)上進(jìn)行控制、管理和監(jiān)測(cè)。往深處講，要實(shí)現(xiàn)微信在智能家居上的深度應(yīng)用，前提是確保外部傳感器數(shù)據(jù)的有效性和實(shí)時(shí)性，再就是確保子節(jié)點(diǎn)和母節(jié)點(diǎn)之間建立持久有效的連接，才能保證服務(wù)器上系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

智能家居系統(tǒng)主要由Raspberry Pi 3B（樹莓派）和Arduino Nano開發(fā)板、esp8266無線模塊、PM2,5傳感器、氣體傳感器、溫濕度傳感器、舵機(jī)、繼電器等通過有限或者無線的方式互相連接構(gòu)成一個(gè)星形結(jié)構(gòu)，由底層傳感器產(chǎn)生數(shù)據(jù)和狀態(tài)，數(shù)據(jù)到達(dá)Arduino節(jié)點(diǎn)和esp8266無線模塊后，通過無線連接數(shù)據(jù)送達(dá)樹莓派，梳理后上傳到云端并顯示在終端屏幕上，云端的信息可以通過微信隨時(shí)展示給用戶而用戶也隨時(shí)可以通過微信公眾號(hào)對(duì)家居系統(tǒng)進(jìn)行指令下達(dá)。

2.2.1 Raspberry Pi 3B（樹莓派）

本智能家居系統(tǒng)采用樹莓派來作為系統(tǒng)核心部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收發(fā)匯總、動(dòng)作的執(zhí)行以及微信公眾號(hào)平臺(tái)的運(yùn)轉(zhuǎn)，麻雀雖小五臟俱全，主頻1.2GHz保證了足夠的任務(wù)處理能力和執(zhí)行速度。其上安裝LAMP環(huán)境來運(yùn)行基于python的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其LAMP環(huán)境分別是linux、apache、mysql、python這四大組成部分，組合在一起形成了當(dāng)前流行的服務(wù)器生產(chǎn)環(huán)境，處理物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)產(chǎn)生的tcp連接及作為公眾號(hào)后臺(tái)服務(wù)器綽綽有余。

2.2.1 Arduino Nano

本質(zhì)上是avr單片機(jī)，但卻是最流行和最受歡迎的硬件開發(fā)平臺(tái)，擴(kuò)展性、性價(jià)比和生態(tài)圈的繁榮度比之樹莓派有過之無不及，具有開發(fā)敏捷，上手快等優(yōu)點(diǎn)。它使得開發(fā)者專注于創(chuàng)意和想法的實(shí)現(xiàn)，拋棄漫長(zhǎng)的學(xué)習(xí)路線，對(duì)avr-gcc庫進(jìn)行二次封裝，大大降低學(xué)習(xí)成本和縮短學(xué)習(xí)時(shí)間，而且開源使得本身的生態(tài)圈和用戶群越發(fā)繁榮起來以產(chǎn)生更多話題和討論，社區(qū)產(chǎn)生的眾多資料和話題又進(jìn)一步壯大了用戶群的數(shù)量。

2.3 系統(tǒng)子模塊組成

2.3.1 照明子模塊

照明子模塊由開關(guān)控制電路、Arduino微控制器、各類傳感器、無線通信模塊構(gòu)成，通過紅外熱釋電傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、光照傳感器收集室內(nèi)光照強(qiáng)度、人員狀況等信息，以傳感數(shù)據(jù)為依托借助繼電器和控制電路控制照明設(shè)備強(qiáng)度和開關(guān)狀態(tài)，同時(shí)與樹莓派建立有效鏈接，樹莓派再與服務(wù)器不斷的交換數(shù)據(jù)以保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)和可靠、操作的流暢和體驗(yàn)、使用的舒適和方便。這樣一來用戶就可以隨時(shí)通過手機(jī)來操作整個(gè)照明系統(tǒng)，完成一系列控制指令。

2.3.2 溫度子模塊

溫度子模塊負(fù)責(zé)家居環(huán)境一系列開關(guān)控制電路、紅外控制電路、Arduino微控制器、各類傳感器、無線通信模塊構(gòu)成，為了讓用戶感到溫馨和舒適，熱水器和室內(nèi)溫度是抓住客戶心理的重要一環(huán)。通過行為預(yù)測(cè)和用戶操作，再借助水溫傳感器、室溫傳感器把握溫度提升的程度和速度，開關(guān)控制電路和紅外控制電路對(duì)熱水器和空調(diào)設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)操控，在烈日炎炎的盛夏會(huì)在用戶回家前提前打開空調(diào)降低室內(nèi)溫度，在一天辛苦工作過后會(huì)提前準(zhǔn)備熱騰騰的洗澡水。由于考慮到這些家電設(shè)備會(huì)與智能家居系統(tǒng)存在不兼容問題，可以紅外遙控的空調(diào)設(shè)備會(huì)引入紅外模塊來模擬遙控器指令，熱水器則是進(jìn)行一定的改造和加裝，從而實(shí)現(xiàn)和智能家居系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，也有利于微信公眾號(hào)指令的執(zhí)行和接收。

2.3.3 安保子模塊

安保子模塊包括安保監(jiān)控和門禁管理兩個(gè)方面，安保監(jiān)控包括門口防盜攝像頭和居家安保攝像頭，門禁主要是用戶身份的識(shí)別和電子鎖的控制。安保監(jiān)控方面主要是對(duì)現(xiàn)有家庭安保攝像頭配套方案進(jìn)行反向工程抓包得到的，從而可以集成到我們現(xiàn)有的系統(tǒng)之中，從而可以提取畫面和視頻流進(jìn)而推送到微信平臺(tái)。門禁主要通過IC卡、實(shí)體密碼鍵盤輸入和微信平臺(tái)密碼輸入進(jìn)行身份的確認(rèn)，從而驅(qū)動(dòng)電磁鎖進(jìn)行開啟動(dòng)作。

3 結(jié)束語

總的來說，微信平臺(tái)發(fā)展壯大是有目共睹的，我們唯一能做的就是順應(yīng)時(shí)代潮流，改善人們的生活環(huán)境和方式，方便人們學(xué)習(xí)和生活。微信公眾號(hào)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)智能家居的介入進(jìn)一步改變了智能家居在人們印象中的認(rèn)知形態(tài)和操作形式。較傳統(tǒng)app形式智能家居系統(tǒng)來說，它在手機(jī)端實(shí)現(xiàn)了輕量化、集成化，對(duì)用戶實(shí)現(xiàn)了快捷化、方便化。由此可見，微信公眾號(hào)對(duì)于智能家居控制系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展有良好的助推作用。