基于移動(dòng)應(yīng)用的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鞠金鑫 白旖旎 張婕 王學(xué)文

摘?要：本系統(tǒng)基于Android移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)，以STM32單片機(jī)為主要硬件控制中心，結(jié)合WiFi技術(shù)和Zig-Bee技術(shù)完成網(wǎng)關(guān)的建設(shè)，組建智能家居系統(tǒng)。通過計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和相關(guān)控制技術(shù)的結(jié)合，使我們的家庭生活更加方便舒適，更加符合我們對(duì)生活的需求和期望。

關(guān)鍵詞：智能家居;移動(dòng)應(yīng)用

1 緒論

中國(guó)是真正的家電大國(guó)，但不是家電強(qiáng)國(guó)。未來，智能家居的發(fā)展為中國(guó)成為家電強(qiáng)國(guó)提供了巨大的戰(zhàn)略機(jī)遇。智能家居的出現(xiàn)給人們帶來了更舒適更輕松的生活體驗(yàn)。智能家居可以減少繁瑣的家務(wù)勞動(dòng)，提高工作的效率，節(jié)省時(shí)間，讓人們有更多的時(shí)間休息、教育孩子、鍛煉學(xué)習(xí)，使人們的生活質(zhì)量有了很大的提高。

2 智能家居發(fā)展概況

智能家居系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能云控制、綜合布線技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)人體工程學(xué)原理，結(jié)合個(gè)人需求，集成照明控制、窗簾控制、信息家電、煤炭等與家居生活相關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)燃?xì)忾y控制、現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)動(dòng)、保健、地暖、衛(wèi)生防疫、安防等有機(jī)地結(jié)合，通過網(wǎng)絡(luò)集成智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)“以人為本”的生活體驗(yàn)。

目前，隨著手機(jī)的日益普及，智能控制終端已經(jīng)從PC設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀內(nèi)粘Ｊ褂玫囊苿?dòng)設(shè)備。通過移動(dòng)設(shè)備，我們可以隨時(shí)查看家庭狀況的變化。用戶可以真正體驗(yàn)到家電可以通過移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)隨地控制，感受到智能家居發(fā)展帶來的生活便利。

3 智能家居系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

如下圖所示，為了實(shí)現(xiàn)智能家電的用戶管理，在軟件方面，本文提出了以下方案：建立一個(gè)基于阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的云控制平臺(tái)，連接用戶終端和用戶在家中安裝的電氣中心。用戶終端輸入的命令通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入云控制平臺(tái)，然后直接傳遞到電氣中心。經(jīng)電氣中心分析后，將命令傳遞給用戶想要控制和執(zhí)行的家電。同時(shí)，電氣中心接收用電和電器開關(guān)，并實(shí)時(shí)反饋給數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)處理中心在不泄露用戶隱私的前提下，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，然后傳輸?shù)接脩艚K端。通過終端，用戶可以實(shí)時(shí)監(jiān)控家庭用電量和家電開關(guān)。以此為基礎(chǔ)，可以進(jìn)行大量的功能拓展。

3.2 開發(fā)技術(shù)簡(jiǎn)介

（1）WiFi 技術(shù)。在智能家居系統(tǒng)外網(wǎng)的選擇上，我們采用WiFi技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)。在我們現(xiàn)在的日常生活中，WiFi網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)普及到我們的日常生活中，為我們的日常生活提供了極大的便利。WiFi主要由無線網(wǎng)卡和網(wǎng)橋組成。無線網(wǎng)卡的主要功能是轉(zhuǎn)換信號(hào)。網(wǎng)橋在媒體訪問控制層的主要功能是充當(dāng)有線局域網(wǎng)和無線工作站的角色。只有通過網(wǎng)橋才能連接網(wǎng)絡(luò)。

（2）ZigBee技術(shù)。我們通過ZigBee技術(shù)組建智能家居的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。ZigBee技術(shù)作為一種。通信技術(shù)，具有自組網(wǎng)、低功耗、操作簡(jiǎn)單、短距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。與藍(lán)牙技術(shù)相比，ZigBee技術(shù)作為無線通信技術(shù)和短距離通信技術(shù)，在傳感器相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但在大多數(shù)領(lǐng)域，ZigBee技術(shù)已經(jīng)逐漸取代了藍(lán)牙技術(shù)。主要原因是藍(lán)牙技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都存在許多不足。高復(fù)雜度、高消耗、節(jié)點(diǎn)少、研發(fā)成本高。這些缺點(diǎn)越來越影響我們對(duì)無線通信技術(shù)的使用。相反，隨著Zig-Bee技術(shù)的出現(xiàn)，它正好彌補(bǔ)了藍(lán)牙的不足。

（3）主要硬件設(shè)計(jì)。以STM32C8T6單片機(jī)為主控芯片。除內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換模塊以外，STM32互連系列還提供與其它STM32微控制器相同的標(biāo)準(zhǔn)接口，這種外設(shè)共用性提升了整個(gè)產(chǎn)品家族的應(yīng)用靈活性，使開發(fā)人員可以在多個(gè)設(shè)計(jì)中重復(fù)使用同一個(gè)軟件。

（4）手機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先，我們使用HTML5開發(fā)PC接口。在前期，我們可以基于此技術(shù)做一個(gè)概述框架，進(jìn)一步增加高級(jí)功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備控制用戶可以在網(wǎng)頁(yè)或微信小程序中操作，點(diǎn)擊界面對(duì)象，方便遠(yuǎn)程操作。通過web模塊，用戶可以從下位客戶端接收返回信息和向上命令，并進(jìn)行相應(yīng)的命令轉(zhuǎn)發(fā)操作。用戶只能通過系統(tǒng)的IE瀏覽器來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

3.3 功能拓展簡(jiǎn)介

在整個(gè)系統(tǒng)中，最重要的功能是控制整個(gè)家用電器設(shè)備。該功能由家庭信息和設(shè)備管理模塊實(shí)現(xiàn)。包括家用電器的相關(guān)控制，包括電燈、主電源開關(guān)、空氣凈化器、呼吸機(jī)等電氣控制。它還包括家庭環(huán)境信息數(shù)據(jù)的監(jiān)控和顯示。智能家居系統(tǒng)用戶只需點(diǎn)擊電器開關(guān)按鈕，即可控制相應(yīng)的電器開關(guān)。除此之外，在家居信息監(jiān)控模塊中，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控家居的溫度、濕度、亮度、PM2.5、有害氣體等數(shù)據(jù)。

4 不足與展望

本文主要研究了基于移動(dòng)app的智能家居系統(tǒng)的軟硬件，并針對(duì)當(dāng)前社會(huì)人群的生活狀況和生活節(jié)奏提出了一些基本的功能設(shè)計(jì)。目前，我們只實(shí)現(xiàn)了一些日常的基本功能，如電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、家居環(huán)境信息變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控等，智能家居系統(tǒng)具有極高的拓展性，它的功能值得我們進(jìn)一步發(fā)展研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐惠民.國(guó)內(nèi)智能家電市場(chǎng)現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)[N].電子報(bào)，2017-04-02（013）.

[2]肖宛昂，蘇高民，陸廷，石寅.一種由WiFi智能插座構(gòu)成的智能家居[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2014，14（05）：46-48.

基金項(xiàng)目：山東省大學(xué)生科研項(xiàng)目：智能家居系統(tǒng)（18SSR098）;山東省大學(xué)生科研項(xiàng)目：基于光敏電阻的可控亮度的自動(dòng)路燈系統(tǒng)（18SSR096）

*通訊作者：王學(xué)文（1994-），男，碩士研究生。