基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家電控制方案設(shè)計

林澤佳

摘要

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，家電產(chǎn)品越來越智能化。本文基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家電控制方案設(shè)計進行研究，先介紹智能家電物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成和功能，再闡述智能家電設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)開發(fā)流程，然后以智能空調(diào)為例，分析智能家電產(chǎn)品使用過程對應(yīng)的技術(shù)原理，最后對智能家電物聯(lián)網(wǎng)的前景和發(fā)展方向進行展望。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 智能家電 遠程控制

1 智能家電物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的組成

智能家電物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由物聯(lián)網(wǎng)云平臺、網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備、具備聯(lián)網(wǎng)能力的家電設(shè)備、用戶控制交互終端，四大部分組成。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)云平臺

它定義了建立在其上的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊機制和數(shù)據(jù)傳輸格式。云平臺是家電設(shè)備和用戶控制交互終端之間通訊的橋梁。云平臺的服務(wù)器會存儲家電設(shè)備上報的狀態(tài)數(shù)據(jù)和聯(lián)網(wǎng)信息，并同步給用戶控制交互終端。而用戶在控制交互終端上設(shè)置的控制命令，會通過網(wǎng)絡(luò)通訊，經(jīng)過服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到家電設(shè)備，從而實現(xiàn)遠程控制家電設(shè)備。

1.2 網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備

在常見的Wi-Fi家電物聯(lián)網(wǎng)控制方案中，路由器或作為Wi-Fi熱點的手機都屬于這類設(shè)備。而在Lora家電物聯(lián)網(wǎng)方案中，網(wǎng)絡(luò)中繼設(shè)備是Lora網(wǎng)關(guān)。它們的功能都是為家電設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)提供通道，從而使家電設(shè)備能接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與服務(wù)器進行通訊。

1.3 具備聯(lián)網(wǎng)能力的家電設(shè)備

主要由家電控制板和聯(lián)網(wǎng)模塊組成，常見的聯(lián)網(wǎng)模塊有Wi-Fi模塊，藍牙模塊，LoRa模塊等。

1.4 用戶控制交互終端

常見的有手機APP，微信公眾號，網(wǎng)頁后臺。它是用戶與家電設(shè)備交互的界面。用戶通過它來顯示家電設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)、聯(lián)網(wǎng)情況等，同時用戶在控制交互終端上進行設(shè)置，實現(xiàn)遠程控制家電設(shè)備。

2 智能家電接入物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)開發(fā)流程

以下以變頻智能空調(diào)通過Wi-Fi模塊接入物聯(lián)網(wǎng)為例，說明智能家電接入物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)開發(fā)流程。

2.1 選擇物聯(lián)網(wǎng)云平臺

物聯(lián)網(wǎng)云平臺的選擇是整個開發(fā)過程重要的一環(huán)，選擇云平臺主要考慮以下因素：

（1）需考慮家電產(chǎn)品的目標使用地區(qū)地理位置;

（2）需考慮云平臺提供的功能是否滿足完全需求產(chǎn)品需求;

（3）需考慮平臺的收費成本，服務(wù)品質(zhì)等。

2.2 在云平臺后臺創(chuàng)建家電產(chǎn)品項目

在云平臺創(chuàng)建家電產(chǎn)品項目，定義產(chǎn)品的數(shù)據(jù)點，再生成對應(yīng)的產(chǎn)品唯一特征識別碼和產(chǎn)品秘鑰。云平臺會根據(jù)創(chuàng)建時填寫的信息，自動生成通訊協(xié)議。

其中數(shù)據(jù)點定義了傳輸數(shù)據(jù)的格式和對應(yīng)含義。可自由定義多個產(chǎn)品的數(shù)據(jù)點。比如，以創(chuàng)建智能空調(diào)項目為例，定義一個代表空調(diào)的開關(guān)機狀態(tài)的數(shù)據(jù)點，數(shù)據(jù)點名為Onoff，格式為布爾（Bool）類型，則云平臺會在通訊協(xié)議中對應(yīng)為它分配一個ID碼。家電設(shè)備通過這個ID碼上報開關(guān)機狀態(tài)，同時服務(wù)器也通過這個ID碼來下發(fā)控制命令，控制空調(diào)開機或關(guān)機。

2.3 智能家電設(shè)備控制板的軟件開發(fā)

家電設(shè)備控制板需要根據(jù)云平臺生成通訊協(xié)議對應(yīng)進行軟件設(shè)計，以實現(xiàn)通過Wi-Fi模塊與服務(wù)器進行通訊。此部分軟件開發(fā)主要包括以下幾個部分：

（1）家電控制板發(fā)送配網(wǎng)命令使Wi-Fi模塊進入可配網(wǎng)狀態(tài);

（2）家電控制板獲取Wi-Fi模塊連接路由器和連接網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài);

（3）家電控制板上報家電設(shè)備的產(chǎn)品唯一特征識別碼和產(chǎn)品秘鑰給服務(wù)器，與服務(wù)器后臺進行匹配;

（4）家電控制板上報家電設(shè)備狀態(tài)給服務(wù)器;

（5）家電控制板接收并解析服務(wù)器下發(fā)的控制命令，對應(yīng)控制家電設(shè)備。

3 智能家電產(chǎn)品使用過程的技術(shù)原理分析

智能家電產(chǎn)品首次進入用戶家中時，用戶需要進行一些設(shè)置，才能使用手機APP等用戶控制交互終端去控制家電設(shè)備。以智能空調(diào)用手機APP的使用過程為例，分析使用過程的技術(shù)原理。

（1）用戶將空調(diào)接入電源后，需要將空調(diào)的Wi-Fi模塊觸發(fā)進入配網(wǎng)狀態(tài)，通常通過按遙控器特定按鍵來觸發(fā)，并通過空調(diào)顯示燈板來提示這一狀態(tài)。

家電控制板在收到遙控器特定按鍵觸發(fā)后，發(fā)送配網(wǎng)命令給Wi-Fi模塊，使Wi-Fi模塊進入可配網(wǎng)狀態(tài)。一般設(shè)計是，如果Wi-Fi配網(wǎng)一直沒成功，數(shù)分鐘后Wi-Fi模塊自動退出可配網(wǎng)狀態(tài)。

（2）用戶將手機連接到家中路由器Wi-Fi，打開APP，選擇添加空調(diào)設(shè)備，再輸入家中路由器密碼。當(dāng)Wi-Fi模塊進入配網(wǎng)狀態(tài)后，APP點擊開始設(shè)備配對。此時APP會將配置的路由器名稱和密碼配置到空調(diào)的Wi-Fi模塊中，并將APP與此Wi-Fi模塊完成設(shè)備綁定。

完成設(shè)備綁定，說明云服務(wù)器已經(jīng)完成對空調(diào)設(shè)備的產(chǎn)品唯一特征識別碼和產(chǎn)品秘鑰的匹配;APP中綁定的設(shè)備，也與服務(wù)器后臺的項目完成對應(yīng)關(guān)聯(lián)。

（3）用戶打開APP界面，可觀察到空調(diào)的聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，開關(guān)狀態(tài)和溫度等數(shù)據(jù)。這是空調(diào)通過Wi-Fi模塊，向服務(wù)器上報了所有的數(shù)據(jù)點數(shù)據(jù)。從而APP從服務(wù)器端同步到了所有數(shù)據(jù)。

（4）用戶通過APP控制界面，設(shè)定空調(diào)開機或關(guān)機。這是因為用戶通過APP設(shè)置時，APP上報對應(yīng)指令到服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)下發(fā)控制命令到空調(diào)的Wi-Fi模塊。而空調(diào)在接收到控制命令后，執(zhí)行對應(yīng)動作。

4 智能家電物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化和前景展望

目前市場上常見的智能家電物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品中，存在一些設(shè)計不足，用戶使用時不夠方便。比如配網(wǎng)的方式設(shè)計得不夠方便，每臺手機都需要先進行配網(wǎng)，完成APP與家電設(shè)備配對綁定，然后才能通過APP控制。如果一個家庭中有多人，每個人都需要進行一遍配網(wǎng)操作，非常不方便?？梢詢?yōu)化設(shè)計，將配網(wǎng)和設(shè)備綁定分為兩個步驟。家電產(chǎn)品出廠時，根據(jù)Wi-Fi模塊的信息生成唯一的二維碼標簽，貼于產(chǎn)品外殼或說明書中。第一個人對家電完成配網(wǎng)設(shè)置后，其他成員只需掃二維碼即可直接進行設(shè)備綁定，方便快速控制家電設(shè)備。

隨著如今物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展，智能家電有極大的發(fā)展前景。智能化的生活需要智能家物聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)家居整體感知、信息可靠傳遞和數(shù)據(jù)智能處理。越來越多的人工智能傳感器將應(yīng)用到家電產(chǎn)品中，來替代人為的判斷和操控，以滿足人們對快節(jié)奏生活和高品質(zhì)家居環(huán)境的需求，使生活方式變得更加智能化。

參考文獻

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