基于智能手機的家居控制系統(tǒng)

李宏年

(江蘇師范大學 電氣工程及自動化學院，江蘇 徐州 221011)

0 引 言

移動通信技術和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，使得人們對家居的智能化要求提高,家庭中的各種家用電器也在日益增多。如果能將這些設備進行統(tǒng)一管理，通過智能手機遠程控制，則會給生活帶來很大便利。設計一種智能化家居控制系統(tǒng)，有效地實現(xiàn)家居、家電及各種用電設備的遠程遙控，定會給人們帶來很大的便利。因此智能化家居控制系統(tǒng)的研究成為當前一個熱點。

1 基于智能手機的家居控制系統(tǒng)硬件

智能家居系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主電路采用STC15單片機，由電源模塊、ESP8266 WiFi模塊組成。智能家居控制系統(tǒng)各個模塊連接完成的電路原理圖如圖1所示。系統(tǒng)使用網(wǎng)絡服務器作為智能家居系統(tǒng)的服務端，智能手機作為終端，用APP軟件通過服務器進行發(fā)送指令、接收指令，并進行指令解析，通過網(wǎng)絡對系統(tǒng)的服務端發(fā)送指令，系統(tǒng)服務端進行指令的執(zhí)行操作。

硬件電路部分采用四個繼電器(圖中Y1-Y4)來代替家居設備，繼電器的打開和關閉狀態(tài)代表家電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，手機控制家居系統(tǒng)實物如圖2。

2 基于智能手機的家居控制系統(tǒng)軟件

控制系統(tǒng)使用了Andriod手機系統(tǒng)開發(fā)平臺，可以設計手機頁面要顯示的內(nèi)容，通過點擊手機軟件上的操作按鈕進行控制，家電根據(jù)手機發(fā)出的控制命令來執(zhí)行相關操作。通過手指觸碰操作進行控制狀態(tài)調(diào)節(jié)，手機根據(jù)產(chǎn)生的操作進行命令轉(zhuǎn)換，通過WiFi模塊發(fā)送到網(wǎng)絡服務器，網(wǎng)絡服務器將信息下發(fā)到控制設備的WiFi接收端，通過網(wǎng)絡傳輸進入設備控制中心，進行命令解析后將命令發(fā)送給執(zhí)行設備，產(chǎn)生執(zhí)行的動作。

圖1 智能手機的家居控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖2 智能手機控制家居系統(tǒng)PCB圖

用戶Wi-Fi 建立成功后，即可點擊進入家居控制系統(tǒng)。首次登陸家居控制手機端界面顯示要求注冊WiFi設備，用戶通過ESP8266發(fā)出的無線信號連接后，就能夠使用所設計的軟件進行控制，點擊注冊設備的開關按鈕會顯示設備的當前的工作狀態(tài)。手機APP軟件采用中文可視化的安卓編程器-易安卓E4A來進行設計。E4A編程器APP編程界面如圖3所示。

圖3 編程器界面

系統(tǒng)控制軟件為手機上的控制APP，該APP在使用EV4編寫完畢以后生成一個手機APP安裝包，該安裝包對所有Android手機通用。打開該軟件便可進入系統(tǒng)控制界面。

智能家居控制系統(tǒng)的軟件設計方案是通過手機APP發(fā)送控制指令，家電系統(tǒng)服務執(zhí)行。手機控制端通過發(fā)送控制指令給服務器，服務器的軟件將控制指令解析，然后將控制指令傳送到家居控制服務端實現(xiàn)完成用戶的控制要求。手機APP軟件的實現(xiàn)，依然是采用模塊化的設計方法，即主窗口WiFi連接模塊、可分為控制模塊以及情景模塊進行設計。

圖4 智能手機控制4組家電APP操作界面

圖4的界面能實現(xiàn)對四組家電統(tǒng)一的控制。當為進家模式時，照明、空調(diào)、以及冰箱是工作運行狀態(tài)；睡眠模式時，空調(diào)、冰箱在運行工作。整個系統(tǒng)在情景模式控制中，冰箱是一直處于打開狀態(tài)的，當為離家模式時，冰箱也可以通過離家模式的開關來進行控制。本系統(tǒng)控制終端設備的自動聯(lián)網(wǎng)模塊的實現(xiàn)是靠WiFi通信協(xié)議，讓控制部分可以自動連接到家庭中的路由器?，F(xiàn)在普通家庭都已經(jīng)配有無線路由器，這種方法比較容易實現(xiàn)和操作。同時，該系統(tǒng)中的控制終端，例如手機的進網(wǎng)也比較簡單，按照普通手機連接WiFi網(wǎng)絡的方式就可以完成入網(wǎng)。文中對家居的控制采用繼電器代替家居設備，繼電器的開關狀態(tài)由LED等的亮滅來體現(xiàn)，繼電器的開關即代表家電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

3 系統(tǒng)調(diào)試

給開發(fā)板加5 V電源，用手機APP連接ESP8266所發(fā)的無線信號，進入APP操作界面，通過按鈕所顯示的功能進行控制開發(fā)板所模擬的智能家居系統(tǒng)，通過情景模式的控制可以對家居系統(tǒng)進行統(tǒng)一的控制。也可以通過返回和情景模式按鈕在軟件窗口間進行自由切換，控制流程為單向控制。進入控制界面便可使用相關按鈕對硬件以及外圍電路上的電器進行控制。在軟件的控制界面連接指定的服務器IP地址(192.168.4.1)，其通信端口為5000。使用界面上的連接按鈕即可連接。軟件設計時分為主窗口、窗口1、窗口2的設計，對各個窗口之間的切換使用返回按鈕和模式按鈕等實現(xiàn)，各個按鈕按下也會有相應的語言提示功能，如圖5所示。

各個模塊與單片機STC15F2K60S2連接，代碼燒錄后對各個模塊的分功能進行調(diào)試。通過點擊軟件上的按鈕，進行硬件的測試。家居控制部分采用繼電器來代替家電，通過LED燈的亮滅來表示家電的工作狀態(tài)。經(jīng)過調(diào)試，實現(xiàn)了軟硬件間的交互通信。硬件功能調(diào)試合格。

圖5 智能手機控制4組家電調(diào)試

4 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)技術以及智能手機技術的飛速發(fā)展對智能家居行業(yè)方面的影響巨大，智能家居將是未來生活發(fā)展的必然。Android系統(tǒng)的智能手機成功地進入了現(xiàn)代化智能家居行業(yè)，智能手機在將來智能家居控制的道路上會占據(jù)主流地位，成為智能家居控制行業(yè)的控制終端的核心部分。人們對智能家居的要求越來越高，對物聯(lián)網(wǎng)智能家居的應用需求也越來越廣。物聯(lián)網(wǎng)技術推動了電子行業(yè)、家具行業(yè)，以及其他各個行業(yè)的快速發(fā)展，提高了人們生活的水平，智能家居行業(yè)的發(fā)展前景廣闊。