基于OneNET的物聯(lián)網(wǎng)智能家電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

黃曉桃，黃科喬，朱齊媛

摘 要：基于OneNET的物聯(lián)網(wǎng)智能家電控制系統(tǒng)，將手機(jī)Android終端通過(guò)OneNET云平臺(tái)以及ESP8266WiFi模塊連接構(gòu)建智能家電開(kāi)關(guān)，使得普通家電聯(lián)網(wǎng)化、智能化。該系統(tǒng)能隨時(shí)隨地通過(guò)手機(jī)對(duì)家中電器進(jìn)行監(jiān)控及控制，具有較高的適應(yīng)性和實(shí)用性，造價(jià)低廉，適合普通家庭使用，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步深入大眾家庭。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);OneNET;Android;智能家電開(kāi)關(guān);ESP8266WiFi模塊

在物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)中，移動(dòng)終端與智能硬件遠(yuǎn)程組網(wǎng)存在大量的問(wèn)題，如對(duì)智能硬件結(jié)構(gòu)要求復(fù)雜度較高、對(duì)服務(wù)器設(shè)計(jì)程序復(fù)雜及專用服務(wù)器使用費(fèi)用較高等，導(dǎo)致了開(kāi)發(fā)門檻高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)和拓展性能差，且目前許多智能家電產(chǎn)品存在實(shí)用性較差的情況，難以適用于普通家庭。智能家電價(jià)格也處于較高水平，不被普通家庭接受。因此，現(xiàn)階段智能家電在我國(guó)仍然不能較好普及，大部分家庭仍是以普通的家電為主。現(xiàn)在普通家用電器數(shù)量較多，如果以更換家用電器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)便捷的家庭生活，必然會(huì)對(duì)社會(huì)資源造成浪費(fèi)[1]。

一般情況下，一個(gè)開(kāi)關(guān)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)單家電甚至一些復(fù)雜家電的控制，如風(fēng)扇、燈、飲水機(jī)等。因此，實(shí)現(xiàn)普通家電的開(kāi)關(guān)聯(lián)網(wǎng)和智能化將間接使普通家電器聯(lián)網(wǎng)和智能化。以聯(lián)網(wǎng)和智能化家電開(kāi)關(guān)為核心的家電控制系統(tǒng)可以在保留普通家電實(shí)用性的前提下，有效降低家電智能化的成本，能被大多數(shù)的普通家庭接受、使用。為實(shí)現(xiàn)普通家電開(kāi)關(guān)聯(lián)網(wǎng)和智能化，只需更換開(kāi)關(guān)即可，而不需要更換家電，節(jié)約了社會(huì)資源[2]。

1 物聯(lián)網(wǎng)智能家電控制系統(tǒng)主要內(nèi)容

OneNET是一個(gè)專門為接入數(shù)據(jù)而設(shè)計(jì)云存儲(chǔ)的服務(wù)中心，具有高并發(fā)、大存儲(chǔ)、延展性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[3]，本設(shè)計(jì)方案將采用基于OneNET云平臺(tái)為核心的組網(wǎng)方案，以O(shè)neNET云平臺(tái)作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)中心，連接移動(dòng)控制端與智能硬件端的遠(yuǎn)程監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)框架[4]，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地通過(guò)Android手機(jī)APP遠(yuǎn)程監(jiān)控家電。

2 基于OneNET的物聯(lián)網(wǎng)智能家電控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于OneNET的物聯(lián)網(wǎng)智能家電控制系統(tǒng)主要由智能硬件端、移動(dòng)控制端、OneNET云平臺(tái)和普通家電組成。

智能硬件端。以主控模塊、WiFi模塊、各種類型繼電器等構(gòu)成的智能開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)以微控制單元（Micro Control Unit，MCU）為主控芯片，獨(dú)立處理各種數(shù)據(jù)及指令，配有WiFi模塊與路由器進(jìn)行連接，與云服務(wù)器建立傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）連接。

移動(dòng)控制端。以Android為操作系統(tǒng)的智能手機(jī)，用戶只需要通過(guò)手機(jī)APP，即可隨時(shí)隨地監(jiān)控家中的家電，并且可通過(guò)設(shè)定溫度等的閾值，實(shí)現(xiàn)普通家電智能化。系統(tǒng)總設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.2 智能家電開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.2.1 主控模塊設(shè)計(jì)

主控模塊是由主要由MCU、電壓轉(zhuǎn)換器、WiFi模塊和溫度模塊及其外圍電路組成，其中MCU為智能家電開(kāi)關(guān)核心部分，負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算和指令執(zhí)行[5]。智能家電開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2.2 通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

TCP透?jìng)髂Ｊ绞菍惒酱谕ㄐ呸D(zhuǎn)換成TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信模式，能將串行通信的簡(jiǎn)單設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信[6]。智能家電開(kāi)關(guān)以TCP透?jìng)髂Ｊ阶鳛榕c云服務(wù)器連接的網(wǎng)絡(luò)通信方式，能使得如STC89C52這些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單片機(jī)在無(wú)修改情況下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，有效地降低制作成本。智能家電開(kāi)關(guān)將通過(guò)WiFi模塊實(shí)現(xiàn)主控模塊OneNET云平臺(tái)建立無(wú)線通信[7]。WiFi模塊電路如圖3所示。

2.2.3 智能家電開(kāi)關(guān)工作方式

智能家電開(kāi)關(guān)以數(shù)據(jù)流的方式與云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)流里含有設(shè)備號(hào)、測(cè)量參數(shù)、溫度、控制指令等信息，智能家電開(kāi)關(guān)以解析出的數(shù)據(jù)流中的設(shè)備號(hào)、屬性參數(shù)和指令為控制依據(jù)。同時(shí)，智能家電開(kāi)關(guān)將信息整合成數(shù)據(jù)流，實(shí)時(shí)發(fā)送到云平臺(tái)，然后轉(zhuǎn)達(dá)到手機(jī)APP[8]。智能家電開(kāi)關(guān)工作流程如圖4所示。

2.3 智能家電控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 移動(dòng)控制端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)控制端是一款基于Android系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的手機(jī)APP，主要由登錄界面及用戶操作界面兩部分組成。使用者只需要在登錄界面輸入API-KEY便可連接到對(duì)應(yīng)的設(shè)備，并對(duì)自己家的智能家電開(kāi)關(guān)進(jìn)行獨(dú)立控制，同時(shí)還支持多臺(tái)手機(jī)連接同一個(gè)用戶設(shè)備。登錄界面如圖5所示，用戶操作界面如圖6所示。

2.3.2 移動(dòng)控制端工作方式

在輸入API-KEY和連接對(duì)應(yīng)的設(shè)備后，移動(dòng)控制端1 s/次向云平臺(tái)請(qǐng)求獲取數(shù)據(jù)流，云服務(wù)器把數(shù)據(jù)流下發(fā)到手機(jī)。APP在獲取數(shù)據(jù)流后，解析數(shù)據(jù)流中的設(shè)備號(hào)更新對(duì)應(yīng)設(shè)備號(hào)下的設(shè)備信息及家中的溫度等參數(shù)。APP獲取的設(shè)備號(hào)為新設(shè)備號(hào)，則會(huì)認(rèn)為有新設(shè)備連接進(jìn)入，并為此建立一個(gè)新的控制按鍵。手機(jī)客戶端工作流程如圖7所示。

3 系統(tǒng)測(cè)試

此次將3盞燈以及一個(gè)直流電機(jī)作為測(cè)試樣板，測(cè)試內(nèi)容包括試驗(yàn)次數(shù)、延時(shí)、成功率、閾值測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表1所示，ESP8266WiFi模塊數(shù)據(jù)請(qǐng)求測(cè)試如圖8所示。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著云技術(shù)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)逐漸以“云”為連接中心，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，計(jì)算、處理以及共享。物聯(lián)網(wǎng)依靠著云技術(shù)逐漸走向大眾，不斷服務(wù)社會(huì)，造福人類。本設(shè)計(jì)基于OneNET的物聯(lián)網(wǎng)智能家電控制系統(tǒng)，將OneNET云平臺(tái)作為通信中心，把家電開(kāi)關(guān)與手機(jī)終端通過(guò)廣域網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了普通家用電器的聯(lián)網(wǎng)化和智能化。

基金項(xiàng)目：基于物聯(lián)網(wǎng)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境WSN智能監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究;項(xiàng)目編號(hào)：LY1816。

作者簡(jiǎn)介：黃曉桃（1980— ），女，廣東湛江人，講師，碩士;研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

*通信作者：朱齊媛（1979— ），女，遼寧大連人，講師，碩士;研究方向：物聯(lián)網(wǎng)傳感網(wǎng)絡(luò)定位以及智能電路的設(shè)計(jì)。

無(wú)線互聯(lián)科技·軟件透視

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Design of intelligent household appliance control system based on OneNET

Huang Xiaotao， Huang Keqiao， Zhu Qiyuan*

（School of Information Engineering， Lingnan Normal University， Zhanjiang 524000， China）

Abstract：The intelligent home appliance control system based on OneNET will make the mobile phone Android terminal connect to the OneNET cloud platform and ESP8266wifi module to construct the intelligent household appliance switch， which makes the ordinary household appliances connected and intelligent. The system can monitor and control home appliances through mobile phone anytime and anywhere， has high adaptability and practicability， low cost， can adapt to ordinary home use， push animal networking technology further into the public family.

Key words：Internet of Things; OneNET; Android; intelligent home appliance switch; ESP8266WiFi module