基于WiFi控制的智能云家居系統(tǒng)

楊雨鑫 尤國(guó)強(qiáng)

摘要：遙控器上按鍵太小，找不到遙控按鈕或容易按錯(cuò)按鍵;夏天睡前要打開(kāi)蚊帳下床去關(guān)燈、關(guān)風(fēng)扇或關(guān)空調(diào)，這樣有可能會(huì)讓蚊子鉆入蚊帳;不想半夜起床摸黑開(kāi)燈;出門后才想起忘了關(guān)家里的電器，插線板擠在狹小空間，手伸不進(jìn)去不便插拔……相信不少人都有過(guò)類似的困擾，而基于WiFi控制的智能云家居系統(tǒng)可以解決這些不便，只需要一部隨身攜帶的手機(jī)或平板，通過(guò)在清晰的屏幕上“指指戳戳”就能方便地用智能云模式控制家中的一切電子設(shè)備，為人們帶來(lái)更便捷的生活。

關(guān)鍵詞：WiFi控制;智能云;家居系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）23-0142-02

1 引言

當(dāng)前家電設(shè)備的控制方式主要采用物理按鈕控制或觸摸控制等方式，對(duì)于電器的操控必須要近距離用手完成。這樣的控制方式既麻煩，又有觸電的危險(xiǎn)。如果將各種家電的控制方式升級(jí)，集各種控制于一個(gè)基于WiFi控制的手機(jī)智能云平臺(tái)上[1]，借助手機(jī)屏幕上的虛擬按鍵就可以遠(yuǎn)程控制各種家電，省略了人為的操作，不僅省略了距離的限制還能增加效率，增加家庭生活的幸福感。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和4G、5G通信技術(shù)的不斷發(fā)展、移動(dòng)智能設(shè)備的普及，和WiFi技術(shù)的發(fā)展與之應(yīng)運(yùn)而生的就是物聯(lián)網(wǎng)的迅速崛起，在物聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展的大環(huán)境下，智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)的代表也日益成熟，在WiFi通信的推動(dòng)下，利用手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的終端控制系統(tǒng)誕生了，而智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用便是其中之一。WiFi已成為目前最普遍的無(wú)線通信方式之一。相比于普通家居，智能家居在普通家居的基礎(chǔ)上，還擁有智能化、易安裝、易維護(hù)、性價(jià)比高等特點(diǎn)。

智能家居網(wǎng)絡(luò)的核心就是無(wú)線傳輸技術(shù)，而WiFi恰好能滿足智能家居網(wǎng)絡(luò)的所有要求。作為現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的無(wú)線通信技術(shù)，WiFi可以與所有智能家居進(jìn)行連接，并且與家庭網(wǎng)絡(luò)連接，讓手機(jī)等終端設(shè)備在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下可以隨時(shí)隨地完成對(duì)智能家居的直接控制。省略了不同控制信號(hào)之間的互相轉(zhuǎn)換，擁有開(kāi)發(fā)難度低、傳輸速度快、易操作的特點(diǎn)。

如今90%以上的家庭都擁有WiFi，利用WiFi通信，無(wú)需布線，在安裝便捷的同時(shí)還有易維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，利用WiFi作為智能家居網(wǎng)絡(luò)的紐帶，還能夠?qū)⑺械闹悄芗揖舆B接到一起，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的優(yōu)勢(shì)，具有高靈活性，可移動(dòng)性的特點(diǎn)。所以，利用WiFi進(jìn)行智能家居的自動(dòng)化控制成為目前工程師們研究的熱點(diǎn)。本項(xiàng)目研究的基于WiFi控制的智能云家居可以實(shí)現(xiàn)家電控制、照明控制、安全檢測(cè)、智能識(shí)別等多功能一體化的目的。

2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，美國(guó)建造出了世界上第一棟真正意義上的智能建筑，該智能建筑具有通信數(shù)據(jù)化、控制自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)。自此，智能家居系統(tǒng)逐漸成為家居行業(yè)的熱門發(fā)展方向，且功能越來(lái)越復(fù)雜和強(qiáng)大。

智能家居系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的核心技術(shù)之一是嵌入式智能處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。近年來(lái)，隨著新型傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)的快速發(fā)展和成熟應(yīng)用，融入這些新技術(shù)的智能家居系統(tǒng)已在整體功能和智能程度上有了本質(zhì)的提升。在新技術(shù)高速發(fā)展的背景下，加上國(guó)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活水平提高、房產(chǎn)市場(chǎng)活躍以及國(guó)家政策扶持等有利因素，我國(guó)智能家居行業(yè)目前也進(jìn)入了高速發(fā)展的快車道。

雖然目前智能家居行業(yè)有著良好的未來(lái)發(fā)展勢(shì)頭，但該行業(yè)仍存在著一些亟待解決的問(wèn)題。首先，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，各企業(yè)產(chǎn)品沒(méi)有形成統(tǒng)一規(guī)范的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于我國(guó)智能家居行業(yè)起步較晚，因此雖然目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品類型很多，但在行業(yè)間缺乏溝通聯(lián)系，沒(méi)有制定出規(guī)范統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使得不同企業(yè)品牌的智能家居系統(tǒng)軟硬件無(wú)法彼此兼容通用，令用戶在選擇和使用產(chǎn)品方面沒(méi)有衡量標(biāo)準(zhǔn)，且增加了各企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)和維護(hù)成本，造成智能家居市場(chǎng)發(fā)展受限的困境。第二，目前市場(chǎng)上很多智能家居產(chǎn)品的操作界面和使用步驟過(guò)于煩瑣，看似豐富全面的功能其實(shí)大部分并不實(shí)用，且過(guò)于復(fù)雜的智能設(shè)備出錯(cuò)率也比較高，這嚴(yán)重降低了智能家居產(chǎn)品的便捷性。第三，由于大多數(shù)的智能家居產(chǎn)品都具有復(fù)雜的軟硬件組成結(jié)構(gòu)，當(dāng)這些不同的組成結(jié)構(gòu)分別由不同廠家提供時(shí)，由于這些廠家產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，就使得智能家居系統(tǒng)的整體性能不能得到穩(wěn)定的保證，且令智能家居系統(tǒng)的維護(hù)成本大大上升，特別對(duì)于綜合布線型的物聯(lián)智能家居系統(tǒng)更是如此，故上述缺點(diǎn)大大影響了智能家居產(chǎn)品的普及和推廣。另外，由于當(dāng)前國(guó)內(nèi)絕大部分智能家居產(chǎn)品均模仿國(guó)外已有產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)，沒(méi)有針對(duì)我國(guó)生活習(xí)慣和家庭狀況開(kāi)展深入的調(diào)研，從而一些高端智能家居產(chǎn)品并不符合國(guó)人的日常使用習(xí)慣。很多智能家居產(chǎn)品僅將家庭的安防傳感器系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和整體照明控制系統(tǒng)等進(jìn)行簡(jiǎn)單整合，缺乏大家居范疇的整體規(guī)劃，系統(tǒng)的舒適性和智能性不高。最后還有一個(gè)容易被人們忽視的方面，由于智能家居產(chǎn)品在家庭個(gè)人數(shù)據(jù)的保護(hù)方面沒(méi)有受到足夠的重視，且數(shù)據(jù)的非法交易難以有效監(jiān)管，故使用智能家居產(chǎn)品時(shí)反而可能會(huì)導(dǎo)致家庭安全信息和個(gè)人隱私的泄露，從而讓智能家居系統(tǒng)難以讓用戶放心使用，因此，相比于前面的各種問(wèn)題，對(duì)數(shù)據(jù)的保護(hù)這個(gè)方面是更為迫切需要解決的問(wèn)題[2]。

3 智能云家居系統(tǒng)的整體軟硬件設(shè)計(jì)方案

智能云家居系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)由云平臺(tái)、主控制器、ESP 8266 WiFi模塊和室內(nèi)家居系統(tǒng)等部分組成，整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，移動(dòng)設(shè)備的App云平臺(tái)通過(guò)WiFi熱點(diǎn)或路由器與WiFi模塊連接，WiFi模塊通過(guò)串口與主控制器連接，主控制器與各個(gè)家居設(shè)備通過(guò)總線相連，并由云平臺(tái)主通過(guò)WiFi模塊與主控制器無(wú)線通信從而實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)家居系統(tǒng)的控制。當(dāng)主控制器通過(guò)WiFi 模塊與家居系統(tǒng)中的各設(shè)備連接時(shí)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)終端對(duì)家居系統(tǒng)的智能化控制，還可以實(shí)現(xiàn)主控制器對(duì)家居系統(tǒng)中各傳感器參數(shù)的獲取功能。

系統(tǒng)主控制器選用性價(jià)比較高的STC15F2K60S2單片機(jī)。該單片機(jī)的主要性能為：2048字節(jié)片內(nèi)RAM存儲(chǔ)器;增強(qiáng)型8051內(nèi)核，運(yùn)行速度比傳統(tǒng)51單片機(jī)快7至12倍（因?yàn)檫\(yùn)行速度為12T，故比STC早期的1T系列單片機(jī)運(yùn)行速度大幅提高）;包含低速模式、空閑模式和掉電模式的低功耗節(jié)能運(yùn)行模式;高精度內(nèi)部R/C時(shí)鐘;±1% 溫飄（-40℃～+85℃），常溫下溫飄僅為5‰;工作頻率范圍為5～35MHz（由于運(yùn)行速度可為12T，故頻率范圍相當(dāng)于傳統(tǒng)8051單片機(jī)的60～420MHz）;32K字節(jié)的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，擦寫次數(shù)可達(dá)10萬(wàn)次以上。當(dāng)將該款單片機(jī)設(shè)置為空閑模式運(yùn)行時(shí)，可以大大降低控制系統(tǒng)在日常沒(méi)有任務(wù)執(zhí)行時(shí)的電量消耗，從而僅用普通電池就能維持系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)的無(wú)線WiFi通信器件選用ESP 8266模塊，并采用該模塊的AP+Station模式和主控制器進(jìn)行無(wú)線連接。該WiFi通信模塊擁有近80MHz的32位主頻處理器，并內(nèi)置WiFi模組，可以完成無(wú)線連接的高主頻高性能網(wǎng)關(guān)工作。

本文的軟件設(shè)計(jì)主要包括智能云平臺(tái)的移動(dòng)設(shè)備端App設(shè)計(jì)和主控制器的智能控制程序設(shè)計(jì)。其中，移動(dòng)設(shè)備端的App設(shè)計(jì)包含前端人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)和后臺(tái)java程序設(shè)計(jì);而主控制器智能控制程序的核心是通過(guò)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，來(lái)判斷家居設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境，并對(duì)各家居設(shè)備發(fā)送相應(yīng)的控制指令。

圖2為本文設(shè)計(jì)的智能云家居系統(tǒng)主控制器的控制程序流程圖。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的智能云家居系統(tǒng)具有易操作、易實(shí)現(xiàn)和低成本的特點(diǎn)，同時(shí)還具有靈活性和可移動(dòng)性，為家庭生活帶來(lái)了極大的便利，提高了居家生活的幸福感和舒適感。本系統(tǒng)具有其他智能家居沒(méi)有的靈活性、安全性和易操作性，更具智能和發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許奎.智能家居通信協(xié)議綜述[J].儀器儀表用戶，2017，24（2）：109-111.

[2] 丁函，羅軍，陸文駿，等.智能家居控制APP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2017，27（1）：121-125.

【通聯(lián)編輯：梁書】