智能家居控制系统设计与实现

? 144

?

ELECTRONICS WORLD ?技术交流

智能家居控制系统设计与实现

浙江东方职业技术学院信息传媒与自动化学院 郑定超 陈彩微

智能家居的目标是提高人们的生活质量，让家居环境更加的智能、便捷。基于物联网技术设计了一套基于机智云平台的智能家居控制系统，可以实现对家用电器的控制、环境的监测。先是简单介绍系统总体设计，再是分模块介绍系统的各硬件模块。采用传感器检测数据，STM32控制器处理数据，智能继电器模块输出构成整个系统。通过移动APP 端查看并控制硬件模块的运行状态，达到智能便捷的目的。经过试运行，系统运行良好，功能满足设计需求。

引言：智能家居（smart home ），以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境（董朋，基于B/S 架构的智能家居控制系统的设计与实现：天津理工大学，2017年）。智能家居的目标是提高人们的生活质量，让家居环境更加的智能、便捷。其中主要有3 项：家居设备自动化（HA ）、家居设备通信（HC ）和家庭环境安全（HS ）（陆兴华，吴恩燊，黄冠华，基于Android 的智能家居控制系统软件设计研究：物联网技术，2015年11期。）。

本项目基于智能家居的设计理念，设计并实现了一套基于机智云平台的智能家居控制系统，可以实现对家用电器的控制，进行自动化通断电；对室内的温湿度、气体等各项环境指标进行监测，对室内区域进行监控，如果发生指标异常或监测到有入侵目标，会产生报警动作。智能家居的控制终端采用Android 设计开发的APP 进行控制，可以查看并控制设备的运行状态，可以手动报警或取消报警。

1 系统总体设计

本系统设计由传感检测模块、核心控制模块、继电器模块、无线通讯模块以及APP 终端组成。其中通过传感检测模块检测家居环境的各项参数指标，经过单片机进行处理后由无线通讯模块发送至APP 端进行显示，如果参数指标异常，单片机会控制继电器模块动作控制设备进行工作和报警。同时，通过APP 终端发送数据至控制模块进行操控设备，设备的状态信息也会实时回送至APP 端进行显示。系统的结构框图如图1所示。

此次系统的功能设计主要如下：1)通过手机APP 能远程控制家用电器的通电与断电，如LED 电灯、插座等用电设备；2)通过手机APP 进行开门与关门，实现无钥匙进出；3)通过手机APP 实现家庭环境的检测，如温湿度、CO 浓度等环境参数；4)能远程实现区域安全监控，当有对象进入重点监控区域时，手机APP 进行报警提示；5)其他功能。

系统设计主要基于物联网技术，采用STM32微控制器作为主控制芯片，通过WiFi 进行无线通信，实现一个低成本、低功耗、远

距离的智能家居控制系统。通过手机、平板等便携式终端设备实现对整个智能家居环境的同步查看与控制，使家居环境真正实现自动

化、智能化。

图1 智能家居控制系统结构框图

2 硬件设计

系统的硬件部分主要通过WiFi 进行无线通讯，采用意法半导体的STM32芯片作为主控制器设计单片机控制电路，根据功能需求设计相应的传感电路模块。控制器通过WiFi 接收来自APP 端的信息，然后做出相应的控制动作。硬件部分的主要功能框图如图2

所示。

图2 系统硬件框图

2.1 核心控制模块

单片机控制模块采用Cortex-M3内核的STM32F103系列的32位ARM 微控制器。它是一款性价比极高的单片机，工作频率为72MHz ，内置高速存储器，丰富的增强I/O 端口和连接到两条APB 总线的外设，包含2个12位的ADC 、3个通用的16位定时器和一个PWM 定时器，还包含2个I2C 和SPI 接口、3个USART 口，一个USB 口和一个CAN 口（刘静，杨正校，沈健，基于WIFI 的安卓智能家居控制与监测系统的设计：软件，2014年第6期。）。

在单片机最小系统的基础上，加上各种传感器监测模块即可采集各种监测数据；连上WiFi 模块即可进行无线传输数据；接入继电器模块即可控制各种设备通断电。2.2 传感检测模块

传感检测模块主要包括DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾气敏传感器模块、M18激光对射光电开关等模块。DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器（崔阳，张维华，白云峰，一种基于Arduino 的智能家居控制系统：电子技术应用，2014年第4期。）。其

基金项目： 2017年浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划（项目编号：2017R457003）。