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[资料] 基于云平台的智能家居系统设计与实现

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发表于 2017-9-15 15:39:26 |显示全部楼层
【摘要】 设计并实现了一种基于云平台的智能家居系统,该系统以STM32作为下位机的控制核心,通过传感器搜集家庭环境信息并上传之云服务
器,手机APP端通过云服务器实现对下位机各用电器的状态监控。该系统通过云平台对家居环境实现智能化,提高人们日常家居生活的生活质量。
【关键词】机智云;智能家居系统设计;智能化
0 引言
智能家居以住宅为平台,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。该智能家居系统分为移动控制终端模块和硬件模块。软件模块作为移动控制端,系统选择android操作系统实现实时监控和反馈、以及远程操控等功能。系统的硬件模块采用了STM32F103C8T6主控芯片、esp8266WI-FI模块和功能外设实现了网络通信、自动控制等功能。云端选取的是机智云。
1 智能家居系统总体的设计
整体设计以机智云为中心。移动控制端可以透过机智云与下位机进行双向通信。移动控制端通过云端对下位机所有设备的状态进行监视,并对部分用电器进行控制。下位机以STM32F103C8T6为核心对所有用电器进行数据的读取与控制,并将数据整合后通过ESP8266WI-FI模组与云进行双向通信,云服务器在整个数据传输的过程中充当着一个中继器的角色。下位机共包括个7部分,分别为LED驱动模块、电机驱动模块、舵机驱动模块、温湿度感应器模块、红外传感器模块、烟雾感应器模块和WIFI模块。LED灯驱动模块用于模拟现实中可调亮度LED灯。电机驱动模块用于控制窗帘的开关,通过控制电机的正反转及工作时间实现窗帘的开关。舵机驱动模块用于控制门的开关,当接收到MCU命令时,实现正反转90°从而实现门的自动开关。温湿度数据通过温湿度传感器进行收集。红外传感器模块用于防盗系统,当监测到警报信号时,发出警报并向云上报警报信息。烟雾感应器模块用于对厨房气体的监测,当出现异常状态时,及时进行警报和向云端发送警报信息。WIFI模组用于STM32F103C8T6主控芯片与云之间通讯。
2 移动终端设计
移动终端的设计要取决于数据类型和指令的执行方式。在对需求分析之后,移动端采用当前广泛流行的开放的Android系统进行移动控制终端的设计,配合机智云的开放数据库,使该终端具有良好的扩展性。然后设计出各个功能的模块的界面,包括图标、电灯的开关功能、反馈的设备状态数据的显示方式、以房间为单位对家电设备进行分组控制以及烟雾和红外的报警功能。主要工作流程:应用程序启动后,后台服务启动,与机智云取得连接,输入用户名密码登录进入主界面,主界面后以房间为单位选取需要操作的设备,云会定时发送当前设备信息到移动控制端,达到实时监测的要求,设计界面图如图1所示。

3 硬件模块结构及功能
硬件模块的设计采用了STM32F103C8T6芯片为主控制芯片实现对设备控制和设备状态信息的获取、通过与ESP8266WI-FI模块通信实现与云端的数据传输。外设设备包括各类传感器和家居应用设备,其硬件模型图如图2所示。

3.1 环境监测模块
环境监测模块主要依靠多种传感器进行数据搜集,主要包括有光电红外开关、烟雾感应器、温度感应器。系统通过对传感器状态信息的获取,实现对家居环境的监测。烟雾感应器可以对厨房气体进行有效的监测,烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感,电离产生的正、负离子,在电场的作用下各自向正负电极移动。在正常的情况下,内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室。干扰了带电粒子的正常运动,电流,电压就会有所改变,破坏了内外电离室之间的平衡,烟雾感应器向STM32发送警报信息,STM32接收到警报信息后进行警报并向云端发送警报信息,从而防止火灾的发生。在对门控制中,可以对光电感应器状态信息的获取实现门的自动开关,当检测到门内用红外信息时,STM32向舵机发送开门信息并将当前门的状态上报到云,从而实现门的自动感应。在阳台装置的红外感应器可以实现防盗功能,当获取到异常信息时,自动触发报警装置和上报警报信息。温湿度感应器采用的是DHT11温湿度传感器,STM32向温湿度传感器发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,将采集的温度高8位数据和湿度高8位数据上传到云,实现对环境温湿度的有效控制。
3.2 家居应用设备
家居应用设备包括:可调亮度LED灯、排气扇、可调节转速风扇、智能窗帘等。这些设备均与STM32F103C8T6芯片进行连接,从而实现对设备的远程控制。通过STM32F103C8T6芯片向控制LED和风扇的串口发送PWM信号可实现对LED亮度和风扇转速的控制。通过对控制电机电流的方向、大小的及工作时间的实现的控制,能够准确的移动窗帘的位置,从而实现窗帘的智能化。当然,在实际应用中也可以根据用户的需求进行设备的增减。
4 智能家居系统的测试分析
该智能家居系统通过一个智能家居模型进行调试分析,通过对各个模块的分别调试,使得设备上传的数据能准确上传到云,云下发的指令能准确的控制各个对应的模块,各个模块都能够实现自己对应的功能。之后将所有的模块进行整合,整合后设备也能够实现与之对应的功能,基本上实现了设计的初衷。在软件部分,通过应用使用机智云开放的数据库,进行对界面、功能的设计。开发的软件访问系统后台服务器,进入机智云开发者中心进行调试,通过调试虚拟设备与手机软件之间的数据传输,使之实现了准确数据传输。将云、手机软件、硬件设备整合后,能实现准确的数据下发和上传,从而实现了智能家居的远程控制。
5 总结
智能家居系统是近年来比较热门的研究课题,对居民的生活方式也造成了很大的影响,越来越多的家庭采用智能家居系统。该系统还存在不足之处,系统的稳定性、网络的安全性、数据传输实时性等方面还是需要进一步研究。
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