□聶佰玲　劉亞　李宇　林雅惠　杜新峰

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院江蘇南京210023）

基于微信控制的智能家居系統(tǒng)研究與設(shè)計

□聶佰玲劉亞李宇林雅惠杜新峰

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院江蘇南京210023）

提出了一種利用微信控制智能家居的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，傳感層采用了Zigbee技術(shù)、傳輸層使用WIFI技術(shù)、Internet和移動通信技術(shù)，應(yīng)用層利用云平臺和微信。實現(xiàn)了家居環(huán)境溫度、濕度、光照強度，非法入侵報警的實時監(jiān)控、家電的開關(guān)和紅外控制等功能。系統(tǒng)既有良好的再塑造可擴展性，又具有低成本、低功耗的特點。

智能家居；Zigbee；微信

本文DOI：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.02.64

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對于家居生活環(huán)境的要求也不斷提高，安全和方便舒適成為越來越重要的需要。目前，較為成熟的智能家居控制方案有兩種，一種是采用本地服務(wù)器的方式，如control4的智能家居產(chǎn)品，這種方式的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的存儲和處理功能都集中在本地的控制器上；另一種是基于云服務(wù)器的方式，如南京物連傳感的產(chǎn)品，這種方式的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的存儲和處理功能放在云服務(wù)器上。這兩種方式都需要設(shè)計用戶端控制程序，而且成本費用都很高。本項目提出了一種基于微信、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、開放云平臺、Wifi和internet網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)，可實現(xiàn)對室內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度、光照強度等信息的實時監(jiān)測、對室內(nèi)非法入侵及時報警、對家用電器開關(guān)進(jìn)行控制。

1　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)主要由傳感設(shè)備、控制設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、路由器、云服務(wù)器和手機用戶端組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)按照物聯(lián)網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1感知層

包括傳感設(shè)備和控制設(shè)備。傳感設(shè)備的主要作用是對家居環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集與上傳。傳感設(shè)備采集的數(shù)據(jù)主要是溫度、濕度、光亮度、煙霧濃度、可燃?xì)怏w濃度等?？刂圃O(shè)備的主要作用是對家用設(shè)備的控制，包括對電視機、燈光、空調(diào)、門禁等的控制。網(wǎng)關(guān)是整個感知層的核心。網(wǎng)關(guān)的主要功能有：1）Zigbee網(wǎng)絡(luò)的組建。2）連接路由器，網(wǎng)關(guān)通過WIFI連接路由器，路由器通過Internet外部設(shè)備進(jìn)行通信；3）數(shù)據(jù)的處理和存儲，傳感設(shè)備和控制設(shè)備的臨時數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)關(guān)里，同時網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)執(zhí)行遠(yuǎn)端發(fā)送過來的控制指令。

1.2網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，主要由路由器、WIFI、Internet和移動網(wǎng)絡(luò)組成。其中，路由器既和Internet與云計算服務(wù)器相連，又通過WIFI和網(wǎng)關(guān)相連。手機或其他控制終端既可以通過WIFI與路由器相連，也可以通過4G等移動網(wǎng)絡(luò)與微信公眾平臺相連。

1.3應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層在整個系統(tǒng)中處于頂層，云計算服務(wù)器是數(shù)據(jù)存儲計算的中心，也是遠(yuǎn)程控制命令的中繼。手機的微信用戶通過關(guān)注公眾號，連接微信公眾平臺，用戶發(fā)送的控制命令經(jīng)過微信后臺轉(zhuǎn)發(fā)到云計算服務(wù)器，云服務(wù)器再轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)發(fā)送控制命令，設(shè)備改變狀態(tài)；設(shè)備的數(shù)據(jù)先傳到云計算服務(wù)器，然后經(jīng)過微信服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到微信客戶端，在客戶端顯示出數(shù)據(jù)。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括傳感設(shè)備的設(shè)計、控制設(shè)備設(shè)計和網(wǎng)關(guān)設(shè)計。傳感設(shè)備和控制設(shè)備都采用模塊化的設(shè)計方案。設(shè)備相同的部分做成基礎(chǔ)控制模塊，通過添加不同的模塊，實現(xiàn)不同的功能。

2.1基礎(chǔ)控制模塊

基礎(chǔ)單元主要由CC2530微處理器單元、LED顯示電路、電源電路、GPIO接口和天線阻抗匹配電路構(gòu)成。CC2530微處理器單元由CC2530及其外圍電路組成。CC2530內(nèi)部集成了適應(yīng)2.4-GHz IEEE 802.15.4的RF收發(fā)器，并且結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee協(xié)議棧，提供了一個強大和完整的ZigBee解決方案。只需極少的外部元器件，就可實現(xiàn)多點對多點的無線傳感網(wǎng)絡(luò)。

3.2傳感器模塊

傳感器模塊負(fù)責(zé)實現(xiàn)家居環(huán)境數(shù)據(jù)的感知與采集。傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)傳送給基礎(chǔ)模塊。傳感器模塊包括溫濕度傳感模塊、煙霧傳感模塊、光照傳感模塊、紅外傳感模塊以及可燃?xì)怏w傳感模塊等。

2.3網(wǎng)關(guān)設(shè)計

網(wǎng)關(guān)的電路框圖如圖2所示。在本系統(tǒng)中采用了易法半導(dǎo)體的STM32F105作為主控制器。同時網(wǎng)關(guān)內(nèi)還接入了Zigbee協(xié)調(diào)器和WIFI單元。網(wǎng)關(guān)的框圖如圖2所示。

圖2　網(wǎng)關(guān)框圖

結(jié)束語

本文提出了一種利用微信控制的智能家居的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，介紹了該智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和組成，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件的設(shè)計方案。采用Zigbee、WIFI、Internet和移動通信技術(shù)，構(gòu)建了三層結(jié)構(gòu)的智能家居系統(tǒng)。測試結(jié)果表明該方法具有成本低、功耗低、操作簡便等的優(yōu)點。該方案為智能家居系統(tǒng)的研究提供了一種新的研究方向。

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1004-7026（2016）02-0097-02中國圖書分類號：TP273.5

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項目支持：2015江蘇省大學(xué)生實踐創(chuàng)新項目支持。