張大權(quán)

摘要：伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字信息化技術(shù)的飛速發(fā)展和進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量水平不斷提升，人類生活、工作、信息和通訊的關(guān)系越來越密切，信息化程度加速了對人們工作習(xí)慣和生活方式等的改變，也對傳統(tǒng)住宅提出更高要求，因此產(chǎn)生了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)。文中主要基于智能家居系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念、智能家居系統(tǒng)技術(shù)要求，進(jìn)行基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能開關(guān)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能家居；應(yīng)用；改變；發(fā)展

1 研究背景及意義

人類自身對口常生活舒適化和智能化需求永無止境地追求，一次次地推動(dòng)著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和革新。物聯(lián)網(wǎng)在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用也正是伴隨著新興技術(shù)的不斷涌現(xiàn)應(yīng)運(yùn)而生。智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設(shè)備，比如，通過觸摸屏、無線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)；另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。

2 智能開關(guān)主要設(shè)計(jì)

（1）需求分析。場景1：晚上睡覺前，發(fā)現(xiàn)其他房間燈還亮著，但躺在床上懶得動(dòng)。場景2：匆忙出門后隱隱感覺到家里的熱水器或是其他的用電器沒關(guān)。場景3：半夜起床，摸黑去打開其他房間的燈。

（2）設(shè)計(jì)思路。上述場景在日常生活中時(shí)時(shí)存在，但目前家電市場的產(chǎn)品大都價(jià)格昂貴，不適合大面積的推廣使用，尤其對普通家庭來說，更是一筆不小開銷，所以一般家庭會選用普通機(jī)械開關(guān)節(jié)約資本，但在追求高品質(zhì)生活的今天，機(jī)械開關(guān)的使用明顯是和品質(zhì)生活相違背的。是否可以開發(fā)一種低價(jià)而又穩(wěn)定的智能開關(guān)，把家里的用電器連起來，在無線網(wǎng)絡(luò)或者蜂窩移動(dòng)數(shù)據(jù)下，通過Pad或者智能手機(jī)來控制這個(gè)智能開關(guān)，從而控制所用用電設(shè)備的開通與關(guān)斷。

（3）器件選擇。在實(shí)驗(yàn)階段考慮器件的成本與穩(wěn)定性，選擇51單片機(jī)作為主控，它有4路GPIO接口，有專門的串口通信接口，可以通過串口與WiFi接收器相連，這樣就是有了兩種可行性，一是通過WiFi接收器直接與手機(jī)相連，二是與家里的無線路由器相連，并把數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，手機(jī)通過APP軟件連接到服務(wù)器。這兩種方式用戶就可以通過點(diǎn)擊手機(jī)的按鍵來實(shí)現(xiàn)對家里用電器的控制，家里用電器在收到控制指令后，將數(shù)據(jù)返回，手機(jī)APP上的指示燈亮，用戶就可以知道電器是否供電了。在這一方面由于考慮數(shù)據(jù)的安全性，在數(shù)據(jù)格式上設(shè)立了編號與密碼，即各個(gè)用戶在同一個(gè)服務(wù)器下面，用戶只能控制自己家的用電器。在開關(guān)方面需要做繼電器模塊，即用單片機(jī)發(fā)送控制信號給繼電器，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的開關(guān)控制。

（4）軟硬件設(shè)計(jì)。

硬件部分：用一穩(wěn)壓器以保證輸出電壓穩(wěn)定，51單片機(jī)作控制器，用n個(gè)繼電器和LED燈組成各個(gè)用電設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)開關(guān)，同時(shí)用到n個(gè)常規(guī)開關(guān)以便直接控制某一或某幾個(gè)用電器。

軟件部分：程序均以C語言編寫，終端控制以手機(jī)為主，可以在手機(jī)上做控制繼電器的APP，共設(shè)n個(gè)按鍵分別對應(yīng)控制n個(gè)繼電器。全過程在無線局域網(wǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

在模擬實(shí)驗(yàn)中，成本是非常低價(jià)的，由此我們便可以看出，若想實(shí)現(xiàn)智能化，使生活更加舒適便捷是非常廉價(jià)和容易的。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能開關(guān)具有一定的可行性、安全性和普及的可靠性。

（5）服務(wù)器端。作為物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制，需要做一個(gè)類似的服務(wù)端，這個(gè)服務(wù)端可以借助任何聊天軟件，在聊天軟件中預(yù)留一個(gè)端口，專門負(fù)責(zé)傳遞和接收遠(yuǎn)程控制信號。當(dāng)然也可以做一個(gè)專門的收發(fā)指令信號的軟件。即用戶先把指令傳遞給軟件平臺，再由軟件平臺傳遞給家中用電器，這是不難實(shí)現(xiàn)的。

（6）安全性。安全問題是任何科學(xué)研究都必須考慮的問題，所以在此也需要做出分析。在傳遞信號時(shí)，使用串口通信，并且在數(shù)據(jù)格式上設(shè)立了編號與密碼，即各個(gè)用戶在同一個(gè)服務(wù)器下面，用戶只能控制自己家的用電器。密碼包括報(bào)頭、校驗(yàn)碼和報(bào)尾，三項(xiàng)內(nèi)容必須完全匹配才能實(shí)現(xiàn)有效通信，否則通信無法完成。

相比以往物聯(lián)網(wǎng)作品的高度安全性，這也是智能開關(guān)的創(chuàng)新性與優(yōu)越性。通常的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品都只是簡單地實(shí)現(xiàn)了控制，姑且實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程使用4G網(wǎng)絡(luò)控制，但如果使用者的手機(jī)丟失會存在很多隱患，縱使手機(jī)有密碼鎖，但刷機(jī)解鎖也如探囊取物一般容易?；谶@樣的考慮，現(xiàn)針對不同的用戶，不同的部門，不同的場合想出了幾種解決方案：

a.設(shè)置用戶名和密碼，打開智能家居手機(jī)控制軟件時(shí)需輸入用戶名與密碼，用戶名與密碼不匹配的無法登錄進(jìn)入，如果密碼輸入錯(cuò)誤三次，將鎖定軟件。這些需要依托主服務(wù)器才能控制軟件的鎖定。b.與指紋識別結(jié)合，打開控制軟件時(shí)，需輸入指紋，匹配后方能打開。c.設(shè)置自毀系統(tǒng)操作，控制整套家居的不只是一部手機(jī)，一旦一部手機(jī)失竊，使用家庭其他成員的手機(jī)仍可啟動(dòng)自毀，使控制程序亂碼，用電器不再受手機(jī)控制，以保證用電器或財(cái)產(chǎn)安全。d.綁定手機(jī)號，像登錄QQ或微信一樣，一旦丟失手機(jī)時(shí)手機(jī)控制軟件處于打開狀態(tài)，可以告知主服務(wù)器端，鎖定軟件。

隨著智慧城市的深入人心，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，也隨著人們對更高生活質(zhì)量的追求，家居的智能化將來一定會得到普及。每個(gè)城市基于智能家居系統(tǒng)的主服務(wù)端將來也一定能夠陸續(xù)的建設(shè)起來。所以，在這里給出一個(gè)思路，一套方案和一套體系。前期的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了其低成本的可行性。縱觀物聯(lián)網(wǎng)世界，它將人類數(shù)字化管理的范圍從虛擬信息世界延伸至實(shí)物世界，強(qiáng)化了實(shí)時(shí)處理和遠(yuǎn)程控制能力，極大地?cái)U(kuò)展和豐富了現(xiàn)有的信息系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的不僅是一個(gè)新型低成本智能開關(guān)，并且考慮到將這個(gè)產(chǎn)品延伸至遠(yuǎn)程終端，借助現(xiàn)有的無線傳感、互聯(lián)網(wǎng)等眾多IT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，更進(jìn)一步的提升了自動(dòng)化管理的處理性能和智能水平。它的維護(hù)簡單，安裝簡易，有很高的性價(jià)比，51單片機(jī)和繼電器結(jié)合足以實(shí)現(xiàn)的功能中，這可以說是具有一定創(chuàng)意，也具有很強(qiáng)的研究與思考性。

3 前景展望

當(dāng)代，低碳環(huán)保的科學(xué)發(fā)展意識已經(jīng)深入人心，構(gòu)建節(jié)約型社會也是一大目標(biāo)，這種智能開關(guān)不僅高度智能化，而且其最突出的特點(diǎn)是其成本之低，以如此低的成本實(shí)現(xiàn)高智能，充分說明研究智能家居的必要性和可行性。

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