廖清楊 曾慶煌 沙伊帆 呂斌輝

(西北民族大學(xué) 甘肅 蘭州 730124)

智能家居微信遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

廖清楊 曾慶煌 沙伊帆 呂斌輝

(西北民族大學(xué) 甘肅 蘭州 730124)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居的應(yīng)用也愈加廣泛。文中設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一款基于微信公眾平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括手機(jī)微信端、服務(wù)器和安卓單片機(jī)控制端三部分。用戶通過訂閱指定的微信號(hào)，輸入相關(guān)指令就可控制室內(nèi)燈光的開關(guān)并查詢室內(nèi)的溫濕度情況。該設(shè)計(jì)具有開發(fā)周期短、價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單實(shí)用、用戶體驗(yàn)好等優(yōu)點(diǎn)。

智能家居;安防系統(tǒng);無線傳感器網(wǎng)絡(luò);ZigBee

隨著智能家居逐步進(jìn)入人們的升活，在帶來便利的同時(shí)也產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但是配套的安全防范技術(shù)一直是制約安全性和智能化程度的關(guān)鍵因素。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的高速發(fā)展，智能設(shè)備滲透到千家萬戶，相比過去，智能技術(shù)給我們帶來的便利是不敢想象的，但隨之而來的是各種不安全因素也進(jìn)入了我們的家庭，比如電冰箱，熱水器，煤氣灶等的使用，都會(huì)成為一種安全隱患，使得火災(zāi)、觸電、煤氣泄漏導(dǎo)致中毒，極端條件下使爆炸的發(fā)生成為可能;同時(shí)由于一些不法分子的存在，導(dǎo)致各種各樣的違法的和犯罪的行為都會(huì)經(jīng)常發(fā)生，給人們的正常生活造成了嚴(yán)重干擾?，F(xiàn)如今，人們需要的不僅僅是生活便利的住宅，更需要的是一個(gè)能夠給人安全感的生活空間。因此，在現(xiàn)代化的智能小區(qū)和家庭中，引入家庭安防預(yù)警系統(tǒng)的意義就不言而喻了。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

(一)設(shè)計(jì)思路

基于微信云平臺(tái)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，項(xiàng)目分為微信軟件開發(fā)和智能硬件開發(fā)兩部分，通過微信在智能手機(jī)端實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居產(chǎn)品的遠(yuǎn)程控制，通過安裝多種傳感器，對(duì)家居實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)可以將數(shù)據(jù)傳送到云端，由控制人員在微信上進(jìn)行控制。同時(shí)還可通過微信對(duì)窗簾、燈光、門窗等進(jìn)行控制。

(二)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)需要借助由ZigBee模塊構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由多個(gè)終端和一個(gè)協(xié)調(diào)器構(gòu)成，終端完成信息的采集，協(xié)調(diào)器將接收到的信息通過串口傳輸給上位機(jī)。ZigBee技術(shù)作為一種新型的短距離無線通信技術(shù)，其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸速率以及低成本，主要適用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可嵌入各種設(shè)備中。在ZigBee中定義了三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即星型網(wǎng)絡(luò)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和簇樹網(wǎng)絡(luò)在星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，其協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的能量供應(yīng)必須具有不間斷性，而終端節(jié)點(diǎn)則可以采用普通的電池對(duì)其提供能量。并且協(xié)調(diào)器作為中心節(jié)點(diǎn)，它可以和其它任何一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)通信，所以此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適合智能安防預(yù)警系統(tǒng)中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建。

二、主控平臺(tái)的構(gòu)建

智能家居中家庭網(wǎng)關(guān)作為整個(gè)系統(tǒng)的主控平臺(tái)，其設(shè)計(jì)的好壞直接影響著系統(tǒng)整體性能的優(yōu)劣。本方案將設(shè)計(jì)一個(gè)基于智能家居安防系統(tǒng)的嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)，家庭通過無線模塊與網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)家電控制，并且能夠在發(fā)生警情的情況下通過網(wǎng)絡(luò)給用戶發(fā)出警報(bào)信息。用戶通過互聯(lián)網(wǎng)利用遠(yuǎn)程終端連接到家庭網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(一)嵌入式開發(fā)平臺(tái)的搭建

本方案選擇了以ARM處理器S3C2440為核心的MINI2440開發(fā)板作為目標(biāo)開發(fā)板。通過交叉編譯簡(jiǎn)單的在一個(gè)平臺(tái)上生成另一個(gè)平臺(tái)上的可執(zhí)行代碼，在這里我們確立一個(gè)平臺(tái)，即開發(fā)板MINl2440(目標(biāo)板)，另一個(gè)平臺(tái)我們把它稱作宿主機(jī)，是安裝了Linux操作系統(tǒng)的PC機(jī)。雙方之間通過串口、并口或以太網(wǎng)接口建立連接關(guān)系，并且可以通過串口、FTP或NFS來進(jìn)行通信。

(二)系統(tǒng)總體功能架構(gòu)及說明

本設(shè)計(jì)是基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集處理與應(yīng)答和互聯(lián)網(wǎng)信息通信而設(shè)計(jì)的一套家庭智能安防預(yù)警系統(tǒng)，集家庭信息捕捉、數(shù)據(jù)計(jì)算、智能應(yīng)答、及遠(yuǎn)程控制等功能為一體?？傮w結(jié)構(gòu)如下圖所示:

圖1 總體功能架構(gòu)示意圖+

三、服務(wù)器的搭建

使用微信公眾平臺(tái)的開發(fā)者模式需要服務(wù)器的支持，開發(fā)者需首先搭建好公網(wǎng)服務(wù)器，這里選擇騰訊云服務(wù)。

本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易智能家居系統(tǒng)需要傳輸溫度、濕度和開關(guān)狀態(tài)這三類數(shù)據(jù)。微信或者STC單片機(jī)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)庫，另一端再通過網(wǎng)絡(luò)下載相應(yīng)的數(shù)據(jù)。將溫濕度和燈光狀態(tài)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫上，首先對(duì)MySQL數(shù)據(jù)庫初始化，在“添加部署”完成后，“擴(kuò)展服務(wù)”里就會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)MySQL數(shù)據(jù)庫，名稱、用戶名和密碼均已設(shè)置，不可修改。通過phpMyAdmin圖形化管理工具打開MySQL，新建三個(gè)字段數(shù)為3的數(shù)據(jù)表名稱，分別為switch、humdsensor和tempsensor，除“數(shù)據(jù)表名”不同，其他參數(shù)都一樣。設(shè)置完成后在各數(shù)據(jù)表中插入一條ID為1的記錄，data或state的值不為空即可。至此，數(shù)據(jù)庫初始化完成。

此外，服務(wù)器端需要完成兩個(gè)方面的代碼設(shè)計(jì)，一方面連接微信，另一方面連接Arduino單片機(jī)，均用PHP編寫。

四、本設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

1.采用家庭局域網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，家庭的WiFi普及，使得控制更加方便，成本更加低廉。

2.通過智能手機(jī)端微信進(jìn)行控制，只需“掃一掃”便可完成匹配和配置，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控。

3.通過紅外、氣體等傳感器的自動(dòng)檢測(cè)，完成一定程度的自動(dòng)控制，可以避免一些危險(xiǎn)情況。

4.微信控制，便捷的用戶控制方案，用戶無需安裝專門的APP，可以使智能家居更容易得到推廣。

［1］張文海.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計(jì) ［D］.西安電子科技大學(xué)，2015.

［2］杜麗敏.基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究［D］.天津工業(yè)大學(xué)，2007.

［3］聶佰玲，劉亞，李宇，等.基于微信控制的智能家居系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)［J］.山西農(nóng)經(jīng)，2016(2).

2017年西北民族大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資金資助項(xiàng)目，智能家居微信遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) (項(xiàng)目編號(hào):Y17099)