王瑞 許文卓 陳遠(yuǎn)奇 馬詩(shī)芯

摘要：隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的推進(jìn)，人們對(duì)于家居智能化的要求也越來(lái)越高，智能化家居系統(tǒng)也在不斷的升級(jí)換代以此來(lái)滿足大眾化的需求。本文主要采用系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能家居控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，該設(shè)計(jì)主要采用RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)和指紋簽到技術(shù)實(shí)現(xiàn)刷卡啟動(dòng)整個(gè)設(shè)備和有效的識(shí)別使用者與非使用者的身份，同時(shí)擁有溫度傳感器、煙霧傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)家庭溫度情況，超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與物體間的距離測(cè)量，智能照明控制模塊、藍(lán)牙模塊等滿足個(gè)性化的需求，利用高清攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，視頻通過(guò)Wi-fi模塊發(fā)送到使用者的手機(jī)APP。該系統(tǒng)能夠完成預(yù)期設(shè)計(jì)的各項(xiàng)性能測(cè)試，無(wú)需重新布線，性能可靠，功能強(qiáng)大，具有較好的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：新型智能家居；RFID射頻識(shí)別技術(shù)；指紋簽到；

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1引言

隨著我國(guó)的高新技術(shù)領(lǐng)域迅猛發(fā)展，智能家居類產(chǎn)品受到越來(lái)越多的關(guān)注。大量高科技，多功能的電子產(chǎn)品涌入人們的日常生活，信息的極大膨脹也對(duì)使用者的認(rèn)知能力產(chǎn)生挑戰(zhàn)。使用者更需要的是一些功能強(qiáng)大，體積微小，能夠與手機(jī)相關(guān)聯(lián)且操作方便的新型智能家居感應(yīng)及控制設(shè)備。但從目前來(lái)看，我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)關(guān)于智能控制系統(tǒng)類的產(chǎn)品應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域較多，在智能家居等方面還并不常見。因此關(guān)于如何探索能夠滿足人們對(duì)家居環(huán)境安全性、舒適性、方便性、智能性的新型智能家居控制系統(tǒng)的需求，我們的團(tuán)隊(duì)亟待研究。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

2.1功能要求

智能家居控制系統(tǒng)是以信息傳輸網(wǎng)絡(luò)為硬件平臺(tái)，各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為軟件支撐平臺(tái)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將家庭生活中所用的通信設(shè)備、家居設(shè)備和家庭安全防范設(shè)備連接起來(lái)的一種智能控制系統(tǒng)[1]。該設(shè)計(jì)可以裝載在各種測(cè)量監(jiān)控的傳感器上，通過(guò)與手機(jī)藍(lán)牙模塊連接進(jìn)行實(shí)時(shí)操控，然后通過(guò)GSM模塊向手機(jī)發(fā)送火災(zāi)、煙霧等智能消息提醒，擺脫了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)功能單一，操作繁瑣的詬病。對(duì)于本項(xiàng)目的新型智能家居控制系統(tǒng)，技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單，體積小巧輕便，可以安裝在公共建筑及任何需要的家居建筑等地方。

2.2方案設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用STM32高級(jí)單片機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行主要控制，STM32單片機(jī)在接收到控制信號(hào)后，進(jìn)行分析處理并發(fā)送控制命令給各控制單元，同時(shí)將開關(guān)量的反饋信號(hào)及環(huán)境信息顯示到用戶手機(jī)和觸摸屏上[2]。通過(guò)RFID技術(shù)進(jìn)行無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)、指紋簽到平臺(tái)通過(guò)特殊的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，對(duì)活體指紋進(jìn)行采集、分析和比對(duì)，迅速、準(zhǔn)確地鑒別出個(gè)人身份、采用溫度傳感器和煙霧傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)家庭溫度變化情況，利用超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與物體間的距離測(cè)量、同時(shí)安裝有智能照明控制系統(tǒng)、高清攝像頭、藍(lán)牙等模塊提供更加便捷人性化的服務(wù)。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖：

3系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

3.1硬件設(shè)計(jì)

3.1.1RFID技術(shù)

RFID技術(shù)又稱為無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立的機(jī)械或光學(xué)接觸。整個(gè)識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，因此可工作于各種惡劣環(huán)境，也可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，其整個(gè)工作過(guò)程操作快捷、方便[3]。實(shí)現(xiàn)了智能刷卡開啟或關(guān)閉新型智能家居控制系統(tǒng)。

3.1.2指紋簽到平臺(tái)

指紋簽到平臺(tái)通過(guò)特殊的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，對(duì)活體指紋進(jìn)行采集、分析和比對(duì)，可以迅速、準(zhǔn)確地鑒別出個(gè)人身份。該項(xiàng)目通過(guò)采用此技術(shù)，進(jìn)行家庭人員的簽到，例如當(dāng)家長(zhǎng)使用RFID刷卡開啟整個(gè)設(shè)備后，小孩上下學(xué)可以通過(guò)使用指紋簽到平臺(tái)進(jìn)行簽到，家長(zhǎng)可以使用簽到平臺(tái)查看小孩的簽到記錄并了解情況等，增加家庭安全感。

3.1.3各類傳感器等模塊

該新型智能家居控制系統(tǒng)由溫度傳感器、煙霧傳感器、超聲波傳感器等傳感器模塊組成。采用DS18B2型號(hào)溫度傳感器，能夠?qū)崟r(shí)采集家中的溫度數(shù)據(jù)并將其顯示于液晶顯示屏上。當(dāng)家中的溫度過(guò)高時(shí)（可能發(fā)生火災(zāi)或者其他異常時(shí)）發(fā)送警告信息至使用者的手機(jī)APP，使其知曉情況并及時(shí)處理。MQ-2型號(hào)煙霧傳感器對(duì)家居中的安全隱患進(jìn)行檢測(cè)，如檢測(cè)到異常利用蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與物體間的距離測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)3cm-10m的非接觸式距離感測(cè)功能，并將距離顯示于液晶顯示屏上。該設(shè)計(jì)可以讓使用者根據(jù)距離的提示調(diào)整系統(tǒng)的合適安裝位置。智能照明控制模塊實(shí)現(xiàn)燈光根據(jù)實(shí)際情況開關(guān)，利用光敏電阻R13阻值變化控制照明燈自行開關(guān)。高清攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，視頻通過(guò)Wi-fi模塊發(fā)送到使用者的手機(jī)APP。藍(lán)牙控制的音響設(shè)備通過(guò)與手機(jī)、平板、電腦和筆記本等藍(lán)牙播放設(shè)備連接，達(dá)到方便、快捷的娛樂(lè)性目的。

3.2軟件設(shè)計(jì)

走進(jìn)數(shù)字化時(shí)代，產(chǎn)品設(shè)計(jì)逐漸趨向于電子化發(fā)展，主要隨新型、智能化方向變化[4]?！爸羌揖印盇PP的設(shè)計(jì)主要利用Android軟件Eclipse+ADT編程來(lái)實(shí)現(xiàn)手機(jī)客戶端APP的功能，能夠下載安裝于普通的Android手機(jī)等移動(dòng)終端的控制界面，并且能夠允許在手機(jī)上進(jìn)行點(diǎn)擊、觸摸反應(yīng)等相關(guān)操作進(jìn)行發(fā)送指令，使得整個(gè)控制系統(tǒng)更加的完備。

“智家居”手機(jī)APP主要有煙霧預(yù)警、溫度預(yù)警、照明控制、附近隱患預(yù)警、指紋簽到提醒等功能，APP平臺(tái)的開發(fā)模式是位于平臺(tái)層的上方，具有較為優(yōu)良的下行訪問(wèn)和兼容能力，可以與單片機(jī)生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行連通，充分的利用設(shè)備的資源，提供良好的智能體驗(yàn)。該手機(jī)APP的客戶端界面如圖所示：

4系統(tǒng)整體測(cè)試

該設(shè)計(jì)基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能家居控制系統(tǒng)，詳細(xì)計(jì)算系統(tǒng)中各個(gè)原件的參數(shù)，選擇相應(yīng)的器件制作實(shí)際的軟、硬件平臺(tái)。該項(xiàng)目相比于傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具有實(shí)用性強(qiáng)、可控性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)。不僅使用了各種傳感器檢測(cè)家中環(huán)境，能夠采集數(shù)據(jù)的同時(shí)也可以將數(shù)據(jù)發(fā)送至使用者手機(jī)配套“智家居”APP，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居智能化的控制。

首先使用者通過(guò)RFID無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行智能刷卡開啟整個(gè)設(shè)備，其它家庭成員例如兒童可以通過(guò)使用指紋簽到平臺(tái)進(jìn)行簽到，使用者可以利用“智家居”手機(jī)APP的簽到平臺(tái)查看小孩的簽到記錄并了解情況。利用煙霧、溫度、附近可疑物等對(duì)新型智能家居系統(tǒng)各個(gè)傳感器與STM高級(jí)單片機(jī)連接性能進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)通過(guò)APP對(duì)照明系統(tǒng)、藍(lán)牙娛樂(lè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試。經(jīng)反復(fù)模擬測(cè)試，該新型智能家居控制系統(tǒng)具有較好的實(shí)際操作性，能夠完成預(yù)期設(shè)計(jì)的各項(xiàng)測(cè)試。

5 結(jié)論

我們所立項(xiàng)并完成的基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能家居控制系統(tǒng)具有機(jī)動(dòng)性高、操作方便、價(jià)格相對(duì)低廉的優(yōu)點(diǎn)，相比于傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)創(chuàng)新性和智能化程度更高，能過(guò)滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的追求智能化生活的需求，雖然我們?cè)O(shè)計(jì)的新型智能家居控制系統(tǒng)也存在一定待改進(jìn)和完善的地方，但是基于物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展新型的智能控制系統(tǒng)也將需要一個(gè)不斷發(fā)展升級(jí)的過(guò)程?？偟膩?lái)說(shuō)，我們的團(tuán)隊(duì)將致力于更加智能化和人性化的創(chuàng)新，使我們的成果更加完善。

參考文獻(xiàn)：

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[2]呂磊，邢睿，李錦程，張瀅濤.多功能智能家居控制系統(tǒng)[J].電工技術(shù)，2018（18）：1-2+11.

[3]張露蕊.RFID技術(shù)在圖書館中的應(yīng)用研究[J].信息與電腦（理論版），2018（18）：169-171.

[4]趙敏，田水青，趙彥紅.基于4G網(wǎng)絡(luò)的新型智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)探究[J].中國(guó)多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報(bào)（中旬刊），2018（05）：127-128.