吳越鴻 王喆 張一然 付麗華 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

微管家
--基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

吳越鴻 王喆 張一然 付麗華 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

隨著科技的飛速發(fā)展，人們的生活水平越來越高，身邊的一切事物也在向著智能化方向發(fā)展?；谶@一背景，進(jìn)行了智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作-----智能管家系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括三部分，分別為智能終端、超低功耗的UART-WiFi模塊及家庭數(shù)據(jù)采集與家電控制設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)連接部分的協(xié)調(diào)器為基于具有低功耗模式的CC2530的模塊；在云數(shù)據(jù)傳輸部分，使用私有云(Private Clouds)作為服務(wù)器，從而構(gòu)建一個(gè)具有安全性和隱私性的保障的智能家居系統(tǒng)；在物聯(lián)網(wǎng)與云數(shù)據(jù)的連接中使用的具有UART-WiFi透?jìng)鞴δ艿腅SP8266模塊，可將物理設(shè)備連接到Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能。

智能管家系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng) 私有云

1 智能管家系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，分別為智能終端、超低功耗的UART-WiFi ESP8266模塊及家庭數(shù)據(jù)采集與家電控制設(shè)備CC2530模塊。

整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可以分為家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和家庭外部網(wǎng)絡(luò)兩部分。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)由wifi無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，主要提供本地用戶對(duì)智能家居控制系統(tǒng)的訪問與控制；家庭外部網(wǎng)絡(luò)則通過微信終端連接ESP8266模塊，以提供遠(yuǎn)程用戶對(duì)智能家居控制系統(tǒng)的訪問與控制。

進(jìn)行智能管家系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是將包含的各功能子系統(tǒng)進(jìn)行整合集成，智能管家系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 智能管家系統(tǒng)示意圖

2 智能管家系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

2.1 硬件組成部分

2．1．1 核心板設(shè)計(jì)

核心處理模塊是整個(gè)智能管家控制系統(tǒng)的核心，本設(shè)計(jì)采用ESP8266和CC2530模塊為核心，協(xié)調(diào)器接收各個(gè)節(jié)點(diǎn)終端模塊所采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，對(duì)分析結(jié)果和客戶所需要實(shí)現(xiàn)的功能，然后發(fā)送指令控制終端節(jié)點(diǎn)從而達(dá)到對(duì)家電設(shè)備進(jìn)行控制。

2．1．2 智能開鎖模塊

外部開門：人們通過微信將開鎖指令發(fā)送到云端，當(dāng)開鎖模塊接收到開門指令時(shí)后臺(tái)自動(dòng)記錄開門的時(shí)間和開門的人物，并控制單片機(jī)使其控制步進(jìn)電機(jī)開門。

內(nèi)部開門：使用人體紅外傳感器，當(dāng)人走到人體紅外傳感器的感應(yīng)范圍內(nèi)則門自動(dòng)打開；

2．1．3 留言顯示模塊

留言顯示：當(dāng)模塊接收到留言指令時(shí)后臺(tái)將留言的時(shí)間和留言的人物記錄下來，留言模塊將留言內(nèi)容顯示在oled顯示屏上。

2．1．4 溫濕度檢測(cè)模塊

溫濕度傳感器檢測(cè)周圍環(huán)境的溫濕度，將檢測(cè)的結(jié)果傳給CC2530協(xié)調(diào)器模塊，CC2530協(xié)調(diào)器模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并將其信息顯示在oled屏幕上。

2．1．5 智能家電控制模塊

由CC2530協(xié)調(diào)器控制多個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過控制繼電器來間接控制家用電器，或者通過節(jié)點(diǎn)連接傳感器來實(shí)現(xiàn)智能控制。

2.2 軟件組成部分

2．2．1 私有云技術(shù)

私有云（PrivateClouds）是為一個(gè)客戶單獨(dú)使用而構(gòu)建的，因而提供對(duì)數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制。私有云可部署在企業(yè)數(shù)據(jù)中心的防火墻內(nèi)，也可以將它們部署在一個(gè)安全的主機(jī)托管場(chǎng)所。

2．2．2 ZigBee 技術(shù)

ZigBee是IEEE802．15．4協(xié)議的代名詞。根據(jù)送個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。

2．2．3 ESP8266 模塊

ESP8266 系列模組是深圳市安信可科技有限公司開發(fā)的一系列基于樂鑫ESP8266的超低功耗的UART-WiFi模塊的模組，可以方便地進(jìn)行二次開發(fā)，接入云端服務(wù)，實(shí)現(xiàn)手機(jī)3/4G全球隨時(shí)隨地的控制，加速產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)。

3 總結(jié)與展望

智能管家系統(tǒng)是以住宅為平臺(tái)家庭為最小設(shè)計(jì)單元，綜合利用了多種先迸技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)成高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)管理系統(tǒng)，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制與一體，提高家居安全性、可靠性、方便性、舒適性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的健康居住環(huán)境。

在當(dāng)前大力提倡環(huán)保的背景下，智能系統(tǒng)能很好的踐行節(jié)能環(huán)保、低碳生活的值導(dǎo)，伴隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，將智能家居應(yīng)用于家庭住宅中是時(shí)代發(fā)展的潮流，智能管家系統(tǒng)使用的硬件設(shè)備便宜、節(jié)能、環(huán)保更有利于進(jìn)行全面推廣，未來智能家居將步入尋常百姓家中，由此可見開發(fā)出一款高性價(jià)比的智能管家系統(tǒng)對(duì)加快智能家居的推廣和普及具有重要意義。

吳越鴻、王喆，張一然，沈陽工學(xué)院，學(xué)生；付麗華（通訊作者），1972年6月，女，滿族，遼寧人，沈陽工學(xué)院，教師，副教授。