趙啟威

摘要：智能家居在現(xiàn)代社會發(fā)展速度越來越快，將成為未來居家生活的重要組成部分.鑒于智能家居發(fā)展的未來前景，越來越多的企業(yè)投入開發(fā)智能家居系統(tǒng).在總結(jié)前人成果基礎(chǔ)上，以WIFI無線信息通信傳輸代替?zhèn)鹘y(tǒng)通信方式設(shè)計的一款智能家居系統(tǒng).介紹了該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制系統(tǒng)、客戶端軟件系統(tǒng)設(shè)計及性能測試要求.實踐表明，該系統(tǒng)操作簡單，且能實現(xiàn)了用戶遠(yuǎn)程實時監(jiān)控和管理，可應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域.

關(guān)鍵詞：智能家居；控制系統(tǒng)；設(shè)計；實現(xiàn)

引言

智能家居概念最早是由美國學(xué)者提出的，被稱為SmartHome.智能家居作為新興產(chǎn)業(yè)正在成為市場的新寵兒。國內(nèi)智能家居市場發(fā)展迅速，由于智能家居實現(xiàn)家電、家居生活、互聯(lián)網(wǎng)等有機結(jié)合，因此也被視為“互聯(lián)網(wǎng)+”影響下科技對社會一大重要影。國內(nèi)已經(jīng)有不少企業(yè)投入巨資進(jìn)入智能家居系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域.實現(xiàn)智能家居的關(guān)鍵技術(shù)是總線技術(shù)，通過該技術(shù)對家居住宅中的各類家電、通信、安防等設(shè)備實現(xiàn)智能管理與監(jiān)控。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代智能家居是居家住宅為平臺，以家中各種設(shè)備為控制對象，應(yīng)用計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)等技術(shù)構(gòu)建的家居智能控制系統(tǒng)。智能家居是實現(xiàn)生活智能化的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)的實現(xiàn)由硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。

1智能家居的主要應(yīng)用

智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用之一，它以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日常事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)家是家居的重要組成部分，家電智能化控制系統(tǒng)的開發(fā)和建設(shè)已被人們廣泛關(guān)注。基于目前智能手機Android操作系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，本文研制了一款基于Wi-Fi的智能家居系統(tǒng)，此系統(tǒng)具有電源管理、開關(guān)控制、家電設(shè)備控制等功能，包括燈光系統(tǒng)、家電系統(tǒng)、遙控類家電智能控制系統(tǒng)，在保留原來功能基礎(chǔ)上，實現(xiàn)本地?zé)o線控制和遠(yuǎn)程控制。

2基于WiFi技術(shù)的智能家居硬件系統(tǒng)設(shè)計

1.1WiFi無線通信技術(shù)

傳統(tǒng)的智能家居通常采用有線的通信方式，但是存在布線繁瑣、擴(kuò)展性能較差等問題。隨著無線技術(shù)的普及，特別是云計算、物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，無線智能家居在其推動下應(yīng)運而生，并逐漸發(fā)展壯大，已成為智能家居系統(tǒng)的首選。紅外通信技術(shù)、小于1GHz的射頻技術(shù)、ZigBee通信技術(shù)、WiFi技術(shù)、Z—Wave技術(shù)等是目前連接智能家居產(chǎn)品和移動設(shè)備的主要手段。

無線射頻技術(shù)也已經(jīng)比較成熟，具有良好的穿透性、成本低廉的優(yōu)點，但其傳輸距離短、抗干擾性、安全性較差，且目前絕大部分應(yīng)用只能單向通訊。Wi-Fi技術(shù)突出的優(yōu)勢在于：其一，無線電波的覆蓋范圍廣；其二，傳輸速度很快，可以達(dá)到11mbps，符合個人和社會信息化的需求。而且基于Wi-Fi技術(shù)的無線局域網(wǎng)已經(jīng)日趨普及，因此常稱為智能家居無線通信技術(shù)的首選。WiFi技術(shù)將智能家居的各類家電設(shè)備、通信設(shè)備、安防設(shè)備高效地銜接起來，提供比傳統(tǒng)智能家居更舒適、安全、便捷的智能家居生活空間，提高了人們的生活方式，為用戶帶來了全新的家居生活體驗。

1.2WiFi插座的控制原理

WiFi智能插座利用了現(xiàn)有家庭中的WiFi網(wǎng)絡(luò)，通過客戶端操作打開或者關(guān)閉指定的家電。可實現(xiàn)普通家電的智能化，即在傳統(tǒng)插座和普通家電之間安裝一個智能插座，通過WiFi接收智能終端發(fā)出的指令，自由的操控連接的設(shè)備。WiFi插座是由WiFi模塊、繼電器控制電路、繼電器和輸出觸點構(gòu)成。串口WiFi模塊根據(jù)接收到的控制指令控制繼電器的通斷，如圖1所示。

與普通的WiFi模塊相比，WiFi插座可進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線接收與發(fā)送，實現(xiàn)節(jié)點之間的互相通信以及節(jié)點與Internet網(wǎng)絡(luò)通信。插座中內(nèi)嵌的單片機使普通的家電設(shè)備無需運行在操作系統(tǒng)上就可運行，實現(xiàn)裸機驅(qū)動；同時WiFi插座還內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議，具備了家庭網(wǎng)關(guān)的Internet網(wǎng)絡(luò)接入功能，家庭局域網(wǎng)與TCP/IP協(xié)議間的轉(zhuǎn)換，家庭局域網(wǎng)中各種不同通信協(xié)議之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能，無需家庭網(wǎng)關(guān)，可隨意擴(kuò)充插座的數(shù)量，可擴(kuò)展性較強。

1.3基于WiFi技術(shù)的智能家居硬件系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

基于WiFi插座的智能家居系統(tǒng)由WiFi插座局域網(wǎng)、無線路由器、Internet網(wǎng)絡(luò)、手機接入網(wǎng)絡(luò)和無線控制端等組成。其工作原理主要通過智能終端（PC或者手機）利用無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制信號，收到信號的各類傳感器設(shè)備通過觸發(fā)控制命令來控制智能插座的通斷，從而實現(xiàn)對家居設(shè)備的遠(yuǎn)程、實時的控制。系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖如圖2所示。

采用WiFi插座局域網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對各個節(jié)點的控制，即插即用，沒有復(fù)雜的安裝流程，無需單獨設(shè)立家庭網(wǎng)關(guān)，降低了智能家居的成本；可通過插座的隨意擴(kuò)充，實現(xiàn)家庭局域網(wǎng)的隨意擴(kuò)展與縮減，保護(hù)了現(xiàn)有的裝修環(huán)境；并利用無線終端對家庭網(wǎng)絡(luò)中的任一節(jié)點實現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程的自由控制。

3性能測試

3.1基于WIFI的智能家居系統(tǒng)設(shè)計完成以后，還需要進(jìn)行全面的性能測試。通過智能家居系統(tǒng)硬件、控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)等全面的設(shè)計，構(gòu)建了基于WIFI技術(shù)的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了用戶對家居電器的智能遠(yuǎn)程控制，使生活更加舒適。智能家居的理念被提出已經(jīng)有很多年了。智能家居系統(tǒng)的設(shè)計是實現(xiàn)智能家居理念至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。WIFI技術(shù)的發(fā)展的智能家居系統(tǒng)設(shè)計發(fā)展有著決定性影響，是智能家居系統(tǒng)更加安全、高效.基于理論提出的設(shè)計理念最終被廣泛推廣應(yīng)用，還需要對系統(tǒng)進(jìn)行全面的性能測試。系統(tǒng)性能測試的目的，一方面確保系統(tǒng)設(shè)計的功能能夠充分發(fā)揮作用；另一方面，全面的性能測試還能有效評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于系統(tǒng)在應(yīng)用中需要應(yīng)對更加復(fù)雜的使用環(huán)境和使用條件，只有經(jīng)過全面的性能測試，才能真正適應(yīng)市場滿足廣大群眾的使用需要。

3.2為了測試手機控制家居的效果，在距離測試家居10公里外通過手機登錄家家居控制系統(tǒng)并發(fā)動控制指令，測試運行的服務(wù)器數(shù)據(jù)傳輸程序。結(jié)果證明手機軟件與中央控制器實現(xiàn)通信。

3.3對家居智能系統(tǒng)的性能測試要滿足信號傳輸穩(wěn)定、安全、準(zhǔn)確的要求，系統(tǒng)的各種家居設(shè)備的控制要靈敏有效。此次智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計的測試家電以電冰箱、洗衣機、微波爐、電視機、監(jiān)控器等電器為主。對于使用過程中可能出現(xiàn)的某個設(shè)備異常能夠及時預(yù)警。在滿足以上測試要求后，才是一套具有市場投放價值的智能家居系統(tǒng)。

本文對系統(tǒng)的性能測試由兩方面組成.一方面是基于實驗條件，對智能家居系統(tǒng)軟件進(jìn)行各項功能測試。測試過程中設(shè)置一些影響因素，判斷系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。另一方面，在系統(tǒng)廣泛推廣前進(jìn)行必要的系統(tǒng)市場檢測.要求不同年齡、不同區(qū)域的用戶進(jìn)行系統(tǒng)使用檢測。通過用戶的使用真實反映系統(tǒng)存在的不穩(wěn)定因素。最后，系統(tǒng)通過性能測試被廣泛推廣后還需要保留端口用于收集用戶的使用反饋，為系統(tǒng)優(yōu)化升級積累豐富經(jīng)驗，系統(tǒng)通過測試后就可投入使用。

結(jié)束語

本文設(shè)計了一款基于Wi-Fi的智能家居系統(tǒng)，由網(wǎng)關(guān)、智能終端組成內(nèi)網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)、家庭路由器、Internet組成外網(wǎng)。操作時，手機APP發(fā)出指令后，最終經(jīng)家庭路由器到達(dá)網(wǎng)關(guān)，經(jīng)網(wǎng)關(guān)過濾后轉(zhuǎn)發(fā)給各個終端節(jié)點，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)同時保留了本地的所有操作功能，保證了用戶系統(tǒng)的正常運作。經(jīng)實際測試，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，操作可靠，達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計目的。

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