李廷陽 張 媛 張啟雄 徐紀明 胡安正

(湖北文理學院物理與電子工程學院 湖北 襄陽 441053)

1 系統(tǒng)總體設計

筆者設計的智能家居管控系統(tǒng)基于物聯(lián)網技術，通過STM32F103ZET6單片機采集電壓電流傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器的信號數(shù)據(jù)，將所采集數(shù)據(jù)經WIFI模塊發(fā)送給用戶終端，用戶通過終端反饋的信息監(jiān)測家庭環(huán)境的各項指標是否異常，控制家用電器的實時工作狀態(tài)，從而完成對家庭環(huán)境的智能化管理.該系統(tǒng)也可根據(jù)采集信息語音控制家用電器狀態(tài)，并將家用電器狀態(tài)和居家環(huán)境信息在LCD顯示屏上進行顯示.整個系統(tǒng)的框架如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 系統(tǒng)工作流程

智能家居管控系統(tǒng)的工作流程圖如圖2所示，該系統(tǒng)以STM 32F103ZET6單片機為核心，通過采各個傳感器數(shù)據(jù)，分析各用電器是否處于正常工作狀態(tài)，經WIFI模塊將家居信息傳遞給用戶終端.當檢測出異常，如火災、下雨未關窗、用電器出現(xiàn)短路等現(xiàn)象時，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析將自動向用戶手機發(fā)出警報，協(xié)助用戶處理突發(fā)現(xiàn)象.同時，用戶也可以根據(jù)信息或意愿來改變家用電器工作狀態(tài)，實現(xiàn)智能家居管控.

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

3 語音控制設計

為了提高系統(tǒng)的實用性和方便程度，本系統(tǒng)還設計了類似于“小愛同學”的語音助手.該語音助手采用SYN7318語音交互模塊，將所采集的語音信息轉化為對應的指令編號傳送回系統(tǒng)進行相應控制.在使用時，用戶先要喊出系統(tǒng)設定的語音控制代碼“小愛同學”進入語音控制模式，然后在30 s內對系統(tǒng)喊出操作命令如“關燈”指令，該指令被SYN7318識別后，與數(shù)據(jù)庫內語音指令進行比較，匹配完成后即可實現(xiàn)語音操控功能.

4 傳感器探究及其電器狀態(tài)檢測設計

在日常生活中，家用電器往往使用的是交流電，而我們控制系統(tǒng)中使用的單片機只能采集一定范圍內的直流電壓，因此，我們需要將交流電流轉換為合適范圍內的直流電壓.我們利用電磁互感原理采集交流電流，電流互感器是一種非接觸式的電流傳感器，電流互感器是根據(jù)電磁感應原理，使被測電纜穿過空心線圈，當被測電纜的電流發(fā)生變化時，其周圍產生的磁場也會同時發(fā)生變化，同時空心線圈的磁通量發(fā)生變化，磁通量的變化就會使次級回路產生小交流電流，然后利用高精度采樣電阻對二次電流采樣后，通過有源整流電路對采樣電壓進行整流、放大后，即可變成我們所需要范圍內的直流電壓信號.電流檢測流程圖如圖3所示.

圖3 電流檢測流程圖

5 智能互聯(lián)設計

智能家居管控模型效果圖如圖4所示，系統(tǒng)選用WIFI模塊作為溝通云端服務器的橋梁.在系統(tǒng)運行過程中，需要實時和服務器保持連接，不斷將MCU獲取到的信息傳送至云端服務器上，還需要從云端服務器上獲取手機APP發(fā)送的控制指令.只有保持WIFI模塊的正常工作，才能保持整個系統(tǒng)的正常運行，本系統(tǒng)采用了ESP8266串口WIFI模塊，其廣泛應用于物聯(lián)網領域，具有能耗低、燒寫固件方便、傳輸數(shù)據(jù)快、支持AT語言、體積小、價格便宜等特點.本系統(tǒng)中將ESP8266串口WIFI模塊作為從機配合MCU工作，該模塊只作為通信模塊使用.系統(tǒng)借助于機智云平臺提供的通信協(xié)議就能夠實現(xiàn)模塊與機智云云端服務器的連接，只需要將機智云平臺提供的固件刷入 ESP8266串口WIFI模塊的Flash中就能夠實現(xiàn)網絡連接的功能.

圖4 智能家居管控模型效果圖

6 用戶APP開發(fā)

本系統(tǒng)需要對APP和互聯(lián)網服務器進行搭建開發(fā)，但是這對于本科階段是比較困難的，所以我們選用集成度高、易開發(fā)的機智云物聯(lián)網開發(fā)平臺.使用該平臺的通信協(xié)議，可以輕松完成服務器和設備之間的數(shù)據(jù)交換.同時，該平臺也向開發(fā)者提供了開源的參考手機APP代碼框架，開發(fā)者可以在此基礎上設計適合使用的手機APP.

在系統(tǒng)運行過程中，用戶可以通過該APP將控制信號發(fā)送至服務器，隨后服務器將信號發(fā)送至設備，實現(xiàn)了隨時隨地對家用電器的控制.不僅如此，APP上還可以實時顯示家用電器狀態(tài)，方便用戶根據(jù)信息對家居環(huán)境進行調整.機智云平臺為我們提供了很好的物聯(lián)網方案，讓我們很輕松地實現(xiàn)了APP和設備之間的數(shù)據(jù)交換，極大地減輕了智能家居管控系統(tǒng)的設計難度.

7 結束語

筆者利用傳感器采集技術、無線通信技術，借助物聯(lián)網開發(fā)平臺，設計出一套基于手機APP和WIFI網絡的智能家居管控系統(tǒng).該系統(tǒng)將基本的家用電器通過WIFI模塊與互聯(lián)網連接，對居家環(huán)境進行實時監(jiān)測和家用電器進行實時調控，實現(xiàn)了對家用電器和居家環(huán)境的智能化管理.