陳炳宏 黃萍 韋向成 王清生 李菲菲

摘 要：為了使人們享受更加安全、方便、智能化的家居生活環(huán)境，本文系統(tǒng)集人臉識別自動(dòng)開門、危險(xiǎn)氣體檢測、室內(nèi)光照強(qiáng)度檢測與控制、室內(nèi)溫濕度檢測等功能于一體化并能通過PC端控制的智能家居系統(tǒng)。使用STM32單片機(jī)作為主控CPU，配合ESP8266物聯(lián)網(wǎng)模塊，以及攝像頭、氣體檢測、光照強(qiáng)度檢測、溫濕度檢測等模塊來對室內(nèi)環(huán)境各參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過對環(huán)境的自動(dòng)檢測并返回環(huán)境數(shù)據(jù)給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵字：智能化 ?STM32 ?物聯(lián)網(wǎng)模塊 ?智能家居控制系統(tǒng)

1引言

5G時(shí)代，從萬物互聯(lián)到萬物智能的黃金時(shí)代。如果說5G是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，人工智能則是物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的催化劑，成為了推動(dòng)人類進(jìn)入萬物智能時(shí)代的決定性力量?？萍几淖?nèi)藗兊纳罘绞?，使人們可以在生活的各個(gè)方面享受到科技發(fā)展帶來的便利。對居家生活質(zhì)量也有了更高的要求。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能家居越來越引起人們的關(guān)注。人們的生活水平提高后，對生活質(zhì)量也有了更高的要求。人們希望通過手機(jī)、電腦等智能電子設(shè)備來控制家里的電氣設(shè)備，觀察家里的安全等。智能家居正是按照“安全、方便、舒適、智能化”來設(shè)計(jì)的，用現(xiàn)代科技滿足人們的生活需求，并帶來全新的體驗(yàn)。

當(dāng)前，“互聯(lián)網(wǎng) +”時(shí)代已然來臨算機(jī)技術(shù)進(jìn)展迅速，網(wǎng)絡(luò)信息化廣泛運(yùn)用，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為新技術(shù)主角。就字面意思來說，物聯(lián)網(wǎng)就是物與物之間有著聯(lián)動(dòng)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)的一部分，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延展，也是信息化技術(shù)應(yīng)用在實(shí)踐中的具體化表現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過多種傳感技術(shù)及裝置，按照預(yù)先預(yù)定的協(xié)議或程序，將網(wǎng)絡(luò)與各類物體進(jìn)行連接，動(dòng)態(tài)收集、監(jiān)控物體狀態(tài)。

目前，網(wǎng)絡(luò)上盛傳許多模擬式的智能家居系統(tǒng)，但現(xiàn)實(shí)生活中，真正安裝在家庭里的智能家居系統(tǒng)缺沒有普及。本系統(tǒng)致力于設(shè)計(jì)一款具備高安全度、高舒適度、高智能化的智能家居系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)人們對科技生活的體驗(yàn)。

2 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的是Cortex-M4內(nèi)核的STM32ZET6芯片作為主控，并調(diào)用OpenMV4實(shí)現(xiàn)人臉辨認(rèn)，利用氣體檢測模塊、光照強(qiáng)度模塊、溫濕度檢測模塊、穩(wěn)壓源、舵機(jī)、直流電機(jī)等模塊相配合用以實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測并處理家居環(huán)境信息。將信息顯示在LCD屏幕上并通過ESP8266模塊將信息發(fā)送到手機(jī)上。如果檢測到CO值超過正常值則蜂鳴器警報(bào)、發(fā)信息到手機(jī)上提醒并自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)扇以提供換氣功能。采集室內(nèi)環(huán)境光照度，在低于設(shè)定值時(shí)則自動(dòng)開啟燈光，高于則關(guān)閉燈光，以起到節(jié)能作用?？捎檬謾C(jī)控制窗戶的升降。最后人臉識別技術(shù)進(jìn)行開關(guān)門設(shè)計(jì)，并且有語音播報(bào)。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械結(jié)構(gòu)主要是設(shè)計(jì)卷簾式的窗簾，以及人臉識別的自動(dòng)門鎖。卷簾式的窗簾的升降主要由電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來完成，通過連軸器將直流電機(jī)的主軸與窗簾的直桿穩(wěn)固鏈接實(shí)現(xiàn)同步傳動(dòng)的效果，以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)正反正帶動(dòng)窗簾升降的功能。

自動(dòng)門鎖主要是把原來手把控制鎖芯的來回運(yùn)動(dòng)，通過360°旋轉(zhuǎn)舵機(jī)來控制。當(dāng)人臉識別信息正確后，將信息反饋給STM32單片機(jī)來進(jìn)行處理。

4軟件功能設(shè)計(jì)

人臉識別方法：預(yù)先將雪要識別的人臉進(jìn)行圖片采集錄入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，并分別分析保存其特征點(diǎn)。在進(jìn)行人臉識別時(shí)，將采集的人臉信息與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中預(yù)先錄入的人臉信息進(jìn)行相似度比對，返回人臉相似度分?jǐn)?shù)。

危險(xiǎn)氣體檢測：采用MQ-7一氧化碳模塊以及MQ-2煙霧氣敏傳感器對室內(nèi)環(huán)境氣體進(jìn)行檢測。兩個(gè)模塊返回的電信號參數(shù)都是電壓值，通過對電壓值的換算得到相應(yīng)氣體在空氣中占的百分比含量。再將正常情況下該氣體在空氣中的含量作為一個(gè)預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)檢測到超過該預(yù)設(shè)值時(shí)則返回一個(gè)電信號，蜂鳴器開始發(fā)出警報(bào)聲音，并通過WIFI模塊將信息發(fā)送到用戶手機(jī)上。

光源信號采集：通過使用BH1750FVI光照強(qiáng)度傳感器對室內(nèi)光照強(qiáng)度信號進(jìn)行采集。

5結(jié)束

面向物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的硬件平臺(tái)為單片機(jī)、PC 主板，包括家電控制模塊、報(bào)警信號采集模塊等多個(gè)模塊，借助無線及有線網(wǎng)絡(luò)有效連接不同家電設(shè)施，將遠(yuǎn)程監(jiān)控家電設(shè)備變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的智能家居環(huán)境已經(jīng)成為未來主要的發(fā)展趨勢，具有廣闊運(yùn)用前景，但是還需要不斷開展探索和研究工作。

通過綜合調(diào)試與供電，系統(tǒng)的總體運(yùn)行比較順利，各個(gè)傳感器模塊的信息采集也非常準(zhǔn)確穩(wěn)定，各個(gè)部分之間的工作搭配協(xié)調(diào)有序。

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