楊 帆
(廣東省職業(yè)技能服務(wù)指導(dǎo)中心 廣州 510115)
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進步,人民的生活水平得到顯著改善,作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一的“智慧家居”以不可阻擋的趨勢快速崛起,各大傳統(tǒng)家電廠商和新興科技企業(yè)積極布局。各類智慧家居產(chǎn)品已從過去的展覽館已開始走入一般家庭。另外一個方面,物聯(lián)網(wǎng)在民生各個應(yīng)用領(lǐng)域中也占據(jù)著越來越重要的位置。智慧家居產(chǎn)品的應(yīng)用已遍及到窗簾、燈、門以及電視等家用電器智能化、人性化,便于人們遠程控制管理。使人可以隨時了解家中電器、門禁等設(shè)備的狀況,極大地滿足大眾的生活需求,為用戶帶來便利。
物聯(lián)網(wǎng)是指基于紅外感應(yīng)器、RFID射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息感知設(shè)備,按照約定的通信協(xié)議,通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)物與物之間信息的交換,從而實現(xiàn)智能化定位、跟蹤、識別、監(jiān)視和管理的技術(shù)的總和。移動物聯(lián)網(wǎng)是基于NB-IOT 、移動通信技術(shù)等無線通信技術(shù)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)層的作用是信息傳輸,通過各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將感知層收集、傳輸來的信息傳遞并匯總到應(yīng)用層。物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)中,網(wǎng)絡(luò)層的實現(xiàn)技術(shù)有很多種,包括藍牙、WiFi、移動通信等技術(shù);網(wǎng)絡(luò)層的作用相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng),負責(zé)將感知層收集的信息傳遞給大腦。而應(yīng)用層的作用則相當(dāng)于人的大腦,負責(zé)對傳輸層傳遞來的信息進行綜合分析,并且做出判斷和決策。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層采用各種移動通信技術(shù),比如 NB-IoT、 4G、5G、技術(shù)來實現(xiàn)時,就稱之為移動物聯(lián)網(wǎng)。感知層可以類比做人的鼻子、眼睛、耳朵、皮膚等感知器官,用于感知和收集外部世界的信息。應(yīng)用層的作用是對傳輸層傳遞來的信息進行匯總和分析,并且做出智能判斷和決策。
為人們生活起居營造更加安全、舒適、健康的家居生活環(huán)境,移動物聯(lián)網(wǎng)智能家居是指通過手機智能終端,經(jīng)由移動通信網(wǎng)絡(luò),對各種智能設(shè)備,如溫度濕度傳感器、位置等進行統(tǒng)一的管理和控制,實現(xiàn)這些智能設(shè)備之間的信息交互、信息共享。
本文選有的ESP8266是一種低成本的WiFi模塊,具有一個內(nèi)置的微處理器和一個1MB的閃存,通過協(xié)議使其能可以連接到WiFi進行通信。其引腳功能如圖1。
圖1 ESP8266模塊引腳功能
本系統(tǒng)設(shè)計的移動物聯(lián)網(wǎng)智能家居框架結(jié)構(gòu)如圖2。
圖2 移動物聯(lián)網(wǎng)智能家居框架結(jié)構(gòu)圖
3.1.1 房間空調(diào)控制器
改造已有的空調(diào),讓其能繼續(xù)使用普通遙控器遙控,也能使用網(wǎng)絡(luò)控制。而且使用遙控器控制的結(jié)果,也能通過網(wǎng)絡(luò)查詢到。
1)通過單片機控制空調(diào):買一個紅外發(fā)光二極管,接在ESP8266的一個引腳上,另一腳接地。
2)監(jiān)控空調(diào)的工作狀態(tài):找到空調(diào)遙控接收板上的紅外接收管,找出數(shù)據(jù)線,焊接出來,接在ESP8266的一個引腳上,在這個腳上打開外部中斷,取得空調(diào)工作狀態(tài)。
3.1.2 用電功率監(jiān)視器
“交流功率測量盒”。這個測量盒可以測量一臺空調(diào)的功率,也能測量整個家庭的功率。 買三個組合起來,還能測量三相動力電的功率。測量結(jié)果通過TTL串口讀取出來,功率,電流,電壓,電量這些信息都有。
3.1.3 房間燈光控制器
雙控一盞燈,既能傳統(tǒng)的手動控制,也能用網(wǎng)絡(luò)控制的方法。
用ESP8266+繼電器做一個控制器,就可以通過網(wǎng)絡(luò)控制這個繼電器。
然后單片機一個引腳接出來,接一個普通墻壁開關(guān)。單片機程序?qū)懸幌?,這個開關(guān)的狀態(tài)變化一次,就把繼電器的狀態(tài)變一下(不用管開關(guān)到底是開,還是關(guān),只檢測開關(guān)的變化)。這樣不僅僅可以傳統(tǒng)手動控制,而且手動控制之后的狀態(tài),也可以通過網(wǎng)絡(luò)看到。
3.1.4 SIM800通信模塊
SIM800C是一款城堡孔封裝的四頻GSM/GPRS模塊,能適用于本項目移動物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)品設(shè)計需求。使用到的功能包括:GSM短信收發(fā),GPRS數(shù)據(jù)傳輸,TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸,LBS信息的定位,http的java接口調(diào)用,F(xiàn)TP的無線升級,模塊BT的串口協(xié)議傳輸[3]。
3.2.1 用ESP8266作為服務(wù)器和節(jié)點,包含節(jié)點采集到的數(shù)據(jù)和狀態(tài)(比如:溫度,濕度,空調(diào)開關(guān))。
3.2.2 ESP8266服務(wù)器收到節(jié)點更新后,回復(fù)一個UDP命令包,包含發(fā)送給節(jié)點的控制命令(比如:開燈,關(guān)燈),并緩存節(jié)點的IP地址信息。
3.2.3 ESP8266另開web服務(wù),手機電腦均可訪問,可以查看狀態(tài),也可以控制,在家通過局域網(wǎng)訪問,不依賴互聯(lián)網(wǎng),在外需要做一個端口映射(申請公網(wǎng)IP)。
3.2.4 收到web的控制命令后,立即給節(jié)點發(fā)送命令UDP包(之前已經(jīng)緩存了節(jié)點IP信息),可以做到空調(diào)一按就亮,幾乎無延時。
智慧家居的移動物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)過程控制如圖3。
圖3 智慧家居的移動物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)過程控制圖
過程控制代碼如下:
實踐證明該方式能通過移動通信網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)對各種智能設(shè)備,如溫度濕度傳感器、位置等進行統(tǒng)一的管理和控制,實現(xiàn)這些智能設(shè)備之間的信息交互、信息共享,達到遠程對設(shè)施設(shè)備的智能管理,并具有極大的可拓展性。
本文主要論述了智慧家居的移動物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計方法。在現(xiàn)代社會的發(fā)展中,智慧家居帶來了諸多便利。智慧家居不僅提高了人們的生活品質(zhì),滿足了人們的生活需求;通過移動物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)對全宅空調(diào)、燈光、門禁、溫濕度監(jiān)控等多種的智能管理和應(yīng)用。智能窗簾模塊可以調(diào)節(jié)室內(nèi)光照強度,平衡室內(nèi)溫度,在功能上滿足客戶需求。