隨著基于諸多物理原理的傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居正以各種各樣的方式進(jìn)入并快速改善著人們的生活質(zhì)量。本系統(tǒng)利用ESP8266串口WIFI模塊、機智云Aiot開發(fā)平臺及單片機控制系統(tǒng)設(shè)計出一套手機APP和WIFI網(wǎng)絡(luò)的智能家居管控系統(tǒng)。利用各種物理傳感器采集家居環(huán)境信息并推送給用戶，用戶通過APP可以實時控制家用電器的工作狀態(tài)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

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(jīng)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(biāo)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(jìn)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，通過采集各個傳感器數(shù)據(jù)，分析各用電器是否處于正常工作狀態(tài)，經(jīng)WIFI模塊將家居信息傳遞給用戶終端。當(dāng)檢測出異常，如火災(zāi)、下雨未關(guān)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(shè)計

為了提高系統(tǒng)的實用性和方便程度，本系統(tǒng)還設(shè)計了類似于“小愛同學(xué)”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(zhuǎn)化為對應(yīng)的指令編號傳送回系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)控制.在使用時，用戶先要喊出系統(tǒng)設(shè)定的語音控制代碼“小愛同學(xué)”進(jìn)入語音控制模式，然后在30s內(nèi)對系統(tǒng)喊出操作命令如“關(guān)燈”指令，該指令被SYN7318識別后，與數(shù)據(jù)庫內(nèi)語音指令進(jìn)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(shè)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(nèi)的直流電壓，因此，我們需要將交流電流轉(zhuǎn)換為合適范圍內(nèi)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(yīng)原理，使被測電纜穿過空心線圈，當(dāng)被測電纜的電流發(fā)生變化時，其周圍產(chǎn)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(chǎn)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(jìn)行整流、放大后，即可變成我們所需要范圍內(nèi)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 智能產(chǎn)品互聯(lián)設(shè)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(wù)器的橋梁.在系統(tǒng)運行過程中，需要實時和服務(wù)器保持連接，不斷將MCU獲取到的信息傳送至云端服務(wù)器上，還需要從云端服務(wù)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(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)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)借助于機智云物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的通信協(xié)議就能夠?qū)崿F(xiàn)模塊與機智云云端服務(wù)器的連接，只需要將機智云開發(fā)平臺提供的固件刷入ESP8266串口WIFI模塊的Flash中就能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)服務(wù)器進(jìn)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(wǎng)開發(fā)平臺。使用該平臺的通信協(xié)議，可以輕松完成服務(wù)器和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。同時，機智云AIoT開發(fā)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(chǔ)上設(shè)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(wù)器，隨后服務(wù)器將信號發(fā)送至設(shè)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(jìn)行調(diào)整。機智云AIoT開發(fā)平臺為我們提供了很好的物聯(lián)網(wǎng)方案，讓我們很輕松地實現(xiàn)了APP和設(shè)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(shè)計難度。

7 結(jié)束語

利用傳感器采集技術(shù)、無線通信技術(shù)，借助機智云物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺，設(shè)計出一套基于手機APP和WIFI網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)連接，對居家環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測和家用電器進(jìn)行實時調(diào)控，實現(xiàn)了對家用電器和居家環(huán)境的智能化管理。