智能家居控制系统设计与实现

智能家居控制系统设计与实现
摘要：进入21世纪，科学技术与生产力的快速提高，居住环境也成为人们关注
的领域，促使科学工作者们将“智能化”这一理念引入人类生活小区以及工作场所。

智能家居的目标是提高人们的生活质量，让家居环境更加的智能、便捷。

基于物
联网技术设计了一套基于机智云平台的智能家居控制系统，可以实现对家用电器
的控制、环境的监测。

先是简单介绍系统总体设计，再是分模块介绍系统的各硬
件模块。

经过试运行，系统运行良好，功能满足设计需求。

关键词：智能家居；控制系统；设计与实现
1导言
由于智能家居的智能化系统需要保证24小时运行，因此，必须足够重视智能家居系统的安全性，稳定性和可靠性，以确保智能家居系统的主要功能在某些互
联网速度低或不稳定的情况仍然不受影响。

2智能家居系统的优势
2.1操作随意性
操作随意操作方法多样化，消费者可以直接使用智能触摸屏进行控制，同时
也可以通过控制手机和平板电脑进行智能遥控。

此外，智能家居可以不限制时间、不限制地点和任意情况下及时地进行全面地了解和控制内外各种设备。

2.2智能设备相互联动
家居智能系统连接到家庭网络来控制家庭使用的各种设备以满足消费者的需求。

此外，合理的管理系统可以利用通信系统发现信息和应急服务的共享，例如，ZigBee通信，基于家庭的能源管理系统可以为家用电器提供能源指标并测量数据
的能耗估算以及周期等通过信息反馈回到主控制器。

2.3扩展功能多
智能家居系统可以满足不同类型，不同类型和不同类型家庭用户的不同需求。

家庭控制系统可以进一步提升为更加智能化的系统，对于实现的内容进行更新，
不断扩展更多领域的内容，因而应用更加广泛，控制功能也进行不断的改进和完善。

譬如在现有的家居控制系统中，包括不仅智能灯和智能安全防护，智能家电
控制和视频共享以及远程控制这些日常的生活功能可以实现，儿童和老人防护、
帮助紧急电话呼叫以及自动灌溉和宠物喂食等，这些我们生活中同样必不可少的
功能它也可以实现。

2.4稳定性强
智能家居系统使用不同的通信技术，例如RF、ZigBee技术、WiFi技术以及总
线技术，发送命令以控制来自不同家庭设备的命令以进行统一管理。

同时，即使
在网络速度不稳定的地方也可以支持使用，智能中心控制主机双网络设计也显著
提高了系统的可靠性。

这四个优势使智能家居系统走进更多家庭，让更多的人通
过智能家居来有机会体验他们生活中的智能化改变，生活更加方便，因此智能系
统也受到众广大人民群众的欢迎。

3智能家居控制系统设计与实现
3.1系统总体设计
设计的系统可实现以下功能：通过温湿度传感器采集室内温湿度数据，上传
至云端显示，用户可以使用APP查看，通过光照传感器采集室内照明强度数据，
用户可以利用oneNET云平台下达指令对室内家用电器进行控制。

3.2硬件设计
系统的硬件部分主要通过WiFi进行无线通讯，采用意法半导体的STM32芯
片作为主控制器设计单片机控制电路，根据功能需求设计相应的传感电路模块。

控制器通过WiFi接收来自APP端的信息，然后做出相应的控制动作。

3.2.1核心控制模块
单片机控制模块采用Cortex-M3内核的STM32F103系列的32位ARM微控制器。

它是一款性价比极高的单片机，工作频率为72MHz，内置高速存储器，丰富
的增强I/O端口和连接到两条APB总线的外设，包含2个12位的ADC、3个通用
的16位定时器和一个PWM定时器，还包含2个I2C和SPI接口、3个USART口，一个USB口和一个CAN口。

在单片机最小系统的基础上，加上各种传感器监测模块即可采集各种监测数据；连上WiFi模块即可进行无线传输数据；接入继电器模块即可控制各种设备通断电。

3.2.2传感检测模块
传感检测模块主要包括DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾气敏传感器模块、
M18激光对射光电开关等模块。

DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传
感器。

其精度湿度+-5%RH，温度+-2℃，量程湿度20-90%RH，温度0~50℃。

MQ-
2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检
测也很理想,可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

M18
激光对射光电开关由发射器与接收器组成，有效距离达10m。

当有物体挡住发射
器发出的光束时，接收器接收不到就会动作从而判定有物体进入监控区域。

由于
传感器一般为数字量输出或模拟量输出，而且STM32F103系列单片机自带AD转
换器，传感器直接连接单片机I/O口即可，通过程序进行驱动工作。

3.2.3智能继电器模块
继电器（relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定
要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。

它实际上
是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。

目前，许多陈旧的设备功能完
好但不能联网，不具备智能控制功能。

如果重新购买设备淘汰旧设备，就需要增
加成本，也会造成一定的资源浪费。

因此，设计一款具有智能控制的继电器模块，然后通过在老旧设备上加装智能继电器模块，通过移动终端控制继电器的通断达
到智能控制设备的通断电，使设备具有智能控制的功能。

通过在继电器模块上接
入单片机控制电路与WiFi通讯电路，使APP终端可以发送数据到达继电器模块，使继电器模块收到远程终端的控制从而达到智能化的目标。

3.3软件设计
系统的软件部分主要包括APP端程序的编写与控制端电路程序的实现。

系统
需要有一个良好的人机交互界面进行输入信息，远程控制端的信息也需要实时反
映在APP端；控制电路通过WiFi接收到APP发送过来的信息也需要进行正确的
动作，保证系统运行可靠、稳定。

3.3.1单片机控制程序
系统的单片机控制程序主要包括单片机的上电初始化，单片机时刻接收来自APP端发来的数据，根据用户指令进行相应的动作；同时，单片机处理传感器检
测到的数据并进行信息的传递与判断。

程序的初始化主要包括WiFi模块、相关
IO驱动模块以及机智云协议模块的初始化；然后在主函数中使用while循环，使
传感器模块时刻工作检测数据以保证信息的有效性；采用中断的方式接受APP端
发送的数据请求，已节约系统的资源，通过单片机的数据处理结果进行继电器的
动作。

3.3.2 APP控制程序
系统的APP控制程序主要包括APP的页面编写以及与单片机控制程序的数据
交互。

打开APP程序成功登录之后，页面会展示当前设备的状态信息。

对于可控
制设备，可以通过APP查看设备状态并进行远程控制；对于只读设备，只能读取
相关数据信息，不能进行控制。

通过移动APP，可以远程控制灯、插座等用电设
备的通断；可以无钥匙控制门的开启与关闭；可以实时读取环境的温湿度以及查
看是否有检测到相关气体超标或有物体进入监控区域；可以远程报警或取消报警。

页面设计选择开关按钮、标签等控件，布局简约，方便用户操作使用。

4结束语
总之，智能家居控制系统的制作与测试，首先根据功能进行分模块制作与调试，使得单片机控制端的数据能够上传到云平台，在APP端进行显示；通过APP
端能够准确地下发数据至单片机端，各功能模块都能正常工作。

然后将所有的功
能模块进行整合，联合测试。

测试后，系统也能实现相应的功能，互不干扰，基
本实现了设计目标。

这种设计具有成本低廉的优势，同时由于系统的开源性，用
户可以对该系统进行定制设计，添加所需要的设备即可。

参考文献
[1]吴思楠.基于物联网的智能家居控制系统设计与实现[D].扬州：扬州大学，2016.
[2]刘靖.基于物联网技术的智能家居信息处理与控制系统研究[D].北京：华北
电力大学,2016.
[3]柳桂国，葛鲁波，金湖庭，等．智能仪表技术[M].．北京：北京师范大学
出版社，2015：62-74．。