基于物聯網平臺的智能家居監控系統設計

區玉俊（中山大學 新華學院 廣東 東莞　523133）

基于物聯網平臺的智能家居監控系統設計

區玉俊
（中山大學 新華學院 廣東 東莞523133）

為了提高家居環境的智能化，設計一種基于物聯網平臺的智能家居監控系統，選用STM32作為為系統控制核心，結合無線網絡、無線傳感技術與嵌入式技術，以分塊設計實現監測和監控功能，定時地對目標環境進行檢測，并通過物聯網平臺yeelink將采集到的信息發給用戶，用戶可以實時接收到并得知家居環境參數，并且可以通過遠程控制家居設備狀態。通過對該系統多次現場模擬實驗，系統能夠穩定運行、實時傳輸數據到終端，相對于傳統智能傳輸系統穩定性和數據處理能都有提高。

家居監控；物聯網；傳感器；實時

如今無線通信、傳感器等技術的快速發展以及人們安全意識的不斷提高，智能家居的設計被提出并深入研究［1］。智能家居集電子信息技術和計算機控制與一體，通過在家居中設計安裝各類傳感器，如視頻監控、溫濕度采集等，再通過物聯網平臺將采集到的數據實時傳輸到用戶終端，并可以遠程操控家居中的設備運行狀態。但傳統的智能監控設備，由于采用布線方式，系統比較繁瑣，一定程度限制了其發展［2］。為此，本文選用以ARM內核的STM32控制器，以物聯網平臺為基礎，設計出一種基于物聯網平臺的智能家居監控系統。

1　系統功能架構

物聯網家居環境信息檢測及設備控制系統由：環境信息采集傳感器模塊、無線傳輸模塊、物聯網平臺與系統的核心控制模塊4個部分構成，總體架構利用模塊式的構建模式，系統的構建與總體連接功能如圖1所示。圖中的傳感器單元包括溫度傳感器、濕度傳感器、有害氣體檢測等模塊，采用以太網網絡負責將采集到的信息傳輸到終端上位機顯示，采用最新的socket程序庫，提高系統數據在網絡傳輸的穩定性和可靠性，實現對數據的采集、傳輸、顯示功能，實現智能化、網絡化［3］。

圖1　系統的總體結構圖

2　系統硬件設計

2.1微控制器

本系統的設計中使用 STM32F103作為核心處理器，STM32F103是一款內核為32位處理器的單片機［4］，其最高工作頻率為72 MHz，數據處理速度高速，片上集成豐富的資源，具備多個外部中斷源，能夠同時處理多路中斷，提高處理器的資源利用率，3路 URAT，I2C、PWM、SPI等多路通信接口，片外存儲器的接口拓展有 Nor Flash、SDRAM，通過總線方式與微處理器相連，拓展儲存數據空間，并且具有高數據傳輸的DAM通道。STM32芯片通過SPI接口和RS-232接口與無線通信模塊以及其他傳感器單元模塊進行數據的交換［5］。與其他單片機相比擁有性能高、成本低、功耗低等特點。主控制器內部結構圖如圖2所示。

圖2　STM32內部結構圖

2.2數據傳輸模塊

本系統的數據傳輸是通過無線網絡橋梁來實現的，對家居中采集到的數據通過無線網絡傳輸到用戶終端，提高了通訊的效率和協調化。在電路搭建中其主要研究的是STM32單片機與W5500之間的數據交換、擴展NRF2410無線傳感模塊和傳感器之間的數據接收、處理與發送［6］。主控制器與W5500模塊建立網絡連接，W5500通過SPI串行外部接口與主控器芯片相連進行通訊，實現將數據通過無線傳輸到物聯網平臺yeelink，最終能與用戶的終端進行信息交互。選用2.4GHz無線收發NRF2410模塊與各類傳感器連接，實時采集傳感器數據變化，并將數據傳輸到主控制器。圖3為網絡通信模塊W5500與主控制器的通信連接方式。

圖3　W5500與主控制器連接方式

3　軟件設計

本系統軟件設計的核心部分是主控制器與網絡通信模塊的設計部分，無線通信模塊作為數據通信的中間橋梁，連接物聯網平臺yeelink平臺［7］。W5500具有80MHz的告訴SPI接口，支持8個Socket連接，支持TCP、ICMP與PPPoE協議、支持高速串行外設接口。W5500的接口速度完全能滿足STM32的最大SPI速度，如下是以太網W5500通過SPI接口連接STM32主控制器初始化部分代碼，實現將數據實時傳傳輸到物聯網平臺［8］。

初始化W5500端口：

W5500_Write_Register（Sn_CR（s），Sn_CR_CLOSE）；

while（W5500_Read_Register（Sn_CR（s）））；//等待關閉命令完成

W5500_Write_Register（Sn_IR（s），0xFF）；//清除中斷

W5500寫入命令：

u8 Listen（SOCKET s）

｛u8 status=0；/*只有 Sn_SR寄存器變為 SOCK_INIT之后，才可以進行LISTEN和CONNECT命令*/

if（W5500_Read_Register（Sn_SR（s））==SOCK_INIT）

｛W5500_Write_Register（Sn_CR（s），Sn_CR_LISTEN）；// 往Sn_CR中寫入LISTEN命令

while（W5500_Read_Register（Sn_CR（s）））；//等待指令完成

4　系統測試

家居智能監控系統的設計中主要具有以下功能：用戶登陸模塊、家居環境監控模塊、家居設備工作狀態監控模塊、各電器操控模塊、報警處理模塊、系統維護模塊與用戶管理系統模塊。用戶登錄模塊用于用戶驗證身份，確認用戶的個人登錄。室內環境監控模塊用于室內的溫度、濕度、亮度與氣體的監測，用戶根據該軟件模塊可以具體地觀察到家中的室內環境。家電工作狀態監控模塊主要用于觀察各個家電當前的工作狀態，用戶能在軟件中觀察到家中電器是否已經關閉或者開啟。電器操控模塊用于讓用戶能夠便捷地開關與調節電器，為整個控制系統的核心部分［9-10］。報警處理模塊用于當家中出現不能處理的特殊情況及時給用戶發送緊急狀態信息，給予用戶一個準確的當前緊急狀態提醒。系統維護模塊是為該軟件設置的模塊，該模塊能使得軟件更加地具有健康性，能讓用戶得到更好的體驗。用戶管理系統模塊用于用戶添加新的權限賬號與新的家居監控與控制子系統，使得軟件具有更大的可適應性。終端設備界面窗口設計如圖4所示，系統測試如圖5。

5　結束語

文中設計了基于物聯網平臺的智能家居監控系統，通過引入多種傳感器單元和無線通信模塊，能夠完成數據的采集、傳輸和處理。系統通過多次模擬測試，系統穩定運行，能夠檢測和監控家居中的設備，可以大大提高家居的安全性。系統以STM32作為系統核心控制器、具有低功耗、數據處理速度高效等特點，隨著嵌入式和傳感器的不斷發展，智能家居會得到更好的發展與應用。

圖4　終端界面窗口

圖5　系統測試

［1］邵鵬飛，王喆，張寶儒.面向移動互聯網的智能家居系統研究［J］.計算機測量與控制，2012.20（2）:474-479.

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［5］毛明毅，蔣元恒，陳志成.智能家居遠程Web管理控制平臺的設計與實現［J］.微電子學與計算機，2013，30（5）:121-124.

［6］付蔚，唐鵬光，李倩.智能家居語音控制系統的設計［J］.自動化儀表，2013（35）:46-50.

［7］蔣峰.家居智能安全遠程無線監控系統的設計［J］.計算機測量與控制，2012，20（9）:2435-2442.

［8］Dario Bonino，Giuseppe Procaccianti.Exploiting semantic technologies in smart environments and grids:Emerging roles and case studies［J］.Science of Computer Programming，2014 （95）:112-134.

［9］李泊鋒，王亞剛.基于ZigBee無線技術的智能家居系統設計［J］.電子科技，2016（3）:86-89.

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Smart home monitoring system based networking platform

QU Yu-jun
（Sun Yat-sen university，Xinhua College，Dongguan 523133，China）

In order to improve the intelligence of the home environment，to design a smart home monitoring system networking platform based on STM32 chosen as the control center for the system，with a wireless network，wireless sensor technology and embedded technology to block designed and implemented monitoring and control function，regularly the target environment for testing，and through networking platform yeelink the collected information to the user，the user can receive real-time and that the home environment parameters，and remotely control the home device status.Several on-site simulation experiments，the stable operation of the system through the system，real-time transmission of data to the terminal，compared to traditional intelligent transmission system stability and data processing can have improved.

home monitoring；networking；sensors；real-time

TN99

A

1674－6236（2016）11-0157-03

2015-06-30稿件編號：201506250

區玉俊（1992—），男，廣東佛山人。研究方向：無線網絡、網絡與系統安全。