基于微信控制的智能家居系統研究與設計

□聶佰玲　劉亞　李宇　林雅惠　杜新峰

（南京信息職業技術學院江蘇南京210023）

基于微信控制的智能家居系統研究與設計

□聶佰玲劉亞李宇林雅惠杜新峰

（南京信息職業技術學院江蘇南京210023）

提出了一種利用微信控制智能家居的物聯網系統，傳感層采用了Zigbee技術、傳輸層使用WIFI技術、Internet和移動通信技術，應用層利用云平臺和微信。實現了家居環境溫度、濕度、光照強度，非法入侵報警的實時監控、家電的開關和紅外控制等功能。系統既有良好的再塑造可擴展性，又具有低成本、低功耗的特點。

智能家居；Zigbee；微信

本文DOI：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.02.64

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對于家居生活環境的要求也不斷提高，安全和方便舒適成為越來越重要的需要。目前，較為成熟的智能家居控制方案有兩種，一種是采用本地服務器的方式，如control4的智能家居產品，這種方式的系統，數據的存儲和處理功能都集中在本地的控制器上；另一種是基于云服務器的方式，如南京物連傳感的產品，這種方式的系統，數據的存儲和處理功能放在云服務器上。這兩種方式都需要設計用戶端控制程序，而且成本費用都很高。本項目提出了一種基于微信、無線傳感網絡、開放云平臺、Wifi和internet網絡的智能家居系統，可實現對室內的環境溫度、濕度、光照強度等信息的實時監測、對室內非法入侵及時報警、對家用電器開關進行控制。

1　系統整體結構設計

本系統主要由傳感設備、控制設備、網關、路由器、云服務器和手機用戶端組成，系統結構圖如圖1所示。

智能家居系統的結構按照物聯網的三層結構進行設計。

圖1　系統結構圖

1.1感知層

包括傳感設備和控制設備。傳感設備的主要作用是對家居環境數據進行實時采集與上傳。傳感設備采集的數據主要是溫度、濕度、光亮度、煙霧濃度、可燃氣體濃度等。控制設備的主要作用是對家用設備的控制，包括對電視機、燈光、空調、門禁等的控制。網關是整個感知層的核心。網關的主要功能有：1）Zigbee網絡的組建。2）連接路由器，網關通過WIFI連接路由器，路由器通過Internet外部設備進行通信；3）數據的處理和存儲，傳感設備和控制設備的臨時數據存儲在網關里，同時網關負責執行遠端發送過來的控制指令。

1.2網絡層

網絡層是數據傳輸的通道，主要由路由器、WIFI、Internet和移動網絡組成。其中，路由器既和Internet與云計算服務器相連，又通過WIFI和網關相連。手機或其他控制終端既可以通過WIFI與路由器相連，也可以通過4G等移動網絡與微信公眾平臺相連。

1.3應用服務層

應用服務層在整個系統中處于頂層，云計算服務器是數據存儲計算的中心，也是遠程控制命令的中繼。手機的微信用戶通過關注公眾號，連接微信公眾平臺，用戶發送的控制命令經過微信后臺轉發到云計算服務器，云服務器再轉發到網關，網關發送控制命令，設備改變狀態；設備的數據先傳到云計算服務器，然后經過微信服務器轉發到微信客戶端，在客戶端顯示出數據。

2　系統硬件設計

系統的硬件設計主要包括傳感設備的設計、控制設備設計和網關設計。傳感設備和控制設備都采用模塊化的設計方案。設備相同的部分做成基礎控制模塊，通過添加不同的模塊，實現不同的功能。

2.1基礎控制模塊

基礎單元主要由CC2530微處理器單元、LED顯示電路、電源電路、GPIO接口和天線阻抗匹配電路構成。CC2530微處理器單元由CC2530及其外圍電路組成。CC2530內部集成了適應2.4-GHz IEEE 802.15.4的RF收發器，并且結合了德州儀器的業界領先的黃金單元ZigBee協議棧，提供了一個強大和完整的ZigBee解決方案。只需極少的外部元器件，就可實現多點對多點的無線傳感網絡。

3.2傳感器模塊

傳感器模塊負責實現家居環境數據的感知與采集。傳感器模塊采集到的數據傳送給基礎模塊。傳感器模塊包括溫濕度傳感模塊、煙霧傳感模塊、光照傳感模塊、紅外傳感模塊以及可燃氣體傳感模塊等。

2.3網關設計

網關的電路框圖如圖2所示。在本系統中采用了易法半導體的STM32F105作為主控制器。同時網關內還接入了Zigbee協調器和WIFI單元。網關的框圖如圖2所示。

圖2　網關框圖

結束語

本文提出了一種利用微信控制的智能家居的物聯網系統，介紹了該智能家居系統的結構、功能和組成，并詳細介紹了系統硬件的設計方案。采用Zigbee、WIFI、Internet和移動通信技術，構建了三層結構的智能家居系統。測試結果表明該方法具有成本低、功耗低、操作簡便等的優點。該方案為智能家居系統的研究提供了一種新的研究方向。

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1004-7026（2016）02-0097-02中國圖書分類號：TP273.5

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項目支持：2015江蘇省大學生實踐創新項目支持。