基于“互聯網+”智能家居的遠程控制實現

許冰昕 蔣馨荷 韓克軍 李鵬萱 劉俊杰 沈行良

摘要：“互聯網+”是創新2.0下的互聯網發展新業態，即通過計算機網絡之間的數據傳輸和存儲去實現智能化監控和管理的一種網絡。將其應用于傳統家居后，在一定程度上可以滿足用戶多樣化的需求和對高品質生活的追求。應用智能管理系統來實現家居的遠程控制的設計采用單片機作為主控系統，根據軟件程序的設計可對傳感器收集并反饋給云端的數據進行監控并可以無線為媒介上傳數據到云端，軟硬件協調配合對系統完美運行有根本的保障，達到智能控制效果。

關鍵詞：云端服務器；智能家居；遠程控制

中圖分類號：TP391 文獻標識碼： A

Design of smart home remote control based on the Internet plus

XU Bingxin ， JIANG Xinhe ，HAN Kejun ，LI Pengxuan，LIU Junjie ， SHEN Xingliang

（College of Electrical Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620，China）

Abstract： "Internet plus" is a new development form under the innovation Internet 2， which is a network to realize intelligent monitoring and management through data transmission and storage. If applied to the traditional home， it is to a certain exten could meet the diverse needs of users and the life pursuit of high quality. In this paper ，the remote control design applying intelligent management system uses microcontroller as host sysem， meanwhile according to the software design monitors the data information acquired by sensors and sent to the cloud， furtherly uploads data to the cloud through wireless media. It is conclued that the coordination of hardware and software is the fundamental guarantee for the system perfect operation，and intelligent control effect is ultimately achieved.

Key words： Cloud Server ； Smart Home ； Remote Control

0 引言

隨著科技的發展，人們對家居品質追求日趨高端，重視增強，而智能家居以其舒適、安全、便利、智能等特點正逐漸進入中國種種的視野選擇范疇。而且，時下的中國家庭小型化和核心化愈發明顯，光纖寬帶開始普及，遠程控制已經具備，加上中國制造業能力強，居住條件和家庭消費的改良升級即使得智能家居成為一個藍海項目，前景不可估量。本研究則以互聯網+、云服務器為背景再配以單片機為核心，而將各傳感器作為輔助設計提出了一套可以遠程監測、控制室內溫度/濕度、和人體感知而即時變換燈光顏色及強度的照明系統聯合組成的的現代智能家居。為此，本文探討了基于“互聯網+”下的智能家居的開發與實現，分別從總體設計、功能模塊、設計原理多角度進行了全面闡述與分析。

1總體方案設計

1.1 系統整體結構

系統以單片機為核心，云服務器連接手機端和家居終端進行數據的存儲和處理，以及功能模塊的加裝，可以實現對家中的濕度、溫度、空氣質量等各數據的遠程監測控制并傳輸到云服務器形成大數據，用戶通過實時監測、跟蹤研究對象在互聯網上產生的海量行為數據，利用挖掘分析，揭示出規律性的內容實質，提出研究結論和對策。不僅如此，在主人允許時，也可以經由數據分析根據不同人群在家居設置上想要達到的標準值通過傳感器檢測后將可自動轉換變溫、除濕、改善空氣質量、改變室內光線等操作。本文中，研究系統的總體構架如圖1所示。

MCU是智能家居核心，是智能家居控制功能實現的基礎。基于互聯網+下的智能家居的研究與設計可整體氛圍如下3個步驟：

1）安裝在家庭內部的各個傳感器開始收集數據，搜集獲取的室內溫濕度變化、空氣質量等情況通過無線技術連接至云端并傳入云端服務器。

2）家用電器設備各分項傳送至云端后，再推送到用戶的智能終端上，使用手機遠程控制家用電器的運行情況。即根據各個傳感器接收的傳感信號，由此觸發預設控制命令或者經過用戶手動操縱對應的智能設備來觸發或收回控制命令。

3）對于紅外線家電的控制，將控制信號通過紅外線輸入模塊轉化成對應的紅外指令，也可達到預設效果。

1.2 系統功能模塊

智能家居遠程控制包括： DHT11溫濕度檢測模塊、EMW3162 wifi無線通信模塊、智能空氣質量檢測模塊TPM-300E、單片機STM32 F103、可變色led。可實現的主要設計功能有：

1）遠程手機控制。用戶根據需要發送具體控制指令。

2）無線通信模塊。近距離通信，為分模塊與主模塊提供互動聯系，主模塊則綜合處理分模塊通過無線模塊發送的數據。

3）無線紅外。控制家居系統狀態或設置系統參數。

4）溫濕度模塊、空氣檢測模塊。可以實時了解家中狀況，便于指定是否修改的命令決策。

5） 單片機STM32 F103。作為主控芯片，高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用設計，編程導入后可獲得所需功能的控制設計。

6）可變色led。每盞燈都與智能系統互聯，利用針對性的動態光，營造氛圍，并生成設計所需的最佳照明。

智能家居的設計過程中，主要由核心控制器、Android studio語言編寫的app軟件、SQlite輕型數據庫構造交接、并協同組成。智能家居系統的體系架構示意如圖2所示。

1.3實現智能家居操作模式

智能家居系統的核心重點在于通訊機制，包含抓取、分析、執行、反饋等4個步驟。手機終端、無線模塊、MCU和云端的通訊機制可詳述如下：

手機終端與wifi模塊以UDP、TCP協議達成互通模式，以串口通信協議與MCU相通，而手機終端與wifi模塊均以sub、pub協議與云端相連。首先，給定設備聯網配置，用戶將觸發傳感模塊進入無線模式，再手動切換至系統設置無線網絡界面配置到同一wifi下，此時用戶向手機輸入wifi網絡的身份驗證，手機會自動向模塊發送驗證信息作為入網配置，模塊成功回應后手機會提示用戶配置成功。配置過程后模塊即會向手機自行發送數據幀，更新用戶手機內設備列表，成為用戶選擇是否支配設備的依據。其次，簽訂安全控制協議，設備和用戶應分別注冊并綁定關聯，用戶在設備中會發現可用控制界面且觸發模塊，在一定時間內可獲取密保綁定手機，手機、模塊會自動進行密保的獲取和回復，手機收到響應后會向云端發送綁定手機用戶的請求，云端則將操作結果返回用戶。若用戶對空調進行控制，手機會與溫濕度模塊建立TCP連接，并同時發送登錄指令，只有模塊回復結果后手機端才會進入控制界面。

2 智能家居系統遠程控制關鍵部分設計

2.1數據信息傳輸

智能家居系統主要是通過互聯網對傳感器采集到房間內的信息數據進行處理，并將重要指定的信號轉換成電信號，再利用A/D單元轉換成數字量送入MCU采集分析，其結果數據則與每個用戶配置的不同的Product key 一起打包遠傳至云端，云端就能根據匯集的現場數據展開分析、處理和存儲，同時這些數據還可有效輔助設計智能響應與決策，云端會根據用戶提供的數據實時改變室內溫濕度變化，并調整光照的強弱，從而調試出適合用戶的工作光線；而且，設置一鍵智能后，若空調使用時間過長導致室內干燥將可自動調節適宜的濕度，用戶手動調整溫濕度的數據也存入云端，用于日后的智能化調整。

2.2遠程控制設計

遠程控制功能是在用戶允許下，向主模塊發送指令控制或監測智能家居開啟或關閉變溫、除濕、改變光照強度等各種功能。也可以按照配置的標準定制改變運行狀態。設計過程將重點圍繞命令發射系統和命令執行系統而展開。命令發射基本是以傳感器作為技術主題，傳感器在進行數據收集中發揮了至關重要的作用，傳感器傳遞給單片機或傳送至云平臺，平臺則根據用戶的設置條件自動觸發控制。單片機可對數據開啟實時監控，而當其智能控制時就可以利用不同的燈光顏色而選擇不同操作判斷，使操作人員可以優勢速度及時了解受控的信息。為了符合智能化要求，系統采用STM32F1作為中央處理器，手機控制端與主控系統由EMW3162 wifi無線通信模塊在wifi模式下連接在一起，實現互動控制以及數據傳遞，從而整合發展為用戶和主控系統的遠程控制功能。在家居內部，通過繼電器可建立家居與單片機的聯系，以便用戶控制電氣設備。本系統內部還需要對各設備的紅外遙控信號進行識別、儲存、還原和控制。通常，遙控編碼脈沖信號即由不同脈寬的高低電平組成，可標志脈沖的開始，并且其高低電平將呈現不斷交替變化，可通過單片機的定時器測量脈沖寬度，進行儲存或還原實現紅外線功能。

手機遠程控制系統是在系統中自動運行調節，因而具有自動離線、上線、復位功能，也就是命令執行系統。命令執行有2種運行狀態，即內網和外網。MCU中無線wifi模塊同時還加入了收發功能，在互聯網狀態下，手機終端可利用4G或wifi接收數據，并傳入到云端，完成數據傳輸過程。若處于無網狀態，wifi模塊將會自立為熱點，搭建內網與系統內部相連接。

2.3系統實現

在Andriod studio集成開發環境下使用Java語言來編寫制作APP軟件，用戶可以在APP上注冊賬戶，添加設備。因為本次設計目標是嵌入式的，而SQLite在嵌入式設備中占用的資源非常低，即使得所有的用戶賬號信息、家居系統使用記錄都將存放在SQLite這個輕型數據庫中。硬件研究方面，先是規劃改進控制家居系統的遙控器，為此選用帶有以太網模塊的STM32單片機作為核心控制器，用來接收移動通信終端發送的一切請求。安裝在wifi無線網絡環境下STM32接收到控制命令后，將通過芯片輸出1（高電平）0（低電平）來控制引腳，不同的引腳則會連接到家居系統的不同家電遙控器的按鍵上，從而提供一對一的控制。然后遙控器通過物理方法控制家居開關，選擇模式，調制溫度升降等等功能。當然，隨著科技進步，還可以直接將STM32嵌入到家居系統中，通過遠程移動通信終端直接對處在wifi無線網絡環境下的家電本身發出遠程指令，此時，移動通信終端將可以完全取代遙控器，并且能實現遠程控制。程序流程如圖3所示。

3 結束語

信息時代，智能家居可使家庭生活飛速邁入智能化，不論身處何地都能實時監控家中情況并提供個性化調整，不僅給人們帶來了極大的便利，更是對生活品質的有效改良與提升。本文由整體到局部詳細而具體地對系統設計展開分析，完善了智能家居的遠程控制。本文研究曾國不僅改變了傳統家居監控分離的狀況，而且將大幅推動智能家居的功能質量升級步伐，并在一定程度上產生可觀經濟效益。

參考文獻

[1]張鴻愷，伍超. 智能家居及其發展研究[J]. 黑龍江科技信息，2008（32）：266.

[2]唐曉.智能家居、網絡家電的基本概念[J].家用電器，2004（Z1）：144-145.

[3]劉群群.基于移動互聯網的智能控制的研究與開發[D].廣州：華南理工大學，2013.