基于物聯網的智能家居系統的設計與實現

杜強

摘要：本文首先介紹了在物聯網時代下智能家居系統的發展與應用情況，介紹了智能家居系統的概念與要求，提出了一種以STC15F2K60S2芯片為處理核心的便捷化、自動化的解決方案，然后著重講述了方案的設計理念、總體設計方案、各個模塊的原理、系統的實現、上位機的功能等，最后對本方案進行了總結。

關鍵詞：STC單片機 智能家居STC15F2K60S2 傳感器 智能家居系統

中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0175-02

21世紀是物聯網的時代，在科技日新月異、生活水平大幅提高的今天，對于家居環境人們也提出了更高的要求！20世紀70年代美國就提出了智能家居的概念，發展到今天，家智能家居系統已頗為成熟。一般來說智能家居系統是利用網絡技術、通信技術將家用電器、通信設備、安保裝置等進行有機整合，并進行遠程控制和管理的家居系統。智能家居正在日漸興起，由于其便捷化、人性化、自動化、智能化的特點，受到越來越多的國人追捧。

1 設計方案

本系統設計采用STC15F2K60S2芯片為處理核心單片機作為控制核心，應用物聯網技術將GSM模塊、語音模塊、溫濕度傳感器、土壤溫濕度傳感器、雨滴傳感器、煙霧傳感器、光線傳感器、人體紅外傳感器、電機、按鍵、LED點陣屏、LCD12864液晶屏等功能模塊有機融為一體，通過檢測家居環境，并將檢測到環境參數通過單片機控制以RS485通訊的方式傳遞給上位機，上位機根據檢測到的環境參數作出相應反應，實現了室內外溫濕度顯示、制燈、窗、窗簾、澆水的自動控制、煤氣、煙等有毒氣體自動報警及防盜功能，提供了一個輕松、安全、舒適、快捷的家居環境解決方案。如圖1所示。

2 系統的實現

2.1 GSM遠程控制的實現

GSM模塊是一個類似于手機的通訊模塊，它可以發送短消息，通話等，GSM網絡覆蓋面非常廣，并且不會受到距離的限制，成本也低，本系統中主要使用了消息通信功能。GSM模塊通過使用AT指令進行控制，本系統用STC15F2K60S2單片機來對它進行控制，根據接收到的指令信息作出相應的指令動作。在本系統中GSM模塊是最重要的通信模塊，監控終端系統的通信大部分都是由GSM發送SMS短消息給下位單片機進行控制的模式來完成。如圖2所示。

2.2 智能防盜報警模塊的設計

智能防盜模塊以人體紅外線傳感器、和震動傳感器為核心，人體紅外線傳感器是依照熱釋電效應開發的一種傳感器，這里不作詳細介紹。當系統開機后，首先對串口進行初始化，人體紅外傳感器按設定的時間周期循環探測有無信號，采集到信號后，信號轉換模塊會將人體紅外光譜轉換了電信號，并把系統運行的參數通過編碼成SMS短消息，并通過GSM網絡將短消息傳送給上位機。上位機按預設程序對信號進行判斷是否為非正當操作，若系統依據預設判斷為非法，則上位機發送報警指令給核心單片機控制聲光報警模塊進行報警。如圖3所示。

2.3 溫濕度控制功能的實現

此模塊的主要功能是監控室內溫濕度，系統由溫濕度傳感器、報警電路、顯示電路、核心單片機組成。溫濕度傳感器作為系統的觸角，實時地將室內的濕溫度數據轉換成數字信號后傳輸給STC15F2K60S2芯片，STC單片機對采集到的數據進行分析處理后通過報警電路將數據發送給報警系統進行處理。同時上位軟件也會對數據進行分析，按預設的命令，根據溫濕度信息自動的啟動或關閉空調等電器設備，達到智能調節室內溫濕度的效果。如圖4所示。

2.4 煙霧控制模塊

MQ5氣體傳感器采用二氧化錫（SnO2）作為氣敏材料，相對其它氣體材料，SnO2電導率低，反應靈敏。當傳感器感應到監測點環境中存在如甲烷、一氧化碳、乙烯、氫氣等可燃氣體時，煙霧傳感器根據電導率的變化反應出可燃氣體濃度的變化。在固定的周期內，系統將取得的煙霧信號變成電信號，然后送出模擬信號，再給AD采集電路采集由單片機進行分析處理，判斷是否超過預設報警值，系統是否啟動報警。當煙霧濃度或溫度超過報警設定值時，報警器會發出蜂鳴聲，同時智能控制系統通過GSM通信方式，遠程開啟電動門窗和風扇，排出可燃氣體，從而保障安全，避免火災和爆炸事故的發生。如圖5所示。

2.5 上位軟件的制作

上位軟件采用VC++語言開發，為用戶提供了一個良好的人機對話界面，實現了對各個子系統的控制、管理、協調、通信、維護的作用，其最主要的功能核心是對各子系統中的下位單片機的通信控制。在本系統中主要包含安居安防模塊、環境控制模塊、家庭管理模塊、遠程控制系統和設備控制系統、家庭網絡系統六個子系統組成。在室內網絡與遠程PC網絡連通的情況下，用戶可以通過對上位軟件的操作，通過GSM遠程控制家中各種電器設備。

3 結語

系統設計布線簡單、功能靈活，擴展容易，成本較低，突破距離的限制，實現快速、實時地遠程控制家用電器、室內外溫濕檢測、自動報警、煙霧監控等功能。在物聯網技術快速發展，人民物質生活水平快速提高的今天，智能家居系統必將迎來新的發展機遇，各種功能也將越來越完善，為人們提供更加輕松、安全、有序、舒適、高效、智能的生活體驗，必將成為未來家居模式的發展趨勢。

參考文獻

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