基于互聯網的智能家居遠程控制系統

(沈陽理工大學信息科學與工程學院 遼寧沈陽 110159)

基于互聯網的智能家居遠程控制系統

孟凡宇

(沈陽理工大學信息科學與工程學院 遼寧沈陽 110159)

智能家居是一個新興產業，在一個穩定的成長期，大眾消費的概念尚未形成，但隨著智能家居的推廣和消費者消費習慣的進一步普及，智能家庭市場的消費潛力巨大，智能家居行業前景廣闊。與此同時，許多的智能家居產品也逐步走向市場，然而，這些產品大多數是將傳統的家居設備升級，實現某個家電或者家居設備的智能化，其余的少數智能家居系統則價格不菲。本系統采用具有性價比的51芯片，通過最簡單的控制實現很多高費用的技術，隨著產品的成熟與大眾消費觀念的改變，我們有理由相信，智能家居的普及離我們不會太遙遠。

1.引言

隨著社會經濟水平的發展，現代人們對生活質量的要求越來越高，生活環境變得更加舒服，安全，人性化，智能化。導致家庭智能需求的顯著增加，不僅如此，由于計算機控制技術的發展和電子通信技術的發展，導致智能家居的誕生。智能家居影響人們生活的各個方面，改變人們的生活習慣，改善人們的生活質量，這將成為一個趨勢智能家居作為一個新的產業，在一段時間和關鍵增長點。雖然居民對智能家居市場消費觀念尚未形成，但隨著智能家居市場的進一步普及，智能家居將會對我們的生活產生巨大影響。

2.系統的總體功能介紹

本系統是一個智能化的家居控制系統，它運用了語音識別、傳感、通信、無線傳輸技術及自動控制等技術，是典型的高新技術綜合體。它具有以下功能：

語音控制和短信遠程控制家電的使用；

語音控制和短信遠程控制燈光及插座的開關；

語音控制和短信遠程控制窗簾的開關，以及窗簾在自動模式下根據光照強度自動開關；

具備安防功能，具備火災、危險氣體泄漏、外人闖入等突發狀況的報警功能，當有突發狀況時，通過短信方式向戶主發出警報。

本系統主要特點是使用戶在家中時能夠方便地使用語音命令控制家電，燈光，窗簾等家居設備，解放了雙手，新穎方便又實用。用戶不在家中時，可以短信方式遠程控制家中的家居設備，并且安防功能確保了用戶不在家中時能第一時間知道家中發生的突發狀況 ，大大減少突發狀況對用戶造成的損失。

3.系統總體實現方案

本系統按照設計功能的要求將各個模塊整合為各個功能板塊，其中包括：

語音命令板：語音命令板中主要包括12C5A單片機、語音識別模塊、無線傳輸模塊。語音識別模塊識別語音命令之后與單片機通訊，單片機根據識別的語音命令再通過無線傳輸模塊向其他功能板發送命令數據。

安防報警板：該功能板主要包括12C5A單片機、GSM模塊、NRF24L01模塊與傳感器模塊，分別檢測火焰情況，危險氣體泄漏，外人闖入這幾種突發狀況，傳感器與單片機相連接，單片機與GSM模塊和無線模塊通訊。當傳感器檢測到有突發狀況時，通過GSM模塊向用戶發送警報短信，并通過蜂鳴器發出警報聲音。用戶也可以向GSM模塊發送相應的短信，控制家中的家電，燈光和窗簾。當GSM模塊接收到用戶的命令短信后，通過與單片機通訊，單片機再控制無線傳輸模塊發送命令數據，從而實現短信遠程控制的功能。

窗簾控制板：該功能板主要包括12C5A單片機、nrf模塊、電機驅動模塊和光敏傳感器。無線傳輸模塊接收命令數據，單片機根據接收的命令數據控制電機驅動模塊驅動電機，開啟或者關閉窗簾。在自動模式下，光敏傳感器檢測光照強度，在白天光照強度較強時，窗簾開啟，晚上，光照強度弱時，窗簾關閉。

燈光及插座控制板：該功能板主要包括12C5A單片機、無線傳輸模塊和繼電器模塊。無線模塊接收命令數據后，通過單片機控制繼電器的開關，從而控制燈光和插座的開關。

紅外遙控板：該功能板主要包括12C5A單片機、無線傳輸模塊和紅外線發射頭。單片機中內置控制空調及電視機紅外程序，通過函數調用，即可從紅外發射頭中發射紅外遙控命令。無線傳輸模塊接收命令數據，單片機根據接收到的命令數據選擇調用相應的紅外遙控函數，從而控制電視及空調的使用

本系統各個模塊分工明確，又通過無線傳輸模塊相互聯系，共同組成了一個實用的簡易智能家居控制系統。

4.系統測試結果

在基于互聯網的智能家居系統完成后，各個功能測試結果如下：

4.1.對語音識別板進行測試：

將語音識別模塊開啟，對其用普通話表達命令，測試語音識別的正確率。我們分別在不同的距離下，對語音識別模塊用同樣的聲音大小說出不同的命令，每一個命令測試10次，記錄下語音板識別成功的次數，結果如下表所示：

表1 語音識別板測試結果

由表格數據我們可以看出，nrf24L01通信距離越遠，識別率越低。語音命令字數越多，語音識別模塊識別率越低。我們可以采取增加咪頭增益的方式來提升遠距離的識別率，但是咪頭增益太大，語音板接收到的噪音就越多，識別率反而下降。所以我們經過多次測試，選擇了一個比較適宜的值。

4.2.對無線傳輸模塊的傳輸距離測試：

將語音識別板放置在固定地點，將其他模塊放置在離語音識別板距離分別為3m，5m，7m，10m，15m進行測試。測試結果為無線模塊在距離10m內能正常接收/發送數據，實現模塊間的相互通信。在15m時信號不穩定。我們分析原因為模塊的發送功率不夠，造成距離遠收發信號不穩定。我們采取了識別到語音命令，則將此數據發送多次，防止信號不穩定，發送一次接受方未成功接受數據的情況發生。

4.3.對窗簾控制板進行測試：

在語音控制下，窗簾控制模塊沒有問題，我們主要對自動模式下的窗簾控制模塊進行測試。當光強較弱時，到達一個臨界值，電機開始轉動，表示窗簾關閉，反之，當光強較強時，到達一個臨界值，電機反轉，表示窗簾開啟。將光敏電阻上面的電位器進行調整，可以調整光敏模塊被觸發的光強臨界值。

4.4.對燈光及插座板進行測試：

該板上用繼電器模塊來實現燈光以及插座的控制，經過多次試驗，在無線模塊正常接收數據范圍內，該模塊工作正常。

4.5.測試總結：

經過多次試驗，本系統功能基本實現，基本達到設計要求。工作情況穩定，實用性較強。本系統的可擴展性好，此后還可以加入其它的功能。

5.系統的適用范圍及市場前景

本系統可用于諸多家庭、旅店、小型商業店鋪等，系統成本低廉，功能實用便捷，并且功能具有裁剪和擴展性，可以根據實際需要去除部分功能或者增加其他功能，以適應不同場合的要求?？梢哉f本系統適用范圍廣闊。當下，國內智能家居產業正處于崛起階段，大部分家庭所使用的還是傳統家居設備，而本系統正是針對這種現狀開發的，用戶不需要對現有傳統家居升級便可以使用本系統功能，可以說本系統的潛在市場非常巨大。本系統在經過完整的測試調整之后，是可以進行生產的，所以說本系統具有較好的市場前景。

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1007-6344（2017）04-0337-01

孟凡宇，男，沈陽理工大學信息科學與工程學院通信工程專業