基于物聯網的新型智能家居控制系統

王瑞 許文卓 陳遠奇 馬詩芯

摘要：隨著大數據時代的推進，人們對于家居智能化的要求也越來越高，智能化家居系統也在不斷的升級換代以此來滿足大眾化的需求。本文主要采用系統整體設計方案和實驗測試相結合的方法，對基于物聯網的新型智能家居控制系統進行研究，該設計主要采用RFID（射頻識別）技術和指紋簽到技術實現刷卡啟動整個設備和有效的識別使用者與非使用者的身份，同時擁有溫度傳感器、煙霧傳感器實時檢測家庭溫度情況，超聲波傳感器實現控制系統與物體間的距離測量，智能照明控制模塊、藍牙模塊等滿足個性化的需求，利用高清攝像頭進行實時監控，視頻通過Wi-fi模塊發送到使用者的手機APP。該系統能夠完成預期設計的各項性能測試，無需重新布線，性能可靠，功能強大，具有較好的推廣價值。

關鍵詞：新型智能家居；RFID射頻識別技術；指紋簽到；

中圖分類號：TP18 文獻標識碼：B

1引言

隨著我國的高新技術領域迅猛發展，智能家居類產品受到越來越多的關注。大量高科技，多功能的電子產品涌入人們的日常生活，信息的極大膨脹也對使用者的認知能力產生挑戰。使用者更需要的是一些功能強大，體積微小，能夠與手機相關聯且操作方便的新型智能家居感應及控制設備。但從目前來看，我國國內市場關于智能控制系統類的產品應用于醫療領域較多，在智能家居等方面還并不常見。因此關于如何探索能夠滿足人們對家居環境安全性、舒適性、方便性、智能性的新型智能家居控制系統的需求，我們的團隊亟待研究。

2系統總體設計方案

2.1功能要求

智能家居控制系統是以信息傳輸網絡為硬件平臺，各種網絡技術為軟件支撐平臺，通過現場總線將家庭生活中所用的通信設備、家居設備和家庭安全防范設備連接起來的一種智能控制系統[1]。該設計可以裝載在各種測量監控的傳感器上，通過與手機藍牙模塊連接進行實時操控，然后通過GSM模塊向手機發送火災、煙霧等智能消息提醒，擺脫了傳統的控制系統功能單一，操作繁瑣的詬病。對于本項目的新型智能家居控制系統，技術成熟，操作簡單，體積小巧輕便，可以安裝在公共建筑及任何需要的家居建筑等地方。

2.2方案設計

本設計采用STM32高級單片機對整個系統進行主要控制，STM32單片機在接收到控制信號后，進行分析處理并發送控制命令給各控制單元，同時將開關量的反饋信號及環境信息顯示到用戶手機和觸摸屏上[2]。通過RFID技術進行無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據、指紋簽到平臺通過特殊的光電轉換設備和計算機圖像處理技術，對活體指紋進行采集、分析和比對，迅速、準確地鑒別出個人身份、采用溫度傳感器和煙霧傳感器實時檢測家庭溫度變化情況，利用超聲波傳感器實現控制系統與物體間的距離測量、同時安裝有智能照明控制系統、高清攝像頭、藍牙等模塊提供更加便捷人性化的服務。

系統總體設計圖：

3系統詳細設計方案

3.1硬件設計

3.1.1RFID技術

RFID技術又稱為無線射頻識別技術，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立的機械或光學接觸。整個識別工作無須人工干預，因此可工作于各種惡劣環境，也可識別高速運動的物體并可同時識別多個標簽，其整個工作過程操作快捷、方便[3]。實現了智能刷卡開啟或關閉新型智能家居控制系統。

3.1.2指紋簽到平臺

指紋簽到平臺通過特殊的光電轉換設備和計算機圖像處理技術，對活體指紋進行采集、分析和比對，可以迅速、準確地鑒別出個人身份。該項目通過采用此技術，進行家庭人員的簽到，例如當家長使用RFID刷卡開啟整個設備后，小孩上下學可以通過使用指紋簽到平臺進行簽到，家長可以使用簽到平臺查看小孩的簽到記錄并了解情況等，增加家庭安全感。

3.1.3各類傳感器等模塊

該新型智能家居控制系統由溫度傳感器、煙霧傳感器、超聲波傳感器等傳感器模塊組成。采用DS18B2型號溫度傳感器，能夠實時采集家中的溫度數據并將其顯示于液晶顯示屏上。當家中的溫度過高時（可能發生火災或者其他異常時）發送警告信息至使用者的手機APP，使其知曉情況并及時處理。MQ-2型號煙霧傳感器對家居中的安全隱患進行檢測，如檢測到異常利用蜂鳴器進行報警。超聲波傳感器實現控制系統與物體間的距離測量，可實現3cm-10m的非接觸式距離感測功能，并將距離顯示于液晶顯示屏上。該設計可以讓使用者根據距離的提示調整系統的合適安裝位置。智能照明控制模塊實現燈光根據實際情況開關，利用光敏電阻R13阻值變化控制照明燈自行開關。高清攝像頭進行實時監控，視頻通過Wi-fi模塊發送到使用者的手機APP。藍牙控制的音響設備通過與手機、平板、電腦和筆記本等藍牙播放設備連接，達到方便、快捷的娛樂性目的。

3.2軟件設計

走進數字化時代，產品設計逐漸趨向于電子化發展，主要隨新型、智能化方向變化[4]。“智家居”APP的設計主要利用Android軟件Eclipse+ADT編程來實現手機客戶端APP的功能，能夠下載安裝于普通的Android手機等移動終端的控制界面，并且能夠允許在手機上進行點擊、觸摸反應等相關操作進行發送指令，使得整個控制系統更加的完備。

“智家居”手機APP主要有煙霧預警、溫度預警、照明控制、附近隱患預警、指紋簽到提醒等功能，APP平臺的開發模式是位于平臺層的上方，具有較為優良的下行訪問和兼容能力，可以與單片機生成的數據進行連通，充分的利用設備的資源，提供良好的智能體驗。該手機APP的客戶端界面如圖所示：

4系統整體測試

該設計基于物聯網的新型智能家居控制系統，詳細計算系統中各個原件的參數，選擇相應的器件制作實際的軟、硬件平臺。該項目相比于傳統的物聯網的智能家居控制系統來說，具有實用性強、可控性高、穩定性好等優勢。不僅使用了各種傳感器檢測家中環境，能夠采集數據的同時也可以將數據發送至使用者手機配套“智家居”APP，實現對家居智能化的控制。

首先使用者通過RFID無線射頻識別技術進行智能刷卡開啟整個設備，其它家庭成員例如兒童可以通過使用指紋簽到平臺進行簽到，使用者可以利用“智家居”手機APP的簽到平臺查看小孩的簽到記錄并了解情況。利用煙霧、溫度、附近可疑物等對新型智能家居系統各個傳感器與STM高級單片機連接性能進行測試，同時通過APP對照明系統、藍牙娛樂系統，實時監控系統進行進一步的測試。經反復模擬測試，該新型智能家居控制系統具有較好的實際操作性，能夠完成預期設計的各項測試。

5 結論

我們所立項并完成的基于物聯網的新型智能家居控制系統具有機動性高、操作方便、價格相對低廉的優點，相比于傳統的智能家居系統創新性和智能化程度更高，能過滿足人們日益增長的追求智能化生活的需求，雖然我們設計的新型智能家居控制系統也存在一定待改進和完善的地方，但是基于物聯網的飛速發展新型的智能控制系統也將需要一個不斷發展升級的過程。總的來說，我們的團隊將致力于更加智能化和人性化的創新，使我們的成果更加完善。

參考文獻：

[1]范明中.基于物聯網的新型智能家居控制系統設計研究[J].科技與創新，2016（03）：92-93.

[2]呂磊，邢睿，李錦程，張瀅濤.多功能智能家居控制系統[J].電工技術，2018（18）：1-2+11.

[3]張露蕊.RFID技術在圖書館中的應用研究[J].信息與電腦（理論版），2018（18）：169-171.

[4]趙敏，田水青，趙彥紅.基于4G網絡的新型智能家居遠程監控系統探究[J].中國多媒體與網絡教學學報（中旬刊），2018（05）：127-128.