基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能家居控制系統(tǒng)

王瑞 許文卓 陳遠奇 馬詩芯

摘要：隨著大數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)整體設計方案和實驗測試相結(jié)合的方法，對基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能家居控制系統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)控制系統(tǒng)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(jiān)控，視頻通過Wi-fi模塊發(fā)送到使用者的手機APP。該系統(tǒng)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(fā)展，智能家居類產(chǎn)品受到越來越多的關注。大量高科技，多功能的電子產(chǎn)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(chǎn)生挑戰(zhàn)。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(lián)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(nèi)市場關于智能控制系統(tǒng)類的產(chǎn)品應用于醫(yī)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(huán)境安全性、舒適性、方便性、智能性的新型智能家居控制系統(tǒng)的需求，我們的團隊亟待研究。

2系統(tǒng)總體設計方案

2.1功能要求

智能家居控制系統(tǒng)是以信息傳輸網(wǎng)絡為硬件平臺，各種網(wǎng)絡技術為軟件支撐平臺，通過現(xiàn)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(tǒng)[1]。該設計可以裝載在各種測量監(jiān)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(fā)送火災、煙霧等智能消息提醒，擺脫了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)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(fā)送控制命令給各控制單元，同時將開關量的反饋信號及環(huán)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(shù)據(jù)、指紋簽到平臺通過特殊的光電轉(zhuǎn)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(xiàn)控制系統(tǒng)與物體間的距離測量、同時安裝有智能照明控制系統(tǒng)、高清攝像頭、藍牙等模塊提供更加便捷人性化的服務。

系統(tǒng)總體設計圖：

3系統(tǒng)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(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)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(huán)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(xiàn)了智能刷卡開啟或關閉新型智能家居控制系統(tǒng)。

3.1.2指紋簽到平臺

指紋簽到平臺通過特殊的光電轉(zhuǎn)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(tǒng)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?qū)崟r采集家中的溫度數(shù)據(jù)并將其顯示于液晶顯示屏上。當家中的溫度過高時（可能發(fā)生火災或者其他異常時）發(fā)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(xiàn)控制系統(tǒng)與物體間的距離測量，可實現(xiàn)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(jù)距離的提示調(diào)整系統(tǒng)的合適安裝位置。智能照明控制模塊實現(xiàn)燈光根據(jù)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(jiān)控，視頻通過Wi-fi模塊發(fā)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(shù)字化時代，產(chǎn)品設計逐漸趨向于電子化發(fā)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(xiàn)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(fā)送指令，使得整個控制系統(tǒng)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(fā)模式是位于平臺層的上方，具有較為優(yōu)良的下行訪問和兼容能力，可以與單片機生成的數(shù)據(jù)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(tǒng)整體測試

該設計基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能家居控制系統(tǒng)，詳細計算系統(tǒng)中各個原件的參數(shù)，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(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)來說，具有實用性強、可控性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。不僅使用了各種傳感器檢測家中環(huán)境，能夠采集數(shù)據(jù)的同時也可以將數(shù)據(jù)發(fā)送至使用者手機配套“智家居”APP，實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)、藍牙娛樂系統(tǒng)，實時監(jiān)控系統(tǒng)進行進一步的測試。經(jīng)反復模擬測試，該新型智能家居控制系統(tǒng)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(jié)論

我們所立項并完成的基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能家居控制系統(tǒng)具有機動性高、操作方便、價格相對低廉的優(yōu)點，相比于傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)創(chuàng)新性和智能化程度更高，能過滿足人們?nèi)找嬖鲩L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(tǒng)也存在一定待改進和完善的地方，但是基于物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展新型的智能控制系統(tǒng)也將需要一個不斷發(fā)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(chuàng)新，使我們的成果更加完善。

參考文獻：

[1]范明中.基于物聯(lián)網(wǎng)的新型智能家居控制系統(tǒng)設計研究[J].科技與創(chuàng)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(tǒng)[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(wǎng)絡的新型智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)探究[J].中國多媒體與網(wǎng)絡教學學報（中旬刊），2018（05）：127-128.