基于移動APP的智能家居控制系統的研究

蘇文浩*，邵猛，許曉棟，朱寧

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基于移動APP的智能家居控制系統的研究

蘇文浩*，邵猛，許曉棟，朱寧

（徐州工程學院信電工程學院，江蘇徐州，221000）

隨著經濟水平的迅速增長，人們對生活質量的追求逐步增高，智能家居已經成為人們高生活質量的一個必然選擇。如今智能手機發展迅猛，根據工信部發布的2017年上半年通信行業的運營數據顯示，目前我國手機上網用戶數已經突破11億，可以說智能手機已經成為人們生活中必不可少的部分。所以我們把智能手機與智能家居結合，將家用電器通過嵌入核心處理器連接到ZigBee無線傳感器網絡，并使用java語言開發控制端程序，完成APP對智能家用電器的便攜控制。

智能家居控制系統；移動APP；ZigBee

引言

目前市場上有傳統的家用電器遙控裝置，但很少有可在遠距離仍對家中電器進行實時控制和監測。本智能家居控制系統既有傳統紅外近端操作模式又有遠程模式。并且整個控制系統布線簡單，功能上也很靈活，所以更易被人們廣泛接受和應用。本項目技術路線如圖1所示，整個智能家居系統主要由控制終端APP、家居智能網關(主機)以及分布在家居各個房間的控制器(分機)等部分構成。先將家居電器遙控器按鍵所對應的紅外或射頻編碼學習到主機中。主機就可以直接控制相應的家居電器工作，也可以向分布在家居各個房間的分機發出控制指令。分機將控制指令解析，并根據指令決將信號解析成控制指令，用于控制分機所在房間的家居電器工作。家居電器接收控制操作指令后，執行相關功能，并將家居設備狀態信息返回到控制終端，從而實現智能手機或平板電腦對家居電器的實時智能控制與監測。

圖1 技術路線圖

1 對于APP的研究

1.1 需求分析

1.1.1 需求背景

隨著智能家電的飛速發展以及國民生活需求水平的提高，智能家電正慢慢被大眾百姓帶回家，成為人們生活中不可或缺的關鍵部分。智能家電的產生就是為了給人們提供一個安逸、舒服、方便的生活方式。但是智能家電畢竟只是個機器，它不會了解主人的內心想法。它自己不懂得讓夏天的家更涼爽，冬天的家更溫暖；突然下雨來不及回家收衣服時，它不會自動收衣服；天氣轉晴時，它也不會自動將家里的窗簾打開，這終究是一個缺陷。所以，有必要開發一款以遠程控制智能家居為主要功能的APP，即使主人不在家時，也能夠對家里的情況了如指掌。

1.1.2 功能需求

該APP主要功能如下：

（1）遠程智能家電控制。本功能要求能在戶外打開APP連接至家里的智能傳感器對家電進行控制，即使一時找不到開關也能遠程遙控。（2）智能家居情景模式。本功能可在到家之前，對家里的燈光進行自定義，回家即可享受。（3）家居多模式一鍵選擇：居家模式、睡眠模式、會客模式、外出模式。（4）智能感應功能：該功能要求家中環境溫度保持在人體最適溫度。

1.2 APP開發

1.2.1 APP介紹

APP是英文application(應用)的簡稱，由于目前我國手機上網用戶數已經突破11億，現在的APP多指移動設備（智能手機、平板電腦、ipod等其他移動設備）上的第三方應用程序。當今的手機市場，以Apple的App Store和android的Google Play Store較為著名。本文以基于android系統的APP為例。

1.2.2 APP設計

APP的開發是采用Google公司開發的以Linux為基礎的半開源操作系統（android系統）。Eclipse作為開發環境,Java面向對象語言作為開發語言， ADT （android development tools）作為開發插件，SQLite 數據庫作為開發數據庫。

用戶界面（User Interface，UI）設計

對軟件的人機交互、操作邏輯、界面美觀的整體設計。好的UI設計不僅是讓軟件變得有個性有品位，還要讓軟件的操作變得舒適簡單、自由，充分體現軟件的定位和特點。我們的設計遵循以下幾個原則：簡潔性；一致性；習慣性；人性化；主次性。

1.2.3 APP實現

智能家居APP界面如圖2所示

圖2 智能家居APP界面

2 對于硬件控制器的研究

2.1 核心處理器

本設計的智能家居控制系統采用S3C2440為中央控制器, S3C2440是韓國三星公司推出的16/32位RISC微控制器，其CPU采用的是ARM920T內核

（1）存儲器支持1.8V、2.5V、3.0V、3.3V。

（2）I/O均支持3.3V供電。

（3）s3c2440為單機器周期執行指令集。

（4）本處理器具有電源管理功能，可以普通方式、慢速方式、空閑方式和掉電方式工作，降低產品功耗，方便用戶選擇。

圖3 S3C2440接口說明圖

2.2 ZigBee總體設計

ZigBee 模塊負責了網關部分，主要包含了傳感器模塊、數據處理模塊、通信模塊和電源模塊四個部分。移動終端與中央控制器的通信由移動設備的應用程序產生指令并發送到中央控制器，中央控制器接收到指令后，對指令進行分析、處理，最后進行對通信模塊反饋，和數據處理器一同使傳感器對家用電器進行監控和反饋處理。電源模塊為整個硬件提供了穩定的工作電壓。

2.3 紅外轉換器設計

由紅外探頭發出高低電平，并由一個定時的高電平后跟的低電平時間長短來區分高低電平，同時接受部分反相，然后經過進一步軟件解碼到單片機進而得到數據控制其他元件。

3 調試階段

智能家居通常是集成了移動智能終端、服務器（或云平臺）、家居傳感設備或執行設備的一個多層級、多設備的網絡系統，并被視為一個整體來為人們提供產品服務。這特點決定了系統的復雜性，為了使設備更可靠，在產品初成階段，我們要對其進行測試。測試階段分為兩部分，戶內和戶外。在戶外時，在手機和設備都聯網的情況下，能夠實現遠距離控制，也可以說不受距離的限制，實現對家里空調，電視，燈具，窗簾，室溫的控制，并可以通過手機界面實時查看各設備的工作情況。在戶內時，除上述功能正常工作外，家居多模式也可以達到預期要求。

對整個系統進行調試后，對系統功能進行分析，觀察調試結果，可以達到預期目標。

4 結束語

在此感謝我們的導師紀雯、于蕾，給予我們這篇論文的細節指導。從課題選擇，方案設計和電路調試都離不開這兩位導師的悉心指導，再向兩位導師表示深深的感謝和崇高的敬意。智能家居是人類科技發展的一大進步，給人們提供更安全、更智能、更便捷的生活，提高人們的生活質量。在未來的一段時間智能家居必將走進人們的家庭中，也將成為科學的一大熱點。

[1] 強靜仁, 張珣, 王斌. 智能家居基本原理及應用[M]. 華中科技大學出版社, 2017.

[2] 辛長平. 智能家居系統安裝與接線[M]. 中國電力出版社, 2015.

[3] 羅漢江. 智能家居概論[M]. 機械工業出版社, 2017.

[4] 王朝華, 陳德艷, 黃國宏, 等. 基于Android的智能家居系統的研究與實現[J]. 計算機技術與發展, 2012.

[5] 龐泳, 李光明. 基于ZigBee的智能家居系統改進研究[J]. 計算機工程與設計, 2014.

Research on Intelligent Home Control System Based on Mobile APP

SU Wenhao*, SHAO Meng, XU Xiaodong, ZHU Ning

(Xuzhou Institute of Engineering, Jiangsu Xuzhou, 221000, china)

With the rapid growth of economic level , people’s pursuit of a high quality of life gradually increasing, Smart home has become an inevitable choice to have a high quality of life. Nowadays smart phone has developed so fast. According to the data of the first half of 2017 issued by Ministry of Industry and Information Technology, the number of mobile Internet users have reached 1.1 billion. Another thing of way, smart phone has become an indispensable part of people's lives. So we combine smart phone with intelligent household. We connect the household electrical appliances embedded processor core to the ZigBee wireless sensor network (WSN) and apply Java to explore program of control site to complete the APP which is able to control the intelligent household electrical appliance in a convenient way.

Smart Home Control System; Mobile APP; ZigBee

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2018.01.029

TP311.52

A

1672-9129(2018)01-0075-02

蘇文浩, 邵猛, 許曉棟, 等. 基于移動APP的智能家居控制系統的研究[J]. 數碼設計, 2018, 7(1): 75-76.

SU Wenhao, SHAO Meng, XU Xiaodong, et al. Research on Intelligent Home Control System Based on Mobile APP[J]. Peak Data Science, 2018, 7(1): 75-76.

2017-11-03；

2017-12-21。

蘇文浩（1995-），男，江蘇徐州，本科，研究方向：電氣控制。E-mail:2646069240@qq.com