無線智能家居控制系統設計研究

鄭元杰 朱梓涵 楊德瑞 楊偉

摘 要：本文是對智能家居控制系統的市場現狀、硬件設計、軟件設計以及未來前景的綜合分析，目的在于給那些準備學習和剛開始研究智能家居的工作者一些幫助。

關鍵詞：智能家居;控制系統

隨著社會的進步和科技的發展，家不再是簡簡單單的為人們提供一個吃穿住的私人環境，人們在日常生活上更加追求數字化、信息化、智能化，而智能控制技術的發展越來越成熟，智能家居由此誕生。智能家居的目的就是讓家庭變得更加舒適、便捷，為人們的休息和娛樂提供一個良好的環境。

1 智能控制技術研究現狀

智能控制是近年來一個十分熱門的研究項目，該項目將計算機，自動控制，嵌入式開發等技術與機械電子工程相結合。一開始，智能控制技術主要運用于工業加工和農業灌溉上。而隨著數字信息及網絡等技術迅速發展，智能控制技術逐漸走進了更多人的視野，同時將這項技術運用于其他的新技術和新設備上，則會產生了更多的新專業方向。

2 智能家居研究現狀

隨著智能控制技術的迅猛發展，越來越多的家居開始引進智能化系統和設備。因為智能化操作系統的引入，各個智能家居就能夠統一管理了，也正是因為如此，使得用戶的操作能夠更加的便捷。不過現在的主流控制系統和設備，都是由現在制造智能家居的各大品牌廠商所制造。因為品牌的原因，一方面：智能控制系統平臺成本會更高;另一方面：因為各大品牌廠商為了便于銷售，他們便制訂了自己品牌的標準，而使那些購買了不同品牌的用戶很是頭疼，因為不同的品牌智能家居很難統一管理，但想要購置一整套支持智能家居系統的家具的價格則十分昂貴。

3 智能家居控制系統設計目標

通過調查，人們對于這種智能家居的需求還是挺高的，人們都想要舒適、便捷和安全的居住環境。在調查后，應該構建一個做到如下要求的智能家居系統：

即時控制，裝置基于微控制器進行控制，對家居做到即時調節，使用者可以自由的改變家庭環境的模式，以達到自己想要的環境;操作簡單，容易上手，通過智能APP，讓控制平臺的人機交互更加方便。同時，該裝置可以將設備聯入了服務器，能夠讓使用該平臺的用戶，隨時隨地都能夠獲取測試環境數據，并且能夠控制測試環境中的智能家居;安全性高，裝置中對溫度等傳感器預設閾值，當超過該值，裝置會及時做出反應和調節反饋給使用者，做到舒適便捷且安全;成本低，性價比高，使大部分家庭都可以承擔的費用。兼容性強，該裝置可以連接各種智能家具，并能夠同時運行不發生沖突。

4 智能家居控制系統的設計原理

智能家居控制系統其實就是微控制器搭載各種傳感器以及無線傳輸控制器件達到智能控制的目的。因此研究者就需要知道，如何通過微控制器去獲取傳感器的各種數據，將其做處理和分析，從而根據設定來通知用戶或者直接控制智能家居，達到智能的目的。

5 系統硬件選材以及設計

目前微控制器的選擇有很多，而作為一個設計項目，只要微控制器的資源夠設計者使用就行了，可以采用目前國產的增強型8051單片機，比如STC的15系列1T的單片機，價格低廉、并且資源完全夠用。對于傳感器方面，目前的傳感器種類很多，要選擇的器件一定要便于編程控制，并且數據轉換速度適中就可以了，因為智能家居控制系統的實時性一般用戶的要求都不會太高，這種延遲速度用戶是感受不出來的，這樣一來也能節約一部分設計的成本。最后，便是無線傳輸器件了，因為既然是要作為控制智能家居的控制平臺，就需要通過無線傳輸器件來將這些數據處理了并將各種處理結果和數據發送到用戶能夠查詢和控制的平臺，這個平臺可以是各種APP、網頁、或者獨立的顯示端口都可以。因此無線傳輸器件的選擇是十分重要的。這種器件的傳輸方式可以選擇使用藍牙、ZigBee、和wifi等，當然各個方式有各個方式的優缺點，在這里推薦的方式是wifi的方式，因為目前智能家居發展形勢來看，用戶所追求的理想方式是真正達到無線，隨時隨地都能夠去獲取家庭的環境信息，以及能夠自由的去控制家居。所以wifi的方式是最佳的。這個器件，推薦使用ESP8266這個可以通過串口來控制的wifi器件，即方便編程控制，同時價格低廉。器件選擇完畢后，就需要根據所選微控制器來具體分配其資源，并設計所需器件的驅動電路，一步一步對基本的器件進行單獨的調試，完成后就可以將總的硬件電路設計出來了。

6 系統軟件設計

因為智能家居控制系統對實時性要求的并不高，所以可以采用精簡的非實時性操作系統，比如KEIL公司免費的RTX-51系統還是很不錯的，還有一個就是推薦采用狀態機的方式在裸機上設計，也是十分方便的。軟件設計方面的需要注意的就是要多從用戶舒適的到人機交互角度去分析編程，這樣才能變得更加智能和人性化。在編寫各種驅動程序的時候要多封裝成接口，便于驅動和以后的調試。

7 發展前景

智能家居是一個正在成長的技術，目前所能研究的只是冰山一角，因為群眾的需求高。該項目的發展潛力很大。同時因為5G網的推行，在今后這項技術將更加大眾化，簡潔化，并且成本更低，兼容性更強。智能控制技術在發展的同時也將進入更多的領域當中。

參考文獻：

[1]梁景凱，曲延濱.智能控制技術[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社出版.

[2]張齊，朱寧西.單片機應用系統設計技術[M].北京：電子工業從出版社，2009.

[3]黃惟公，鄧成中，王艷.單片機原理與應用技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007.

作者簡介：鄭元杰（1998-），男，四川南充人，本科，四川輕化工大學通信工程專業，研究方向：嵌入式設計;朱梓涵（1998-），男，漢族，四川自貢人，本科，四川輕化工大學通信工程專業，研究方向：計算機網絡技術;楊德瑞（1998-），男，漢族，四川彭州人，本科，四川輕化工大學通信工程專業，研究方向：計算機網絡技術;楊偉（1997-），男，漢族，四川綿陽人，本科，四川輕化工大學通信工程專業，研究方向：集成電路設計。