基于物聯(lián)網(wǎng)對智能家居的微信控制系統(tǒng)設(shè)計

牛畇豐 邊少彬 肖建華 呂想想 陜西服裝工程學(xué)院 陜西 咸陽712046

微信已成為人們生活之中必不可少的部分，憑借龐大的用戶群體改變了我們的日常生活方式，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)，利用人體工程學(xué)原理和可客制化來服務(wù)用戶，在用戶生活環(huán)境中收集數(shù)據(jù)，管理環(huán)境，監(jiān)測異常。近幾年因各種外界因素制約，智能家居行業(yè)發(fā)展緩慢，急需一個新的平臺來尋求智能家居系統(tǒng)新的發(fā)展，完善系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。因此，對智能家居的微信公眾平臺控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行研究，有助于找到新時期智能家居的發(fā)展方向，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 智能家居與微信公眾號

傳統(tǒng)的智能家居基于傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層三部分，感知層主要有傳感器、硬件中間件（如arduino、STM32單片機(jī)）和動作發(fā)生器這三部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、動作執(zhí)行；網(wǎng)絡(luò)層主要由WLAN、藍(lán)牙組成，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和各子節(jié)點之間的通信；應(yīng)用層主要由圖形化家庭信息中心（如樹莓派、香蕉派、小型工控機(jī)）和云服務(wù)器組成。

結(jié)合了微信平臺的智能家居系統(tǒng)，不同與傳統(tǒng)的app和實體屏幕界面形式，微信公眾號可以集成在微信應(yīng)用中，省去了另外開發(fā)app的過程，也減少了系統(tǒng)的體量，運用前端HTML5和css技術(shù)美化系統(tǒng)界面，并依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將居家生活中的照明系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等等子模塊匯總至一處，從而梳理數(shù)據(jù)并滿足用戶的定制需求，二者相結(jié)合就組成了一個集控制、分析、服務(wù)為一體的自然，隨心，愉悅的智能家居環(huán)境。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)對智能家居的微信控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)整體原理

微信平臺不斷地發(fā)展壯大有龐大的用戶基數(shù)，做到了大范圍的普及，而物聯(lián)網(wǎng)和智能家居則有著遠(yuǎn)大的發(fā)展前景，二者相結(jié)合不僅可以為微信的發(fā)展添磚加瓦，也為物聯(lián)網(wǎng)智能家居的未來發(fā)展有一定的推動作用。對于該系統(tǒng)構(gòu)成和原理而言，就是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及傳感器、發(fā)生器對室內(nèi)生活環(huán)境在微信平臺上進(jìn)行控制、管理和監(jiān)測。往深處講，要實現(xiàn)微信在智能家居上的深度應(yīng)用，前提是確保外部傳感器數(shù)據(jù)的有效性和實時性，再就是確保子節(jié)點和母節(jié)點之間建立持久有效的連接，才能保證服務(wù)器上系統(tǒng)可靠運行。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

智能家居系統(tǒng)主要由Raspberry Pi 3B（樹莓派）和Arduino Nano開發(fā)板、esp8266無線模塊、PM2,5傳感器、氣體傳感器、溫濕度傳感器、舵機(jī)、繼電器等通過有限或者無線的方式互相連接構(gòu)成一個星形結(jié)構(gòu)，由底層傳感器產(chǎn)生數(shù)據(jù)和狀態(tài)，數(shù)據(jù)到達(dá)Arduino節(jié)點和esp8266無線模塊后，通過無線連接數(shù)據(jù)送達(dá)樹莓派，梳理后上傳到云端并顯示在終端屏幕上，云端的信息可以通過微信隨時展示給用戶而用戶也隨時可以通過微信公眾號對家居系統(tǒng)進(jìn)行指令下達(dá)。

2.2.1 Raspberry Pi 3B（樹莓派）

本智能家居系統(tǒng)采用樹莓派來作為系統(tǒng)核心部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收發(fā)匯總、動作的執(zhí)行以及微信公眾號平臺的運轉(zhuǎn)，麻雀雖小五臟俱全，主頻1.2GHz保證了足夠的任務(wù)處理能力和執(zhí)行速度。其上安裝LAMP環(huán)境來運行基于python的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，其LAMP環(huán)境分別是linux、apache、mysql、python這四大組成部分，組合在一起形成了當(dāng)前流行的服務(wù)器生產(chǎn)環(huán)境，處理物聯(lián)網(wǎng)家居系統(tǒng)產(chǎn)生的tcp連接及作為公眾號后臺服務(wù)器綽綽有余。

2.2.1 Arduino Nano

本質(zhì)上是avr單片機(jī)，但卻是最流行和最受歡迎的硬件開發(fā)平臺，擴(kuò)展性、性價比和生態(tài)圈的繁榮度比之樹莓派有過之無不及，具有開發(fā)敏捷，上手快等優(yōu)點。它使得開發(fā)者專注于創(chuàng)意和想法的實現(xiàn)，拋棄漫長的學(xué)習(xí)路線，對avr-gcc庫進(jìn)行二次封裝，大大降低學(xué)習(xí)成本和縮短學(xué)習(xí)時間，而且開源使得本身的生態(tài)圈和用戶群越發(fā)繁榮起來以產(chǎn)生更多話題和討論，社區(qū)產(chǎn)生的眾多資料和話題又進(jìn)一步壯大了用戶群的數(shù)量。

2.3 系統(tǒng)子模塊組成

2.3.1 照明子模塊

照明子模塊由開關(guān)控制電路、Arduino微控制器、各類傳感器、無線通信模塊構(gòu)成，通過紅外熱釋電傳感器、運動傳感器、光照傳感器收集室內(nèi)光照強(qiáng)度、人員狀況等信息，以傳感數(shù)據(jù)為依托借助繼電器和控制電路控制照明設(shè)備強(qiáng)度和開關(guān)狀態(tài)，同時與樹莓派建立有效鏈接，樹莓派再與服務(wù)器不斷的交換數(shù)據(jù)以保證數(shù)據(jù)的實時和可靠、操作的流暢和體驗、使用的舒適和方便。這樣一來用戶就可以隨時通過手機(jī)來操作整個照明系統(tǒng)，完成一系列控制指令。

2.3.2 溫度子模塊

溫度子模塊負(fù)責(zé)家居環(huán)境一系列開關(guān)控制電路、紅外控制電路、Arduino微控制器、各類傳感器、無線通信模塊構(gòu)成，為了讓用戶感到溫馨和舒適，熱水器和室內(nèi)溫度是抓住客戶心理的重要一環(huán)。通過行為預(yù)測和用戶操作，再借助水溫傳感器、室溫傳感器把握溫度提升的程度和速度，開關(guān)控制電路和紅外控制電路對熱水器和空調(diào)設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)操控，在烈日炎炎的盛夏會在用戶回家前提前打開空調(diào)降低室內(nèi)溫度，在一天辛苦工作過后會提前準(zhǔn)備熱騰騰的洗澡水。由于考慮到這些家電設(shè)備會與智能家居系統(tǒng)存在不兼容問題，可以紅外遙控的空調(diào)設(shè)備會引入紅外模塊來模擬遙控器指令，熱水器則是進(jìn)行一定的改造和加裝，從而實現(xiàn)和智能家居系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，也有利于微信公眾號指令的執(zhí)行和接收。

2.3.3 安保子模塊

安保子模塊包括安保監(jiān)控和門禁管理兩個方面，安保監(jiān)控包括門口防盜攝像頭和居家安保攝像頭，門禁主要是用戶身份的識別和電子鎖的控制。安保監(jiān)控方面主要是對現(xiàn)有家庭安保攝像頭配套方案進(jìn)行反向工程抓包得到的，從而可以集成到我們現(xiàn)有的系統(tǒng)之中，從而可以提取畫面和視頻流進(jìn)而推送到微信平臺。門禁主要通過IC卡、實體密碼鍵盤輸入和微信平臺密碼輸入進(jìn)行身份的確認(rèn)，從而驅(qū)動電磁鎖進(jìn)行開啟動作。

3 結(jié)束語

總的來說，微信平臺發(fā)展壯大是有目共睹的，我們唯一能做的就是順應(yīng)時代潮流，改善人們的生活環(huán)境和方式，方便人們學(xué)習(xí)和生活。微信公眾號對物聯(lián)網(wǎng)智能家居的介入進(jìn)一步改變了智能家居在人們印象中的認(rèn)知形態(tài)和操作形式。較傳統(tǒng)app形式智能家居系統(tǒng)來說，它在手機(jī)端實現(xiàn)了輕量化、集成化，對用戶實現(xiàn)了快捷化、方便化。由此可見，微信公眾號對于智能家居控制系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展有良好的助推作用。