基于WiFi控制的智能云家居系統

楊雨鑫 尤國強

摘要：遙控器上按鍵太小，找不到遙控按鈕或容易按錯按鍵;夏天睡前要打開蚊帳下床去關燈、關風扇或關空調，這樣有可能會讓蚊子鉆入蚊帳;不想半夜起床摸黑開燈;出門后才想起忘了關家里的電器，插線板擠在狹小空間，手伸不進去不便插拔……相信不少人都有過類似的困擾，而基于WiFi控制的智能云家居系統可以解決這些不便，只需要一部隨身攜帶的手機或平板，通過在清晰的屏幕上“指指戳戳”就能方便地用智能云模式控制家中的一切電子設備，為人們帶來更便捷的生活。

關鍵詞：WiFi控制;智能云;家居系統

中圖分類號：TP311? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）23-0142-02

1 引言

當前家電設備的控制方式主要采用物理按鈕控制或觸摸控制等方式，對于電器的操控必須要近距離用手完成。這樣的控制方式既麻煩，又有觸電的危險。如果將各種家電的控制方式升級，集各種控制于一個基于WiFi控制的手機智能云平臺上[1]，借助手機屏幕上的虛擬按鍵就可以遠程控制各種家電，省略了人為的操作，不僅省略了距離的限制還能增加效率，增加家庭生活的幸福感。

隨著互聯網技術和4G、5G通信技術的不斷發展、移動智能設備的普及，和WiFi技術的發展與之應運而生的就是物聯網的迅速崛起，在物聯網迅速發展的大環境下，智能家居作為物聯網的代表也日益成熟，在WiFi通信的推動下，利用手機等移動設備的終端控制系統誕生了，而智能家居系統的應用便是其中之一。WiFi已成為目前最普遍的無線通信方式之一。相比于普通家居，智能家居在普通家居的基礎上，還擁有智能化、易安裝、易維護、性價比高等特點。

智能家居網絡的核心就是無線傳輸技術，而WiFi恰好能滿足智能家居網絡的所有要求。作為現階段應用最廣泛的無線通信技術，WiFi可以與所有智能家居進行連接，并且與家庭網絡連接，讓手機等終端設備在聯網狀態下可以隨時隨地完成對智能家居的直接控制。省略了不同控制信號之間的互相轉換，擁有開發難度低、傳輸速度快、易操作的特點。

如今90%以上的家庭都擁有WiFi，利用WiFi通信，無需布線，在安裝便捷的同時還有易維護的優點。同時，利用WiFi作為智能家居網絡的紐帶，還能夠將所有的智能家居連接到一起，實現一對多的優勢，具有高靈活性，可移動性的特點。所以，利用WiFi進行智能家居的自動化控制成為目前工程師們研究的熱點。本項目研究的基于WiFi控制的智能云家居可以實現家電控制、照明控制、安全檢測、智能識別等多功能一體化的目的。

2 國內外發展現狀

20世紀80年代，美國建造出了世界上第一棟真正意義上的智能建筑，該智能建筑具有通信數據化、控制自動化的優點。自此，智能家居系統逐漸成為家居行業的熱門發展方向，且功能越來越復雜和強大。

智能家居系統中最為關鍵的核心技術之一是嵌入式智能處理系統的設計。近年來，隨著新型傳感器技術、物聯網技術和人工智能技術的快速發展和成熟應用，融入這些新技術的智能家居系統已在整體功能和智能程度上有了本質的提升。在新技術高速發展的背景下，加上國內社會經濟發展、人民生活水平提高、房產市場活躍以及國家政策扶持等有利因素，我國智能家居行業目前也進入了高速發展的快車道。

雖然目前智能家居行業有著良好的未來發展勢頭，但該行業仍存在著一些亟待解決的問題。首先，國內的產品標準化程度不高，各企業產品沒有形成統一規范的行業標準。由于我國智能家居行業起步較晚，因此雖然目前市場上的產品類型很多，但在行業間缺乏溝通聯系，沒有制定出規范統一的行業標準，使得不同企業品牌的智能家居系統軟硬件無法彼此兼容通用，令用戶在選擇和使用產品方面沒有衡量標準，且增加了各企業的產品生產和維護成本，造成智能家居市場發展受限的困境。第二，目前市場上很多智能家居產品的操作界面和使用步驟過于煩瑣，看似豐富全面的功能其實大部分并不實用，且過于復雜的智能設備出錯率也比較高，這嚴重降低了智能家居產品的便捷性。第三，由于大多數的智能家居產品都具有復雜的軟硬件組成結構，當這些不同的組成結構分別由不同廠家提供時，由于這些廠家產品質量參差不齊，就使得智能家居系統的整體性能不能得到穩定的保證，且令智能家居系統的維護成本大大上升，特別對于綜合布線型的物聯智能家居系統更是如此，故上述缺點大大影響了智能家居產品的普及和推廣。另外，由于當前國內絕大部分智能家居產品均模仿國外已有產品進行設計生產，沒有針對我國生活習慣和家庭狀況開展深入的調研，從而一些高端智能家居產品并不符合國人的日常使用習慣。很多智能家居產品僅將家庭的安防傳感器系統、門禁系統、視頻監控系統和整體照明控制系統等進行簡單整合，缺乏大家居范疇的整體規劃，系統的舒適性和智能性不高。最后還有一個容易被人們忽視的方面，由于智能家居產品在家庭個人數據的保護方面沒有受到足夠的重視，且數據的非法交易難以有效監管，故使用智能家居產品時反而可能會導致家庭安全信息和個人隱私的泄露，從而讓智能家居系統難以讓用戶放心使用，因此，相比于前面的各種問題，對數據的保護這個方面是更為迫切需要解決的問題[2]。

3 智能云家居系統的整體軟硬件設計方案

智能云家居系統整體結構由云平臺、主控制器、ESP 8266 WiFi模塊和室內家居系統等部分組成，整體結構如圖1所示。其中，移動設備的App云平臺通過WiFi熱點或路由器與WiFi模塊連接，WiFi模塊通過串口與主控制器連接，主控制器與各個家居設備通過總線相連，并由云平臺主通過WiFi模塊與主控制器無線通信從而實現對室內家居系統的控制。當主控制器通過WiFi 模塊與家居系統中的各設備連接時，不但能夠實現移動終端對家居系統的智能化控制，還可以實現主控制器對家居系統中各傳感器參數的獲取功能。

系統主控制器選用性價比較高的STC15F2K60S2單片機。該單片機的主要性能為：2048字節片內RAM存儲器;增強型8051內核，運行速度比傳統51單片機快7至12倍（因為運行速度為12T，故比STC早期的1T系列單片機運行速度大幅提高）;包含低速模式、空閑模式和掉電模式的低功耗節能運行模式;高精度內部R/C時鐘;±1% 溫飄（-40℃～+85℃），常溫下溫飄僅為5‰;工作頻率范圍為5～35MHz（由于運行速度可為12T，故頻率范圍相當于傳統8051單片機的60～420MHz）;32K字節的片內Flash存儲器，擦寫次數可達10萬次以上。當將該款單片機設置為空閑模式運行時，可以大大降低控制系統在日常沒有任務執行時的電量消耗，從而僅用普通電池就能維持系統的長時間運轉。

系統的無線WiFi通信器件選用ESP 8266模塊，并采用該模塊的AP+Station模式和主控制器進行無線連接。該WiFi通信模塊擁有近80MHz的32位主頻處理器，并內置WiFi模組，可以完成無線連接的高主頻高性能網關工作。

本文的軟件設計主要包括智能云平臺的移動設備端App設計和主控制器的智能控制程序設計。其中，移動設備端的App設計包含前端人機交互界面設計和后臺java程序設計;而主控制器智能控制程序的核心是通過對傳感器數據進行分析，來判斷家居設備的當前運行環境，并對各家居設備發送相應的控制指令。

圖2為本文設計的智能云家居系統主控制器的控制程序流程圖。

4 結束語

本文設計的智能云家居系統具有易操作、易實現和低成本的特點，同時還具有靈活性和可移動性，為家庭生活帶來了極大的便利，提高了居家生活的幸福感和舒適感。本系統具有其他智能家居沒有的靈活性、安全性和易操作性，更具智能和發展前景。

參考文獻：

[1] 許奎.智能家居通信協議綜述[J].儀器儀表用戶，2017，24（2）：109-111.

[2] 丁函，羅軍，陸文駿，等.智能家居控制APP系統的設計與實現[J].計算機技術與發展，2017，27（1）：121-125.

【通聯編輯：梁書】