基于ESP8266的智能家居系統(tǒng)開發(fā)

嚴(yán)涵婷 杜選 孫添程 孫宇平 周瑜萱 金裕筠

摘要：利用ESP8266 NodeMCU和Android開發(fā)技術(shù)，結(jié)合各類傳感器和繼電器，設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)智慧家居系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)，用戶可以實(shí)時(shí)讀取溫度、濕度等家庭環(huán)境數(shù)據(jù)，同時(shí)系統(tǒng)利用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制家庭各種電器的開關(guān)。系統(tǒng)一共分為三層，分別是數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層和應(yīng)用層。本系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)整合了嵌入式技術(shù)、程序編程等，為廣大用戶提供舒適智能生活的同時(shí)還為廣大物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智慧家居;ESP8266 NodeMCU;傳感器

中圖分類號(hào)：TP311? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）27-0136-03

Abstract： Using ESP8266 Nodemcu and Android development technology， combined with various sensors and relays， this paper designed and developed a smart home system. Through this system， the user can read the temperature， humidity and other family environment data in real time， at the same time， the system uses the voice recognition technology to realize the voice control of the switch of various household appliances. The system is divided into three layers， which are data acquisition layer， data transmission layer and application layer. The development and realization of this system integrates embedded technology， programming， etc.， to provide comfortable and intelligent life for the majority of users， but also for the majority of Internet of Things developers to provide a certain reference value.

Key words： Internet of things; smart home; ESP8266 NodeMCU; sensor

1 概述

智慧家居雖然最先在國(guó)外興起，但近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)的智慧家居正在快速發(fā)展，迎頭追趕。政府在政策和標(biāo)準(zhǔn)方面的支持不斷增加，這很好地引導(dǎo)了該行業(yè)的發(fā)展。我國(guó)各類品牌經(jīng)過(guò)不斷學(xué)習(xí)和借鑒，并發(fā)揮自己的特色，如今已經(jīng)逐步形成了一些具有代表性的智能家居技術(shù)方案。

目前，我國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)中較為突出的是華為和小米。小米推行“1+4+X”戰(zhàn)略，全力打造AIoT。小米智能家居以小米多功能網(wǎng)關(guān)為中心，與門窗傳感器、人體傳感器和無(wú)線開關(guān)結(jié)合使用，其智能家居設(shè)備是基于ARM微處理器來(lái)設(shè)計(jì)的嵌入式處理器。在通信方面，小米智能家居使用了以NXP為基礎(chǔ)的一顆工業(yè)級(jí)ZigBee射頻芯片—JN5168進(jìn)行組網(wǎng)通信[1]。華為智能家居推行“1+8+N”戰(zhàn)略，它的核心技術(shù)是依靠HiLink協(xié)議+華為IoT操作系統(tǒng)LiteOS+IoT芯片三合一運(yùn)作[2]。HUAWEI HiLink是華為面向消費(fèi)領(lǐng)域的智能硬件開放生態(tài)，開發(fā)者可以通過(guò)硬件和云等接入方式加入生態(tài)中來(lái)，成為華為1+8+N全場(chǎng)景生態(tài)的關(guān)鍵部分，被華為各種終端通過(guò)界面/語(yǔ)音方式查看和控制[3]。

這些智能家居解決方案可以滿足不同類型的居民用戶的需求，也意味著在智能家居技術(shù)領(lǐng)域，我國(guó)水平的持續(xù)提升與進(jìn)步。雖然目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于智能家居的研究和技術(shù)日出不窮，但是綜合各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，我們選擇了WIFI傳輸技術(shù)為系統(tǒng)開發(fā)的中心技術(shù)。

2 需求分析

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使智能家居系統(tǒng)功能愈加完善，它實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制家電、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，為人們的日常生活提供便利、保駕護(hù)航提。所以，基于目前市場(chǎng)上存在的人們對(duì)智能家居的需求，為了讓人們的生活變得更加智能，為了給廣大物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者提供更多的思路，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)基于ESP8266 NodeMCU的智慧家居系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要功能有：使用硬件采集并反饋室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù);通過(guò)手動(dòng)點(diǎn)擊和人體語(yǔ)音開關(guān)家居電器;智慧保家功能[4]。智慧家居系統(tǒng)的功能如圖1所示。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)分為硬件、軟件、智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和百度語(yǔ)音識(shí)別云平臺(tái)四個(gè)部分。硬件主要包括負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)源的傳感器和匯集傳感器、繼電器的ESP8266 NodeMCU;軟件則是由AndroidStudio和Web語(yǔ)言開發(fā)的客戶端界面;智云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)則是負(fù)責(zé)客戶端和硬件之間互相溝通信息的工作;百度語(yǔ)音識(shí)別云平臺(tái)則是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)語(yǔ)音控制的功能。

（1） 使用ESP8266 NodeMCU連接不同作用的傳感器和繼電器等硬件，硬件數(shù)據(jù)和客戶端給硬件下達(dá)的指令都通過(guò)無(wú)線網(wǎng)傳輸。

（2） ESP8266 NodeMCU通過(guò)無(wú)線網(wǎng)將硬件數(shù)據(jù)傳送給智云平臺(tái)提供的服務(wù)器，當(dāng)客戶端想要獲取環(huán)境數(shù)據(jù)，智云平臺(tái)就會(huì)將數(shù)據(jù)傳送給客戶端。

（3） 當(dāng)客戶端下達(dá)控制指令時(shí)會(huì)通過(guò)智云平臺(tái)將指令經(jīng)由WIFI傳達(dá)給由ESP8266 NodeMCU連接的對(duì)應(yīng)硬件。