淺談智慧家居的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊 帆

（廣東省職業(yè)技能服務(wù)指導(dǎo)中心 廣州 510115）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人民的生活水平得到顯著改善，作為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一的“智慧家居”以不可阻擋的趨勢快速崛起，各大傳統(tǒng)家電廠商和新興科技企業(yè)積極布局。各類智慧家居產(chǎn)品已從過去的展覽館已開始走入一般家庭。另外一個(gè)方面，物聯(lián)網(wǎng)在民生各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中也占據(jù)著越來越重要的位置。智慧家居產(chǎn)品的應(yīng)用已遍及到窗簾、燈、門以及電視等家用電器智能化、人性化，便于人們遠(yuǎn)程控制管理。使人可以隨時(shí)了解家中電器、門禁等設(shè)備的狀況，極大地滿足大眾的生活需求，為用戶帶來便利。

1 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的定義和優(yōu)勢

1.1 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的基本定義

物聯(lián)網(wǎng)是指基于紅外感應(yīng)器、RFID射頻識(shí)別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息感知設(shè)備，按照約定的通信協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)物與物之間信息的交換，從而實(shí)現(xiàn)智能化定位、跟蹤、識(shí)別、監(jiān)視和管理的技術(shù)的總和。移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)是基于NB-IOT 、移動(dòng)通信技術(shù)等無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)層的作用是信息傳輸，通過各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將感知層收集、傳輸來的信息傳遞并匯總到應(yīng)用層。物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)層的實(shí)現(xiàn)技術(shù)有很多種，包括藍(lán)牙、WiFi、移動(dòng)通信等技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)層的作用相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將感知層收集的信息傳遞給大腦。而應(yīng)用層的作用則相當(dāng)于人的大腦，負(fù)責(zé)對(duì)傳輸層傳遞來的信息進(jìn)行綜合分析，并且做出判斷和決策。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層采用各種移動(dòng)通信技術(shù)，比如 NB-IoT、 4G、5G、技術(shù)來實(shí)現(xiàn)時(shí)，就稱之為移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)。感知層可以類比做人的鼻子、眼睛、耳朵、皮膚等感知器官，用于感知和收集外部世界的信息。應(yīng)用層的作用是對(duì)傳輸層傳遞來的信息進(jìn)行匯總和分析，并且做出智能判斷和決策。

2 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的智慧家居的框架設(shè)計(jì)

2.1 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)智慧家居的定義

為人們生活起居營造更加安全、舒適、健康的家居生活環(huán)境，移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)智能家居是指通過手機(jī)智能終端，經(jīng)由移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各種智能設(shè)備，如溫度濕度傳感器、位置等進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制，實(shí)現(xiàn)這些智能設(shè)備之間的信息交互、信息共享。

本文選有的ESP8266是一種低成本的WiFi模塊，具有一個(gè)內(nèi)置的微處理器和一個(gè)1MB的閃存，通過協(xié)議使其能可以連接到WiFi進(jìn)行通信。其引腳功能如圖1。

圖1 ESP8266模塊引腳功能

2.2 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)智能家居的框架結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)智能家居框架結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)智能家居框架結(jié)構(gòu)圖

3 移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的智能家居的軟硬件設(shè)計(jì)和搭建

3.1 硬件搭建方面

3.1.1 房間空調(diào)控制器

改造已有的空調(diào)，讓其能繼續(xù)使用普通遙控器遙控，也能使用網(wǎng)絡(luò)控制。而且使用遙控器控制的結(jié)果，也能通過網(wǎng)絡(luò)查詢到。

1）通過單片機(jī)控制空調(diào)：買一個(gè)紅外發(fā)光二極管，接在ESP8266的一個(gè)引腳上，另一腳接地。

2）監(jiān)控空調(diào)的工作狀態(tài)：找到空調(diào)遙控接收板上的紅外接收管，找出數(shù)據(jù)線，焊接出來，接在ESP8266的一個(gè)引腳上，在這個(gè)腳上打開外部中斷，取得空調(diào)工作狀態(tài)。

3.1.2 用電功率監(jiān)視器

“交流功率測量盒”。這個(gè)測量盒可以測量一臺(tái)空調(diào)的功率，也能測量整個(gè)家庭的功率。 買三個(gè)組合起來，還能測量三相動(dòng)力電的功率。測量結(jié)果通過TTL串口讀取出來，功率，電流，電壓，電量這些信息都有。

3.1.3 房間燈光控制器

雙控一盞燈，既能傳統(tǒng)的手動(dòng)控制，也能用網(wǎng)絡(luò)控制的方法。

用ESP8266+繼電器做一個(gè)控制器，就可以通過網(wǎng)絡(luò)控制這個(gè)繼電器。

然后單片機(jī)一個(gè)引腳接出來，接一個(gè)普通墻壁開關(guān)。單片機(jī)程序?qū)懸幌拢@個(gè)開關(guān)的狀態(tài)變化一次，就把繼電器的狀態(tài)變一下（不用管開關(guān)到底是開，還是關(guān)，只檢測開關(guān)的變化）。這樣不僅僅可以傳統(tǒng)手動(dòng)控制，而且手動(dòng)控制之后的狀態(tài)，也可以通過網(wǎng)絡(luò)看到。

3.1.4 SIM800通信模塊

SIM800C是一款城堡孔封裝的四頻GSM/GPRS模塊，能適用于本項(xiàng)目移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。使用到的功能包括：GSM短信收發(fā)，GPRS數(shù)據(jù)傳輸，TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸，LBS信息的定位，http的java接口調(diào)用，F(xiàn)TP的無線升級(jí)，模塊BT的串口協(xié)議傳輸[3]。

3.2 軟件設(shè)計(jì)方面

3.2.1 用ESP8266作為服務(wù)器和節(jié)點(diǎn)，包含節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)和狀態(tài)（比如：溫度，濕度，空調(diào)開關(guān)）。

3.2.2 ESP8266服務(wù)器收到節(jié)點(diǎn)更新后，回復(fù)一個(gè)UDP命令包，包含發(fā)送給節(jié)點(diǎn)的控制命令（比如：開燈，關(guān)燈），并緩存節(jié)點(diǎn)的IP地址信息。

3.2.3 ESP8266另開web服務(wù)，手機(jī)電腦均可訪問，可以查看狀態(tài)，也可以控制，在家通過局域網(wǎng)訪問，不依賴互聯(lián)網(wǎng)，在外需要做一個(gè)端口映射（申請(qǐng)公網(wǎng)IP）。

3.2.4 收到web的控制命令后，立即給節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令UDP包（之前已經(jīng)緩存了節(jié)點(diǎn)IP信息），可以做到空調(diào)一按就亮，幾乎無延時(shí)。

智慧家居的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)過程控制如圖3。

圖3 智慧家居的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)過程控制圖

過程控制代碼如下：

實(shí)踐證明該方式能通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種智能設(shè)備，如溫度濕度傳感器、位置等進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制，實(shí)現(xiàn)這些智能設(shè)備之間的信息交互、信息共享，達(dá)到遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)施設(shè)備的智能管理，并具有極大的可拓展性。

4 結(jié)語

本文主要論述了智慧家居的移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展中，智慧家居帶來了諸多便利。智慧家居不僅提高了人們的生活品質(zhì)，滿足了人們的生活需求；通過移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全宅空調(diào)、燈光、門禁、溫濕度監(jiān)控等多種的智能管理和應(yīng)用。智能窗簾模塊可以調(diào)節(jié)室內(nèi)光照強(qiáng)度，平衡室內(nèi)溫度，在功能上滿足客戶需求。