基于OneNET的智能家居控制系統設計

許增杰 石麗梅 諶鑫 劉煒杰 范潔潤

摘? 要：隨著移動互聯網的飛速發展，智能家居控制系統得到了越來越多的關注和廣泛應用。設計一種基于OneNET云平臺結合多種傳感器的智能家居控制系統。系統可以將多種傳感器采集到的數據發送到OneNET云端，然后通過HTTP協議在OneNET后臺形成數據中心;通過移動終端可以連接到智能家居設備上實現家居控制系統。用戶可以實時查詢家居環境的溫濕度值、光照強度值、PM2.5等信息，還可以實現對家中的門窗進行遠程開關控制。

關鍵詞：智能家居;OneNET;HTTP協議;傳感器

中圖分類號：TP212 ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）03-0158-04

Design of Smart Home Control System Based on OneNET

XU Zengjie， SHI Limei， CHEN Xin， LIU Weijie， FAN Jierun

（Guangdong Ocean University， Zhanjiang? 524088， China）

Abstract： With the rapid development of mobile Internet， smart home control system has been paid more and more attention and widely used. In this paper， a smart home control system based on OneNET cloud platform and multiple sensors is designed. The system can send data collected by multiple sensors to the OneNET cloud end， and then form a data center in the OneNET background through HTTP protocol; you can connect to the smart home equipment with the help of the mobile terminal to operate on the home control system. Users can query the temperature and humidity value， light intensity value， PM2.5 and other information of the home environment in real time， and can also realize the remote switching control of doors and windows in the home.

Keywords： smart home; OneNET; HTTP protocol; sensor

0? 引? 言

物聯網從產生到使用經歷了漫長的成長過程。早在1995年比爾·蓋茨（Bill Gates）在《未來之路》中就提出過“物聯網”的概念，然而在2005年ITU發布《ITU互聯網報告2005物聯網》之后，它才逐漸被人所熟知并得到快速發展[1]。物聯網是信息科技產業第三次革命的產物，是互聯網的延伸[2]。物聯網對人們的生活產生了巨大的影響，尤其在家居行業的應用引發了智能家居行業的熱潮。智能家居是以住宅為平臺，利用技術將各類智能產品聯合，構建全方位的智能管理系統[3]。

如今市面上智能家居控制系統大多是以物聯網、深度學習和Web為主要技術，搭載微信小程序所形成的控制系統。隨著OneNET云平臺技術的推廣應用，越來越多的產品采用該平臺進行相關應用設計。這里采用基于OneNET云平臺以及傳感器技術設計了一套智能家居控制系統。它可以通過云平臺實現對溫度傳遞器、濕度傳感器、PM2.5傳感器、光照強度傳感器等進行控制，實現相關傳感器參數的查詢、門窗的遠程控制等實現人們對家居智能化的需求。

1? 系統總體設計

基于OneNET的智能家居控制系統是把嵌入式技術結合物聯網以及Web作為主要技術，通過OneNET物聯網平臺自帶的系統界面所形成的一款控制系統。此系統所包含的指紋識別、語音控制系統、溫濕度檢測、PM2.5監測、光照檢測以及氣體檢測等功能均基于STM32系統下，進行自主控制實現。系統會根據傳感器采集的數據，對溫濕度、亮度以及門窗進行相應的自主控制，從而追求更好的人性化服務。此外，系統還會把采集到的信息發送到OneNET云端，通過HTTP協議將OneNET中的后臺數據進行采集和存儲，實現智能家居的遠程監測。如圖1所示。

2? 系統的硬件設計

2.1? OneNET開發版

OneNET開發板是中移物聯網自主研發的開發板，如圖2所示。采用MCU+Wi-Fi的結構，配置了應用廣泛的STM32F103單片機，并搭載溫濕度傳感器以及EEPROM。其已經將所有IO接口都引出，完美支持各種產品需求，實現了操作簡便，只需短短30分鐘就能搭建自己的智能硬件。此外，該開發板的標準版還自帶ESP8266-01Wi-Fi模塊與M6312-GPRS通信模塊;本系統采用的就是OneNET標準板作為核心處理器，利用語音識別模塊進行控制LED模塊、繼電器出發模塊、按鍵模塊以及溫濕度傳感器等智能家居所需的模塊。

2.2? 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器模塊主要負責溫濕度數據采集功能。由于DHT11數字溫濕度傳感器具有成本低、相對濕度和溫度測量快、抗干擾能力強、可靠性高、穩定性好等優點，這里選擇它作為系統的溫濕度傳感器模塊，它是已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器模塊。在系統上電后需要等待1 s的時間，用來越過傳感器不穩定的狀態，在此期間無須發送任何指令[4]。如圖3所示。

2.3? 空氣質量檢測模塊

空氣質量檢測模塊是采用MQ-7一氧化碳傳感器模塊組成，對室內的空氣質量進行檢測并將數據傳輸到主控芯片，如圖4所示。其采用在空氣中導電率比較低的二氧化錫（SnO2）作為氣敏材料，利用高低溫循環檢測方式（1.5 V加熱）來檢測一氧化碳，因此在傳感器通電后需要預熱20 s左右，測量的數據才穩定。

2.4? 光敏傳感器和雨滴模塊

光敏傳感器是由光敏電阻受光的影響改變輸出信號而制作的一款靈敏傳感器。工作電壓在3.3 V～3.5 V。通過比較器輸出后，其具有信號干凈、波形好、驅動能力強的特點。輸出形式DO數字開關量（0和1）和AO模擬電壓輸出。

雨滴傳感器是一種需要用于各種水汽天氣狀況的監測模塊，可以檢測是否在下雨以及雨量情況。它是一個模擬輸入模塊（雨水），然后轉換成數字信號和模擬量AO電壓輸出。這里采用高品質FR-04雙面材料，由于其表面用鍍鎳處理后具有壽命長、抗氧化能力強以及導電性能好而得到廣泛應用。

3? 系統的軟件設計

3.1? 系統總體運行程序設計

系統測試是通過串口發送AT指令來對ESP8266-Wi-Fi模塊進行相關操作。在系統上電之后，主控MCU和各項模塊進行初始化操作，ESP8266-Wi-Fi模塊會連接到相對應的網絡，通過Wi-Fi與OneNET云平臺進行TCP連接，再通過EDP協議將本地數據上傳，如傳感器采集的數據、狀態數據等上傳到OneNET云平臺存儲并展示。同時，在OneNET云平臺上也可以對下面主控MCU下發指令數據，用于控制硬件設備、更改設備狀態等。如圖5所示。

3.2? 環境參數采集與上傳程序設計

以下為程序主要代碼：

（1）使用ESP8266模塊連接Wi-Fi，將數據發送到OneNET平臺：

UsartPrintf（USART_DEBUG， “1. AT＼r＼n”）;

while（ESP8266_SendCmd（“AT＼r＼n”， “OK”））

DelayXms（500）;

UsartPrintf（USART_DEBUG， “2. CWMODE＼r＼n”）;

while（ESP8266_SendCmd（“AT+CWMODE=1＼r＼n”， "OK"））? ?//STA模式

DelayXms（500）;

UsartPrintf（USART_DEBUG， “3. AT+CWDHCP＼r＼n”）;

while（ESP8266_SendCmd（“AT+CWDHCP=1，1＼r＼n”， “OK”））

DelayXms（500）;

UsartPrintf（USART_DEBUG， “4. CWJAP＼r＼n”）;

while（ESP8266_SendCmd（ESP8266_WIFI_INFO， “GOT IP”））

DelayXms（500）;

UsartPrintf（USART_DEBUG， “5. CIPSTART＼r＼n”）;

while（ESP8266_SendCmd（ESP8266_ONENET_INFO， “CONNECT”））

DelayXms（500）;

UsartPrintf（USART_DEBUG， “6. ESP8266 Init OK＼r＼n”）;

（2）使用SHT30等傳感器模塊采集數據：

void SHT_Init（void）? ?//sht30模塊初始化

{

DelayXms（250）;

//0x2130? 表示周期模式 周期1ms

IIC_Start（）;

IIC_Send_Byte（0x88）;

IIC_Wait_Ack（）;

IIC_Send_Byte（0x21）;

IIC_Wait_Ack（）;

IIC_Send_Byte（0x30）;

IIC_Wait_Ack（）;

IIC_Stop（）;

DelayXms（150）;

}

t=sht30_data_process（）;///sht30模塊采集溫濕度

（3）通過OneNet_SendData（）函數實現數據上傳的功能：

if（++timeCount >= 20）

{

UsartPrintf（USART_DEBUG， "OneNet_SendData＼r＼n"）;//串口信息提示

OneNet_SendData（）;//發送數據

timeCount = 0;

ESP8266_Clear（）;//清空緩存

（4）通過OneNet_RevPro（dataPtr）函數實現對下發數據的解析功能

dataPtr = ESP8266_GetIPD（0）;//接收下發的數據

if（dataPtr ！= NULL）

OneNet_RevPro（dataPtr）;

數據上傳/下發流程圖如圖6所示。

3.3? 用戶終端界面的實現

用戶可以通過手機移動終端應用程序界面實現對智能家居系統環境參數的實時查詢和門窗遠程控制等操作。一般情況下，用戶終端應用程序界面設計是一個比較復雜且耗時的事情，但OneNET云平臺為開發人員提供了一個易于操作的開發工具，開發人員可以快速地搭建自己的用戶終端應用程序界面。界面設計時，開發人員只需在OneNET云平臺應用開發端上面選擇合適的控件進行組合，然后再設置好參數屬性就可以完成用戶終端應用程序界面設計。

開發人員可以利用OneNET云平臺提供的應用開發工具來完成智能家居控制系統的微信小程序用戶終端界面設計。在用戶終端界面上實現對智能家居環境參數的實時查詢與常用家電的遠程控制[5]，如圖7所示。

4? 智能家居系統實驗驗證

測試人員在將硬件電路搭建完成后就可以進行系統實驗驗證環節。測試人員將控制程序燒錄進去之后就可以進行系統上電，然后登錄OneNET云平臺開發者中心平臺，如果設備列表中的設備狀態顯示為在線狀態，說明該設備已經成功連接到OneNET云平臺上面，測試人員就可以開始進行功能測試，首先就是通過OneNET云平臺應用管理手機移動端中對應的微信小程序界面，實時觀測智能家居系統的環境參數，如溫濕度、PM2.5數值、光照強度值等;然后嘗試通過相應的操作遠程控制門窗的開啟與關閉功能。實驗驗證采集到的數據數值顯示如圖8所示。系統實驗驗證結果表明智能家居系統功能正常、系統運行穩定、響應速度快，可以滿足用戶對智能家居系統的要求。

5? 結? 論

本文這里設計了一種OneNET云平臺結合多種傳感器的智能家居控制系統，采用了OneNET開發板，將智能家居控制系統的底層硬件接入到OneNET云平臺，通過用戶移動終端實現對智能家居溫濕度參數、PM2.5數值、光照強度等環境參數的實時查詢，同時還能通過遠程控制實現門窗的開啟和關閉。本系統具有覆蓋面廣泛、功率的損耗低、需要的成本低、開發周期短的優勢，在國內的智能家居領域有一定的應用前景。

參考文獻：

[1] 譚嫄嫄，耿道雙.生活形態下的智能家居產品設計研究 [J].包裝工程，2016，37（22）：108-113.

[2] 陳李云.物聯網背景下智能財務發展探究 [J].合作經濟與科技，2020，（23）：150-151.

[3] 郭宇.人工智能與家居設計 [J].包裝工程，2017，38（16）：12-15.

[4] 劉雯，鄭心雨，高宇暉，等.基于nRF51-DK的智能心率手環設計 [J].物聯網技術，2019，9（1）：75-77.

[5] 袁興，鄧成中，譚天，等.基于M5310A與OneNET云平臺的智能家居控制系統 [J].物聯網技術，2021，（4）：74-77.

作者簡介：許增杰（1998—），男，漢族，廣東茂名人，助理工程師，學士，研究方向：物聯網開發與應用;通信作者：石麗梅（1986—），女，漢族，吉林省四平人，講師，碩士，研究方向：移動通信與數據存儲;諶鑫（2000—），女，漢族，江西宜春人，本科在讀，研究方向：物聯網開發與應用;劉煒杰（2000—），男，漢族，廣東江門人，本科在讀，研究方向：軟件設計;范潔潤（2003—），女，漢族，廣東汕頭人，本科在讀，研究方向：軟件設計。