基于手機APP控制的智能家居系統設計

鐘順明，洪遠泉，黃俊鋒，陳思杰，周永明

基于手機APP控制的智能家居系統設計

鐘順明，洪遠泉，黃俊鋒，陳思杰，周永明*

（韶關學院物理與機電工程學院，廣東韶關512005）

為了提升人們的生活質量，開發了一種基于手機APP可視化、移動、遠程家居智能控制系統.系統由兩部分組成，一是以STM32F103ZET6為核心，由攝像頭、室內環境檢測傳感器、控制電機和GPS/WIFI模塊等模塊組成室內控制電路，可以進行本地監測與控制；另一是以手機作為可視屏，以手機APP作為移動、遠程控制終端，通過網絡可視化監測居室內的情況及環境參數，并進行在線控制，系統的設計與實現以期能給人們的生活帶來更多的便利.

智能家居；環境參數；手機APP；遠程可視控制；語音播報

隨著科技的進步和人們生活水平的提高，可視化、移動、遠程家居的室內防盜與監測、家居室內生活環境參數的檢測與控制（包括煤氣泄漏、空氣質量、溫度濕度等）、窗戶與窗簾狀態檢測與控制等越來越受到人們的關注.傳統的智能家居系統，只是簡單地對室內生活環境參數進行檢測和對家電進行控制，無法實現移動、可視化的功能［1-3］.筆者提出了可視化、移動、遠程控制的家居安全智能監控系統的方案，并設計了一款利用現代電子智能控制技術，結合無線傳輸網絡以及手機APP的智能家居系統.通過手機就可以監測室內狀況，室內生活生存環境監測與控制，對窗戶與窗簾進行方便開閉控制，可極大地增強人們在外工作與學習的安全感，提升生活與生存質量.經測試，系統工作穩定，可較好地實現移動、可視和遠程相關設置與控制功能.

1系統總體結構

系統以STM32F103ZET6為核心，采用UCOSIII操作系統編程，結合傳感器技術，實時監測室內的溫濕度、空氣質量指數、一氧化碳濃度、室內安全狀況等參數，運用SIM900aGSM/GPRS無線模塊、ESP8266WIFI模塊及物聯網云服務器，可遠程傳輸數據到戶主手機APP（見圖1）；一旦室內出現意外情況，如小偷進屋、煤氣泄漏、漏水等，現場會自動發出警報，同時通過無線網絡通知出門在外的戶主；戶主還可通過手機APP遠程控制室內家用電器的工作狀況，了解室內的安全狀況.

圖1系統結構框圖

2模塊功能介紹與設計

2.1遠程與本地相結合的防盜系統設計

傳統的家居防盜系統，大多是室內進行檢測，突發情況時會有室內報警［4-5］.本設計的防盜功能對傳統的智能家居系統進行改進，設有空閑和布防兩種模式，用熱釋電模塊檢測是否有人進入監控范圍，結合紅外線檢測門鎖狀況，增加了人聲模擬，攝像頭拍照并遠程傳送相片的功能.空閑模式下，系統自動關閉防盜功能；當處于布防模式下，一旦可疑人物進入監控范圍，并在監控范圍內逗留一定時間同時出現門鎖損壞的現象，系統就會自動進行拍照并用語音模塊模擬室內有人在家的場景，抓住小偷心虛的弱點，讓小偷聞風喪膽.并且自動拍照將相片轉發到戶主手機APP，提醒防盜，極大的增強了戶主在外的安全感.

2.2室內PM2.5檢測

室內PM2.5微小顆粒檢測，采用GP2YAU1010OF傳感器.該傳感器有兩個對射的二極管，通電待傳感器工作穩定后，對射管檢測到有微粒進入時，電壓比較器采集對射二極管兩端的電壓變化，經過放大電路采集電壓的變化值（見圖2）.LED驅動周期T=10 ms，LED驅動時間Pw=0.32 ms，取樣時間：0.28 ms，軟件編程讀取Vo引腳的輸出電平，通過AD轉換，測出室內PM2.5濃度大小.

圖2PM2.5檢測電路圖

圖3一氧化碳基本測試電路

2.3室內一氧化碳檢測

MQ-7氣敏傳感器，用于檢測室內一氧化碳的濃度，圖3為MQ-7傳感器基本測量電路.該傳感器需要施加兩個電壓，加熱電壓（VH）和測試電壓（VC）.其中，VH為傳感器提供特定的工作溫度；VC用于測定與傳感器串聯的負載電阻（RL）上的電壓（VRL）.輸出電壓隨室內一氧化碳濃度增加而加大.這種傳感器具有輕微的極性，VC需用直流電源，在滿足傳感器電性能的前提下，VC和VH可以共用一個電源電路要到達更好的傳感器性能，需要選擇合適的RL值.

2.4家居系統可視化、移動、遠程控制設計

以往智能家居的大多無法實現遠程、移動、可視化控制功能［6-7］.系統利用下位機接口SIM900AGSM/GPRS模塊，通過串口與主控部分相連，能很好地實現了這一功能特點.戶主手機下載APP終端，打開APP可隨時了解家居電器開關狀態，室內環境參數（如煤氣泄漏、溫濕度、PM2.5濃度等）.同時，通過點擊APP上相應的按鈕，無線傳輸相關指令，觸發相應的繼電器，可實現控制家用電器工作的功能.

2.5其他功能設計

系統還可對家居中常見問題進行檢測處理.例如檢測到水閥、氣閥異常，系統會自動語音報警，提醒室內人員，并在第一時間自動關閉水閥、氣閥；溫濕度傳感器檢測室內溫、濕度，并進行比較，可自動加濕去濕，以達到智能加濕除濕的效果；亮度模塊BH1750檢測室內亮度，控制窗簾自動開合，為室內提供適宜的亮度環境；雨滴傳感器檢測雨水，當檢測到下雨時自動關窗，以免雨水弄濕室內的家居，物品等.

2.6APP主界面設計

安卓APP軟件使用AndroidStudio開發環境進行開發，主界面見圖4，主要功能：實時環境及參數監控、緊急事件監控、家庭電器遠程控制、環境數據詳細介紹等［8］.

（1）APP主界面顯示了室內傳感器測量的相關參數、并用軟件進行上下限設置，有相應的等級判別；（2）APP可以顯示室內的環境情況，如是否發生火災；門鎖開關的狀況；廚房煤氣的是否泄漏；還有預留端口，以便系統的后續升級；（3）APP可獲取客廳圖像，進行相關遠程家電控制，了解家居安全狀況，了解家居健康知識等，點擊相應的按鈕實現想要的功能.

2.7系統程序設計

（1）APP程序開發流程有幾個步驟（見圖5）：①首先評估硬件系統的網絡功能，對APP進行功能模塊化設計規劃；②進行用戶界面（UI）的設計及實現；③使用HTTP協議與OneNet服務器建立連接，進行數據發送及接收測試；④匯總并編寫所有APP所需功能的網絡數據發送及接收、其他功能等代碼；⑤對APP開發工程的所有項目（包括UI界面元素，功能代碼等）進行封裝，生成可安裝程序包（APK文件）；⑥調試APP，修復BUG或APP界面，功能改進，發布可正常安裝使用的APK程序包；⑦調試成功，結合下位機進行測試、使用.

（2）家居防盜系統軟件設計流程：系統及攝像頭功能初始化，當選擇進入布防狀態時，系統開啟防盜功能.紅外人體感應傳感器檢測是否有可疑目標進入設定范圍，當條件成立時，被認定為盜竊事件成立，語音模塊模擬有人在家的場景，自動進入拍照模式拍照.圖像經過處理后，通過無線模塊傳到戶主手機（見圖6）；室內空氣質量檢測軟件設計流程，空氣質量模塊檢測室內空氣質量，檢測輸出端的輸出電平判斷質量等級，如為設定的污染級別，就會觸發繼電器工作開啟負離子空氣清新劑，以達到凈化室內空氣的效果（見圖7）.

圖4系統APP主界面

圖5 APP開發流程

3結語

圖6防盜系統設計

圖7空氣質量檢測

隨著人們生活質量的不斷提高，高科技智能家居產品逐漸代替傳統的家居電器，而我國的智能家居相對國外起步較晚，研發集可視化、遠程、可移動控制和本地控制為一體的智能家居控制系統具有現實意義.本設計較好的順應了這一趨勢，能最大限度的監測與協助人們控制生存與生活環境，解決后顧之憂.與傳統家居相比，本系統多處體現了人性化的設計，大大增加了戶主在外的安全感，具有一定的實用性及市場價值.

［1］曾松偉，章云，邱偉強.基于物聯網的智能家居控制系統設計[J].現代電子技術，2011，34（9）：168-171.

［2］潘朝，羅小巧，黃佳，等.基于GSM短信的智能家居控制系統的設計[J].電子測量技術，2013，36（6）：121-124.

［3］崔斌，韓峻峰，梁晉昌，等.基于嵌入式系統的智能門窗設計[J].現代電子技術，2010，33（22）：78-80.

［4］曾劍，王玲.基于藍牙的智能家居中視頻防盜監控的設計與實現[J].電子技術應用，2007（11）：91-92，96.

［5］周結華，彭俠夫.基于公共電話網絡實現智能家居的研究[J].現代電子技術，2009，32（4）：56-58.

［6］鄭娟，王建華.基于ARM的智能家居安防監控系統的設計與實現[J].電子設計工程，2014，22（5）：183-186.

［7］邵鵬飛，王喆，張寶儒.面向移動互聯網的智能家居系統研究[J].計算機測量與控制，2012，20（2）：474-476，479.

［8］周時偉，謝維波.基于Android的智能家居終端設計與實現[J].微型機與應用.2012，31（14）：10-13.

On the Design of the Smart Home System Based on Mobile Phone APP Controller

ZHONG Shun-ming,HONG Yuan-quan,HUANG Jun-feng,CHEN Si-jie,ZHOU Yong-ming*
（Department of Electronic Engineering,Shaoguan University,Shaoguan 512005,Guangdong,China）

In order to enhance people's quality of life,it developed an intelligent control system based on mobile phone APP visualization,movement and remote home.The system consists of two parts.One is the STM32F103ZET6 as the core,and the surrounding interface has a camera,an indoor environment detection sensor,a control motor and an interface module such as GPS/WIFI module,composed of indoor control circuit,which can be local monitoring and control.The other is with the mobile phone as a visual screen and with a mobile phone APP as a mobile,remote control terminal.Through the network visualization,it can monitor the indoor situation,detect the indoor environmental parameters,for instance,carbon monoxide concentration,indoor PM2.5,temperature and humidity, and take online control.The design and implementation of the system will bring more convenience to people's life, and have certain practical significance and market value.

smart home；environmental parameters；mobile phone APP；remote visual control；voice broadcast

TP277

A%%%

1007-5348（2017）03-0039-04

（責任編輯：歐愷）

2017-02-02

廣東省自然科學基金項目(2015A030310510)；韶關市科技項目(2013CX/K55)；廣東省大學生創新創業訓練計劃項目(201610576-15).

鐘順明（1995-），男，廣東梅州人，韶關學院物理與機電工程學院學生；研究方向：智能控制電路設計應用.*通訊作者.