微管家
--基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

吳越鴻 王喆 張一然 付麗華 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

微管家
--基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

吳越鴻 王喆 張一然 付麗華 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

隨著科技的飛速發(fā)展，人們的生活水平越來越高，身邊的一切事物也在向著智能化方向發(fā)展。基于這一背景，進行了智能家居系統(tǒng)的設(shè)計和制作-----智能管家系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括三部分，分別為智能終端、超低功耗的UART-WiFi模塊及家庭數(shù)據(jù)采集與家電控制設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)連接部分的協(xié)調(diào)器為基于具有低功耗模式的CC2530的模塊；在云數(shù)據(jù)傳輸部分，使用私有云(Private Clouds)作為服務(wù)器，從而構(gòu)建一個具有安全性和隱私性的保障的智能家居系統(tǒng)；在物聯(lián)網(wǎng)與云數(shù)據(jù)的連接中使用的具有UART-WiFi透傳功能的ESP8266模塊，可將物理設(shè)備連接到Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)上，進行物聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)功能。

智能管家系統(tǒng) 物聯(lián)網(wǎng) 私有云

1 智能管家系統(tǒng)設(shè)計方案

該系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成，分別為智能終端、超低功耗的UART-WiFi ESP8266模塊及家庭數(shù)據(jù)采集與家電控制設(shè)備CC2530模塊。

整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可以分為家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和家庭外部網(wǎng)絡(luò)兩部分。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)由wifi無線通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，主要提供本地用戶對智能家居控制系統(tǒng)的訪問與控制；家庭外部網(wǎng)絡(luò)則通過微信終端連接ESP8266模塊，以提供遠程用戶對智能家居控制系統(tǒng)的訪問與控制。

進行智能管家系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)是將包含的各功能子系統(tǒng)進行整合集成，智能管家系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 智能管家系統(tǒng)示意圖

2 智能管家系統(tǒng)總體設(shè)計方案

2.1 硬件組成部分

2．1．1 核心板設(shè)計

核心處理模塊是整個智能管家控制系統(tǒng)的核心，本設(shè)計采用ESP8266和CC2530模塊為核心，協(xié)調(diào)器接收各個節(jié)點終端模塊所采集的數(shù)據(jù)信息進行分析，對分析結(jié)果和客戶所需要實現(xiàn)的功能，然后發(fā)送指令控制終端節(jié)點從而達到對家電設(shè)備進行控制。

2．1．2 智能開鎖模塊

外部開門：人們通過微信將開鎖指令發(fā)送到云端，當開鎖模塊接收到開門指令時后臺自動記錄開門的時間和開門的人物，并控制單片機使其控制步進電機開門。

內(nèi)部開門：使用人體紅外傳感器，當人走到人體紅外傳感器的感應(yīng)范圍內(nèi)則門自動打開；

2．1．3 留言顯示模塊

留言顯示：當模塊接收到留言指令時后臺將留言的時間和留言的人物記錄下來，留言模塊將留言內(nèi)容顯示在oled顯示屏上。

2．1．4 溫濕度檢測模塊

溫濕度傳感器檢測周圍環(huán)境的溫濕度，將檢測的結(jié)果傳給CC2530協(xié)調(diào)器模塊，CC2530協(xié)調(diào)器模塊對數(shù)據(jù)進行處理并將其信息顯示在oled屏幕上。

2．1．5 智能家電控制模塊

由CC2530協(xié)調(diào)器控制多個節(jié)點，每個節(jié)點通過控制繼電器來間接控制家用電器，或者通過節(jié)點連接傳感器來實現(xiàn)智能控制。

2.2 軟件組成部分

2．2．1 私有云技術(shù)

私有云（PrivateClouds）是為一個客戶單獨使用而構(gòu)建的，因而提供對數(shù)據(jù)、安全性和服務(wù)質(zhì)量的最有效控制。私有云可部署在企業(yè)數(shù)據(jù)中心的防火墻內(nèi)，也可以將它們部署在一個安全的主機托管場所。

2．2．2 ZigBee 技術(shù)

ZigBee是IEEE802．15．4協(xié)議的代名詞。根據(jù)送個協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。

2．2．3 ESP8266 模塊

ESP8266 系列模組是深圳市安信可科技有限公司開發(fā)的一系列基于樂鑫ESP8266的超低功耗的UART-WiFi模塊的模組，可以方便地進行二次開發(fā)，接入云端服務(wù)，實現(xiàn)手機3/4G全球隨時隨地的控制，加速產(chǎn)品原型設(shè)計。

3 總結(jié)與展望

智能管家系統(tǒng)是以住宅為平臺家庭為最小設(shè)計單元，綜合利用了多種先迸技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)成高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)管理系統(tǒng)，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制與一體，提高家居安全性、可靠性、方便性、舒適性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的健康居住環(huán)境。

在當前大力提倡環(huán)保的背景下，智能系統(tǒng)能很好的踐行節(jié)能環(huán)保、低碳生活的值導(dǎo)，伴隨著人們對生活質(zhì)量要求的不斷提高，將智能家居應(yīng)用于家庭住宅中是時代發(fā)展的潮流，智能管家系統(tǒng)使用的硬件設(shè)備便宜、節(jié)能、環(huán)保更有利于進行全面推廣，未來智能家居將步入尋常百姓家中，由此可見開發(fā)出一款高性價比的智能管家系統(tǒng)對加快智能家居的推廣和普及具有重要意義。

吳越鴻、王喆，張一然，沈陽工學(xué)院，學(xué)生；付麗華（通訊作者），1972年6月，女，滿族，遼寧人，沈陽工學(xué)院，教師，副教授。