無(wú)線智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

鄭元杰 朱梓涵 楊德瑞 楊偉

摘 要：本文是對(duì)智能家居控制系統(tǒng)的市場(chǎng)現(xiàn)狀、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及未來(lái)前景的綜合分析，目的在于給那些準(zhǔn)備學(xué)習(xí)和剛開(kāi)始研究智能家居的工作者一些幫助。

關(guān)鍵詞：智能家居;控制系統(tǒng)

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，家不再是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的為人們提供一個(gè)吃穿住的私人環(huán)境，人們?cè)谌粘Ｉ钌细幼非髷?shù)字化、信息化、智能化，而智能控制技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越成熟，智能家居由此誕生。智能家居的目的就是讓家庭變得更加舒適、便捷，為人們的休息和娛樂(lè)提供一個(gè)良好的環(huán)境。

1 智能控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

智能控制是近年來(lái)一個(gè)十分熱門(mén)的研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目將計(jì)算機(jī)，自動(dòng)控制，嵌入式開(kāi)發(fā)等技術(shù)與機(jī)械電子工程相結(jié)合。一開(kāi)始，智能控制技術(shù)主要運(yùn)用于工業(yè)加工和農(nóng)業(yè)灌溉上。而隨著數(shù)字信息及網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)迅速發(fā)展，智能控制技術(shù)逐漸走進(jìn)了更多人的視野，同時(shí)將這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用于其他的新技術(shù)和新設(shè)備上，則會(huì)產(chǎn)生了更多的新專(zhuān)業(yè)方向。

2 智能家居研究現(xiàn)狀

隨著智能控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的家居開(kāi)始引進(jìn)智能化系統(tǒng)和設(shè)備。因?yàn)橹悄芑僮飨到y(tǒng)的引入，各個(gè)智能家居就能夠統(tǒng)一管理了，也正是因?yàn)槿绱耍沟糜脩?hù)的操作能夠更加的便捷。不過(guò)現(xiàn)在的主流控制系統(tǒng)和設(shè)備，都是由現(xiàn)在制造智能家居的各大品牌廠商所制造。因?yàn)槠放频脑颍环矫妫褐悄芸刂葡到y(tǒng)平臺(tái)成本會(huì)更高;另一方面：因?yàn)楦鞔笃放茝S商為了便于銷(xiāo)售，他們便制訂了自己品牌的標(biāo)準(zhǔn)，而使那些購(gòu)買(mǎi)了不同品牌的用戶(hù)很是頭疼，因?yàn)椴煌钠放浦悄芗揖雍茈y統(tǒng)一管理，但想要購(gòu)置一整套支持智能家居系統(tǒng)的家具的價(jià)格則十分昂貴。

3 智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

通過(guò)調(diào)查，人們對(duì)于這種智能家居的需求還是挺高的，人們都想要舒適、便捷和安全的居住環(huán)境。在調(diào)查后，應(yīng)該構(gòu)建一個(gè)做到如下要求的智能家居系統(tǒng)：

即時(shí)控制，裝置基于微控制器進(jìn)行控制，對(duì)家居做到即時(shí)調(diào)節(jié)，使用者可以自由的改變家庭環(huán)境的模式，以達(dá)到自己想要的環(huán)境;操作簡(jiǎn)單，容易上手，通過(guò)智能APP，讓控制平臺(tái)的人機(jī)交互更加方便。同時(shí)，該裝置可以將設(shè)備聯(lián)入了服務(wù)器，能夠讓使用該平臺(tái)的用戶(hù)，隨時(shí)隨地都能夠獲取測(cè)試環(huán)境數(shù)據(jù)，并且能夠控制測(cè)試環(huán)境中的智能家居;安全性高，裝置中對(duì)溫度等傳感器預(yù)設(shè)閾值，當(dāng)超過(guò)該值，裝置會(huì)及時(shí)做出反應(yīng)和調(diào)節(jié)反饋給使用者，做到舒適便捷且安全;成本低，性?xún)r(jià)比高，使大部分家庭都可以承擔(dān)的費(fèi)用。兼容性強(qiáng)，該裝置可以連接各種智能家具，并能夠同時(shí)運(yùn)行不發(fā)生沖突。

4 智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理

智能家居控制系統(tǒng)其實(shí)就是微控制器搭載各種傳感器以及無(wú)線傳輸控制器件達(dá)到智能控制的目的。因此研究者就需要知道，如何通過(guò)微控制器去獲取傳感器的各種數(shù)據(jù)，將其做處理和分析，從而根據(jù)設(shè)定來(lái)通知用戶(hù)或者直接控制智能家居，達(dá)到智能的目的。

5 系統(tǒng)硬件選材以及設(shè)計(jì)

目前微控制器的選擇有很多，而作為一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，只要微控制器的資源夠設(shè)計(jì)者使用就行了，可以采用目前國(guó)產(chǎn)的增強(qiáng)型8051單片機(jī)，比如STC的15系列1T的單片機(jī)，價(jià)格低廉、并且資源完全夠用。對(duì)于傳感器方面，目前的傳感器種類(lèi)很多，要選擇的器件一定要便于編程控制，并且數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度適中就可以了，因?yàn)橹悄芗揖涌刂葡到y(tǒng)的實(shí)時(shí)性一般用戶(hù)的要求都不會(huì)太高，這種延遲速度用戶(hù)是感受不出來(lái)的，這樣一來(lái)也能節(jié)約一部分設(shè)計(jì)的成本。最后，便是無(wú)線傳輸器件了，因?yàn)榧热皇且鳛榭刂浦悄芗揖拥目刂破脚_(tái)，就需要通過(guò)無(wú)線傳輸器件來(lái)將這些數(shù)據(jù)處理了并將各種處理結(jié)果和數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶(hù)能夠查詢(xún)和控制的平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)可以是各種APP、網(wǎng)頁(yè)、或者獨(dú)立的顯示端口都可以。因此無(wú)線傳輸器件的選擇是十分重要的。這種器件的傳輸方式可以選擇使用藍(lán)牙、ZigBee、和wifi等，當(dāng)然各個(gè)方式有各個(gè)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，在這里推薦的方式是wifi的方式，因?yàn)槟壳爸悄芗揖影l(fā)展形勢(shì)來(lái)看，用戶(hù)所追求的理想方式是真正達(dá)到無(wú)線，隨時(shí)隨地都能夠去獲取家庭的環(huán)境信息，以及能夠自由的去控制家居。所以wifi的方式是最佳的。這個(gè)器件，推薦使用ESP8266這個(gè)可以通過(guò)串口來(lái)控制的wifi器件，即方便編程控制，同時(shí)價(jià)格低廉。器件選擇完畢后，就需要根據(jù)所選微控制器來(lái)具體分配其資源，并設(shè)計(jì)所需器件的驅(qū)動(dòng)電路，一步一步對(duì)基本的器件進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)試，完成后就可以將總的硬件電路設(shè)計(jì)出來(lái)了。

6 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

因?yàn)橹悄芗揖涌刂葡到y(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求的并不高，所以可以采用精簡(jiǎn)的非實(shí)時(shí)性操作系統(tǒng)，比如KEIL公司免費(fèi)的RTX-51系統(tǒng)還是很不錯(cuò)的，還有一個(gè)就是推薦采用狀態(tài)機(jī)的方式在裸機(jī)上設(shè)計(jì)，也是十分方便的。軟件設(shè)計(jì)方面的需要注意的就是要多從用戶(hù)舒適的到人機(jī)交互角度去分析編程，這樣才能變得更加智能和人性化。在編寫(xiě)各種驅(qū)動(dòng)程序的時(shí)候要多封裝成接口，便于驅(qū)動(dòng)和以后的調(diào)試。

7 發(fā)展前景

智能家居是一個(gè)正在成長(zhǎng)的技術(shù)，目前所能研究的只是冰山一角，因?yàn)槿罕姷男枨蟾摺Ｔ擁?xiàng)目的發(fā)展?jié)摿艽蟆Ｍ瑫r(shí)因?yàn)?G網(wǎng)的推行，在今后這項(xiàng)技術(shù)將更加大眾化，簡(jiǎn)潔化，并且成本更低，兼容性更強(qiáng)。智能控制技術(shù)在發(fā)展的同時(shí)也將進(jìn)入更多的領(lǐng)域當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：鄭元杰（1998-），男，四川南充人，本科，四川輕化工大學(xué)通信工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：嵌入式設(shè)計(jì);朱梓涵（1998-），男，漢族，四川自貢人，本科，四川輕化工大學(xué)通信工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù);楊德瑞（1998-），男，漢族，四川彭州人，本科，四川輕化工大學(xué)通信工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù);楊偉（1997-），男，漢族，四川綿陽(yáng)人，本科，四川輕化工大學(xué)通信工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：集成電路設(shè)計(jì)。