基于手機APP和WIFI網絡控制的智能家居管控系統*

李廷陽 張 媛 張啟雄 徐紀明 胡安正

(湖北文理學院物理與電子工程學院 湖北 襄陽 441053)

1 系統總體設計

筆者設計的智能家居管控系統基于物聯網技術，通過STM32F103ZET6單片機采集電壓電流傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器的信號數據，將所采集數據經WIFI模塊發送給用戶終端，用戶通過終端反饋的信息監測家庭環境的各項指標是否異常，控制家用電器的實時工作狀態，從而完成對家庭環境的智能化管理.該系統也可根據采集信息語音控制家用電器狀態，并將家用電器狀態和居家環境信息在LCD顯示屏上進行顯示.整個系統的框架如圖1所示.

圖1 系統總體框圖

2 系統工作流程

智能家居管控系統的工作流程圖如圖2所示，該系統以STM 32F103ZET6單片機為核心，通過采各個傳感器數據，分析各用電器是否處于正常工作狀態，經WIFI模塊將家居信息傳遞給用戶終端.當檢測出異常，如火災、下雨未關窗、用電器出現短路等現象時，系統通過數據分析將自動向用戶手機發出警報，協助用戶處理突發現象.同時，用戶也可以根據信息或意愿來改變家用電器工作狀態，實現智能家居管控.

圖2 系統工作流程圖

3 語音控制設計

為了提高系統的實用性和方便程度，本系統還設計了類似于“小愛同學”的語音助手.該語音助手采用SYN7318語音交互模塊，將所采集的語音信息轉化為對應的指令編號傳送回系統進行相應控制.在使用時，用戶先要喊出系統設定的語音控制代碼“小愛同學”進入語音控制模式，然后在30 s內對系統喊出操作命令如“關燈”指令，該指令被SYN7318識別后，與數據庫內語音指令進行比較，匹配完成后即可實現語音操控功能.

4 傳感器探究及其電器狀態檢測設計

在日常生活中，家用電器往往使用的是交流電，而我們控制系統中使用的單片機只能采集一定范圍內的直流電壓，因此，我們需要將交流電流轉換為合適范圍內的直流電壓.我們利用電磁互感原理采集交流電流，電流互感器是一種非接觸式的電流傳感器，電流互感器是根據電磁感應原理，使被測電纜穿過空心線圈，當被測電纜的電流發生變化時，其周圍產生的磁場也會同時發生變化，同時空心線圈的磁通量發生變化，磁通量的變化就會使次級回路產生小交流電流，然后利用高精度采樣電阻對二次電流采樣后，通過有源整流電路對采樣電壓進行整流、放大后，即可變成我們所需要范圍內的直流電壓信號.電流檢測流程圖如圖3所示.

圖3 電流檢測流程圖

5 智能互聯設計

智能家居管控模型效果圖如圖4所示，系統選用WIFI模塊作為溝通云端服務器的橋梁.在系統運行過程中，需要實時和服務器保持連接，不斷將MCU獲取到的信息傳送至云端服務器上，還需要從云端服務器上獲取手機APP發送的控制指令.只有保持WIFI模塊的正常工作，才能保持整個系統的正常運行，本系統采用了ESP8266串口WIFI模塊，其廣泛應用于物聯網領域，具有能耗低、燒寫固件方便、傳輸數據快、支持AT語言、體積小、價格便宜等特點.本系統中將ESP8266串口WIFI模塊作為從機配合MCU工作，該模塊只作為通信模塊使用.系統借助于機智云平臺提供的通信協議就能夠實現模塊與機智云云端服務器的連接，只需要將機智云平臺提供的固件刷入 ESP8266串口WIFI模塊的Flash中就能夠實現網絡連接的功能.

圖4 智能家居管控模型效果圖

6 用戶APP開發

本系統需要對APP和互聯網服務器進行搭建開發，但是這對于本科階段是比較困難的，所以我們選用集成度高、易開發的機智云物聯網開發平臺.使用該平臺的通信協議，可以輕松完成服務器和設備之間的數據交換.同時，該平臺也向開發者提供了開源的參考手機APP代碼框架，開發者可以在此基礎上設計適合使用的手機APP.

在系統運行過程中，用戶可以通過該APP將控制信號發送至服務器，隨后服務器將信號發送至設備，實現了隨時隨地對家用電器的控制.不僅如此，APP上還可以實時顯示家用電器狀態，方便用戶根據信息對家居環境進行調整.機智云平臺為我們提供了很好的物聯網方案，讓我們很輕松地實現了APP和設備之間的數據交換，極大地減輕了智能家居管控系統的設計難度.

7 結束語

筆者利用傳感器采集技術、無線通信技術，借助物聯網開發平臺，設計出一套基于手機APP和WIFI網絡的智能家居管控系統.該系統將基本的家用電器通過WIFI模塊與互聯網連接，對居家環境進行實時監測和家用電器進行實時調控，實現了對家用電器和居家環境的智能化管理.