□聶佰玲　劉亞　李宇　林雅惠　杜新峰

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院江蘇南京210023）

基于微信控制的智能家居系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

□聶佰玲劉亞李宇林雅惠杜新峰

（南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院江蘇南京210023）

提出了一種利用微信控制智能家居的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，傳感層采用了Zigbee技術(shù)、傳輸層使用WIFI技術(shù)、Internet和移動(dòng)通信技術(shù)，應(yīng)用層利用云平臺(tái)和微信。實(shí)現(xiàn)了家居環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度，非法入侵報(bào)警的實(shí)時(shí)監(jiān)控、家電的開關(guān)和紅外控制等功能。系統(tǒng)既有良好的再塑造可擴(kuò)展性，又具有低成本、低功耗的特點(diǎn)。

智能家居；Zigbee；微信

本文DOI：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.02.64

隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)于家居生活環(huán)境的要求也不斷提高，安全和方便舒適成為越來(lái)越重要的需要。目前，較為成熟的智能家居控制方案有兩種，一種是采用本地服務(wù)器的方式，如control4的智能家居產(chǎn)品，這種方式的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理功能都集中在本地的控制器上；另一種是基于云服務(wù)器的方式，如南京物連傳感的產(chǎn)品，這種方式的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理功能放在云服務(wù)器上。這兩種方式都需要設(shè)計(jì)用戶端控制程序，而且成本費(fèi)用都很高。本項(xiàng)目提出了一種基于微信、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、開放云平臺(tái)、Wifi和internet網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度、光照強(qiáng)度等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、對(duì)室內(nèi)非法入侵及時(shí)報(bào)警、對(duì)家用電器開關(guān)進(jìn)行控制。

1　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由傳感設(shè)備、控制設(shè)備、網(wǎng)關(guān)、路由器、云服務(wù)器和手機(jī)用戶端組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)按照物聯(lián)網(wǎng)的三層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1感知層

包括傳感設(shè)備和控制設(shè)備。傳感設(shè)備的主要作用是對(duì)家居環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與上傳。傳感設(shè)備采集的數(shù)據(jù)主要是溫度、濕度、光亮度、煙霧濃度、可燃?xì)怏w濃度等?？刂圃O(shè)備的主要作用是對(duì)家用設(shè)備的控制，包括對(duì)電視機(jī)、燈光、空調(diào)、門禁等的控制。網(wǎng)關(guān)是整個(gè)感知層的核心。網(wǎng)關(guān)的主要功能有：1）Zigbee網(wǎng)絡(luò)的組建。2）連接路由器，網(wǎng)關(guān)通過(guò)WIFI連接路由器，路由器通過(guò)Internet外部設(shè)備進(jìn)行通信；3）數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)，傳感設(shè)備和控制設(shè)備的臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在網(wǎng)關(guān)里，同時(shí)網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)執(zhí)行遠(yuǎn)端發(fā)送過(guò)來(lái)的控制指令。

1.2網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?，主要由路由器、WIFI、Internet和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)組成。其中，路由器既和Internet與云計(jì)算服務(wù)器相連，又通過(guò)WIFI和網(wǎng)關(guān)相連。手機(jī)或其他控制終端既可以通過(guò)WIFI與路由器相連，也可以通過(guò)4G等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與微信公眾平臺(tái)相連。

1.3應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層在整個(gè)系統(tǒng)中處于頂層，云計(jì)算服務(wù)器是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)計(jì)算的中心，也是遠(yuǎn)程控制命令的中繼。手機(jī)的微信用戶通過(guò)關(guān)注公眾號(hào)，連接微信公眾平臺(tái)，用戶發(fā)送的控制命令經(jīng)過(guò)微信后臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)到云計(jì)算服務(wù)器，云服務(wù)器再轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)發(fā)送控制命令，設(shè)備改變狀態(tài)；設(shè)備的數(shù)據(jù)先傳到云計(jì)算服務(wù)器，然后經(jīng)過(guò)微信服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到微信客戶端，在客戶端顯示出數(shù)據(jù)。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括傳感設(shè)備的設(shè)計(jì)、控制設(shè)備設(shè)計(jì)和網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)。傳感設(shè)備和控制設(shè)備都采用模塊化的設(shè)計(jì)方案。設(shè)備相同的部分做成基礎(chǔ)控制模塊，通過(guò)添加不同的模塊，實(shí)現(xiàn)不同的功能。

2.1基礎(chǔ)控制模塊

基礎(chǔ)單元主要由CC2530微處理器單元、LED顯示電路、電源電路、GPIO接口和天線阻抗匹配電路構(gòu)成。CC2530微處理器單元由CC2530及其外圍電路組成。CC2530內(nèi)部集成了適應(yīng)2.4-GHz IEEE 802.15.4的RF收發(fā)器，并且結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee協(xié)議棧，提供了一個(gè)強(qiáng)大和完整的ZigBee解決方案。只需極少的外部元器件，就可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。

3.2傳感器模塊

傳感器模塊負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境數(shù)據(jù)的感知與采集。傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)傳送給基礎(chǔ)模塊。傳感器模塊包括溫濕度傳感模塊、煙霧傳感模塊、光照傳感模塊、紅外傳感模塊以及可燃?xì)怏w傳感模塊等。

2.3網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

網(wǎng)關(guān)的電路框圖如圖2所示。在本系統(tǒng)中采用了易法半導(dǎo)體的STM32F105作為主控制器。同時(shí)網(wǎng)關(guān)內(nèi)還接入了Zigbee協(xié)調(diào)器和WIFI單元。網(wǎng)關(guān)的框圖如圖2所示。

圖2　網(wǎng)關(guān)框圖

結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種利用微信控制的智能家居的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，介紹了該智能家居系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和組成，并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)方案。采用Zigbee、WIFI、Internet和移動(dòng)通信技術(shù)，構(gòu)建了三層結(jié)構(gòu)的智能家居系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果表明該方法具有成本低、功耗低、操作簡(jiǎn)便等的優(yōu)點(diǎn)。該方案為智能家居系統(tǒng)的研究提供了一種新的研究方向。

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1004-7026（2016）02-0097-02中國(guó)圖書分類號(hào)：TP273.5

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項(xiàng)目支持：2015江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目支持。