許華春+朱宗玖

摘 要：目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1]的不斷發(fā)展使物聯(lián)網(wǎng)逐漸成為當今世界最為關(guān)注和研究的熱點。網(wǎng)絡通信讓智能家居得到了更好的創(chuàng)新和進步。文章介紹了智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)的重要性和智能家居發(fā)展的歷程，對硬件設計做了詳細介紹。家庭智能系統(tǒng)的硬件設計與實現(xiàn)是以STM32單片機為基礎(chǔ)進行的，硬件設計方案的完整性和合理性是家居系統(tǒng)的重中之重。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智能家居;硬件設計

中圖分類號： TP277 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2017）01-150-2

0 ?引言

在人類科技發(fā)展的歷史上，互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)促使人們的生活向著信息化、網(wǎng)絡化發(fā)展，電子信息技術(shù)的進步更加推動了社會的信息化，也使人們的日常生活、學習不再局限于傳統(tǒng)的方式。隨著生活方式的逐步改變，人們對家居環(huán)境的追求也在不斷提高，對傳統(tǒng)家居提出了新的挑戰(zhàn)。智能家居是在通信技術(shù)、電子技術(shù)、自動化技術(shù)的基礎(chǔ)上進行研究，從而實現(xiàn)智能化操作與管理家庭設備，這樣一個舒適、便捷、智能、人性化的生活環(huán)境才是人類生活舒適化的最大追求，最初是由美國人提出。與傳統(tǒng)的家居環(huán)境相比，智能家居無疑將會使人們的生活質(zhì)量有很大的提高，家庭內(nèi)的設備將會被賦予智能，他們能夠主動監(jiān)測家庭環(huán)境的變化，并同其他設備合作共同完成對家庭設備狀態(tài)的改變，以使家庭環(huán)境對人體更加適宜，使人們生活在一個更加藝術(shù)、更加人性化的環(huán)境中。

在人類經(jīng)濟不斷正常的過程中，人們掌握了越來越多的經(jīng)濟與社會資源。由于越來越多的資金積累，人們對生活的舒適性，便捷化、智能化、和人性化等方面提出了要求，出于對豐富的社會資源和先進的科學技術(shù)的利用，人們在通信技術(shù)、電子技術(shù)和計算機網(wǎng)絡技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究了一套解決家庭生活智能化的統(tǒng)籌系統(tǒng)。系統(tǒng)通過人這一核心對家庭的各種小系統(tǒng)進行有機整合，從而促使生活環(huán)境更加舒適、便捷、安全。

采用了智能家居系統(tǒng)后，人們對家電產(chǎn)品的控制不再局限于傳統(tǒng)的近距離的控制方式，不論主人身處何地，只需一部手機或一臺電腦就能隨時隨地查看家用設備的狀態(tài)并能對其進行遠程控制。

1 ?家居系統(tǒng)的構(gòu)成

家居系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)與家庭成員之間的聯(lián)系，合理安排了人、網(wǎng)絡、硬件結(jié)構(gòu)和家庭設備之間的相互關(guān)系，雖然由于個人的差異性導致結(jié)構(gòu)的復雜程度大小不一，但是從大的方面來說，家居系統(tǒng)的目的和整體結(jié)構(gòu)是一致的。都是為了建立一個集家庭安全防護系統(tǒng)、網(wǎng)絡反饋系統(tǒng)和家庭可調(diào)系統(tǒng)于一體的家庭綜合服務系統(tǒng)，為家庭提供可調(diào)節(jié)、可控制和自動化的人性化家居服務。在圖1中，將家居系統(tǒng)分為以下幾個方面：電源模塊部分、信息采集部分、人機互動部分、開關(guān)控制部分、安防報警部分、信息存儲部分和控制器控制管理部分。這7個部分以控制器為核心相互聯(lián)系，實現(xiàn)了信息采集、處理、存儲的一體化過程，滿足了家庭對安全、舒適、便捷的需求，方便了后續(xù)產(chǎn)品的升級更新。圖1為家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

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圖1 ?家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 ?智能家居模塊設計

智能家居系統(tǒng)的模塊組成主要有控制器模塊、電源供給模塊、開關(guān)控制模塊和人機互動模塊。圖2中控制器模塊是核心模塊，負責信息的采集、處理、交換以及和人之前的互動。整個家居系統(tǒng)進行正常工作需要電源模塊提供所需的對應電壓。開關(guān)模塊有助于控制模塊實現(xiàn)家庭電器的通斷，保證了主人在外時家庭的電力安全問題。人機互動是家居系統(tǒng)極為重要的一部分，它是家居系統(tǒng)智能的體現(xiàn)。

2.1 控制器模塊

控制器能夠?qū)崿F(xiàn)外部數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲和通信交換等功能，是整個系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一環(huán)，它是系統(tǒng)智能化的決定性因素。為了更好地統(tǒng)籌資源與優(yōu)化電路，控制器的型號選擇也極為重要。STM32F103C8T6是32位嵌入式微控制器，工作頻率打到72MHz，電源要求是2-3.6V，內(nèi)部的FLASH程序存儲空間為512KB，運行內(nèi)存RAM的容量為160KB。STM32F103C8T6強大的功能為家居系統(tǒng)的設計提供了高性能、高效率、低功耗的便利。

2.2 電源供給模塊

各個模塊的工作正常和維持都依靠電源模塊有效的電源輸入，這是家居系統(tǒng)有序工作的基礎(chǔ)部分。電源供給電路的設計是模塊高效、低干擾、低損耗的最佳保證。

圖2為電源輸入部分。

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圖2 電源輸入部分

2.3 開關(guān)控制模塊

開關(guān)控制模塊在整體系統(tǒng)中相當于人的四肢與大腦的延伸和支持，模塊會根據(jù)來自控制器STM32F1038T6給出的信息命令進行家庭電器的導通和關(guān)斷操作。開關(guān)控制模塊需要對控制器傳輸?shù)母叩碗娖接袠O高的辨識度，設計了以三極管為響應的開始部分。當?shù)碗娖叫盘栞斎霑r，三極管T1截止導致三極管T2截止，所以DO11、DO12都處于斷開狀態(tài);當高電平信號輸入時，三極管T1飽和導致三極管T2導通，這樣DO11、DO12將處于通電狀態(tài)。

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圖3 開關(guān)控制模塊電路圖

2.4 人機互動模塊

為了讓主人能夠?qū)彝サ碾娖魇褂脿顩r進行詳細地了解，在家居系統(tǒng)中添加了互動功能。通過GSM無線傳輸技術(shù)（全球移動通信技術(shù)）與信號接收器來幫助個人或者多人了解即時家庭電源通斷信息和更進一步的命令輸入通斷控制。GSM無線通信技術(shù)作為第二代移動通信技術(shù)，研發(fā)的目的是讓全球共同分享一個移動電話網(wǎng)絡標準，避免不同差異的移動通話標準之間的有差對接，增強了了通信信息的正確性和信息對接的方便性。這樣只要用戶擁有一部可插入GSM卡的移動手機就可以在全球范圍內(nèi)進行信息的交流溝通。我國最早是在20世紀90年代引用了GSM無線通信技術(shù)標準，并在2001年關(guān)閉了之前一直使用的模擬移動網(wǎng)絡，進入了數(shù)字移動網(wǎng)絡的大家庭中。GSM無線通信技術(shù)的廣泛應用，加強了人們在對遙遠的家庭的控制管理。

3 ?結(jié)論

本文所設計的家庭智能安防控制系統(tǒng)，成功地應用了STM32F1038T6微處理器的強大功能、2.4GHz射頻通信和GPRS移動通信的優(yōu)質(zhì)傳輸性能，充分利用了計算機網(wǎng)絡技術(shù)、GSM無線通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)，具有實時性好、可靠性高、功耗低、擴展方便等優(yōu)點。該控制系統(tǒng)實現(xiàn)了家庭門禁控制、室內(nèi)環(huán)境參數(shù)檢測、防盜報警、家用電器控制等功能，為普通家庭的安全防護控制提供了有效途徑。智能家居系統(tǒng)的不斷發(fā)展是人類對生活環(huán)境優(yōu)越性的追求，是對科學技術(shù)的完美應用。隨著社會生活的發(fā)展和科學技術(shù)的發(fā)展，有理由相信家居系統(tǒng)會越來越智能化、舒適化和便捷化。

參 考 文 獻

[1] 李偉強.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成引擎為智能家居添動力[J].中國公共安全（綜合版），2012.

[2] 楊偉.基于STM32F103C8T6單片機的LCD顯示系統(tǒng)設計[J].微型機與應用，2014.

[3] 王芳.基于GSM短消息無線通信系統(tǒng)的研究[D].河海大學，2006.