(沈陽理工大學信息科學與工程學院 遼寧沈陽 110159)

基于互聯(lián)網(wǎng)的智能家居遠程控制系統(tǒng)

孟凡宇

(沈陽理工大學信息科學與工程學院 遼寧沈陽 110159)

智能家居是一個新興產(chǎn)業(yè)，在一個穩(wěn)定的成長期，大眾消費的概念尚未形成，但隨著智能家居的推廣和消費者消費習慣的進一步普及，智能家庭市場的消費潛力巨大，智能家居行業(yè)前景廣闊。與此同時，許多的智能家居產(chǎn)品也逐步走向市場，然而，這些產(chǎn)品大多數(shù)是將傳統(tǒng)的家居設備升級，實現(xiàn)某個家電或者家居設備的智能化，其余的少數(shù)智能家居系統(tǒng)則價格不菲。本系統(tǒng)采用具有性價比的51芯片，通過最簡單的控制實現(xiàn)很多高費用的技術(shù)，隨著產(chǎn)品的成熟與大眾消費觀念的改變，我們有理由相信，智能家居的普及離我們不會太遙遠。

1.引言

隨著社會經(jīng)濟水平的發(fā)展，現(xiàn)代人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，生活環(huán)境變得更加舒服，安全，人性化，智能化。導致家庭智能需求的顯著增加，不僅如此，由于計算機控制技術(shù)的發(fā)展和電子通信技術(shù)的發(fā)展，導致智能家居的誕生。智能家居影響人們生活的各個方面，改變?nèi)藗兊纳盍晳T，改善人們的生活質(zhì)量，這將成為一個趨勢智能家居作為一個新的產(chǎn)業(yè)，在一段時間和關鍵增長點。雖然居民對智能家居市場消費觀念尚未形成，但隨著智能家居市場的進一步普及，智能家居將會對我們的生活產(chǎn)生巨大影響。

2.系統(tǒng)的總體功能介紹

本系統(tǒng)是一個智能化的家居控制系統(tǒng)，它運用了語音識別、傳感、通信、無線傳輸技術(shù)及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。它具有以下功能：

語音控制和短信遠程控制家電的使用；

語音控制和短信遠程控制燈光及插座的開關；

語音控制和短信遠程控制窗簾的開關，以及窗簾在自動模式下根據(jù)光照強度自動開關；

具備安防功能，具備火災、危險氣體泄漏、外人闖入等突發(fā)狀況的報警功能，當有突發(fā)狀況時，通過短信方式向戶主發(fā)出警報。

本系統(tǒng)主要特點是使用戶在家中時能夠方便地使用語音命令控制家電，燈光，窗簾等家居設備，解放了雙手，新穎方便又實用。用戶不在家中時，可以短信方式遠程控制家中的家居設備，并且安防功能確保了用戶不在家中時能第一時間知道家中發(fā)生的突發(fā)狀況 ，大大減少突發(fā)狀況對用戶造成的損失。

3.系統(tǒng)總體實現(xiàn)方案

本系統(tǒng)按照設計功能的要求將各個模塊整合為各個功能板塊，其中包括：

語音命令板：語音命令板中主要包括12C5A單片機、語音識別模塊、無線傳輸模塊。語音識別模塊識別語音命令之后與單片機通訊，單片機根據(jù)識別的語音命令再通過無線傳輸模塊向其他功能板發(fā)送命令數(shù)據(jù)。

安防報警板：該功能板主要包括12C5A單片機、GSM模塊、NRF24L01模塊與傳感器模塊，分別檢測火焰情況，危險氣體泄漏，外人闖入這幾種突發(fā)狀況，傳感器與單片機相連接，單片機與GSM模塊和無線模塊通訊。當傳感器檢測到有突發(fā)狀況時，通過GSM模塊向用戶發(fā)送警報短信，并通過蜂鳴器發(fā)出警報聲音。用戶也可以向GSM模塊發(fā)送相應的短信，控制家中的家電，燈光和窗簾。當GSM模塊接收到用戶的命令短信后，通過與單片機通訊，單片機再控制無線傳輸模塊發(fā)送命令數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)短信遠程控制的功能。

窗簾控制板：該功能板主要包括12C5A單片機、nrf模塊、電機驅(qū)動模塊和光敏傳感器。無線傳輸模塊接收命令數(shù)據(jù)，單片機根據(jù)接收的命令數(shù)據(jù)控制電機驅(qū)動模塊驅(qū)動電機，開啟或者關閉窗簾。在自動模式下，光敏傳感器檢測光照強度，在白天光照強度較強時，窗簾開啟，晚上，光照強度弱時，窗簾關閉。

燈光及插座控制板：該功能板主要包括12C5A單片機、無線傳輸模塊和繼電器模塊。無線模塊接收命令數(shù)據(jù)后，通過單片機控制繼電器的開關，從而控制燈光和插座的開關。

紅外遙控板：該功能板主要包括12C5A單片機、無線傳輸模塊和紅外線發(fā)射頭。單片機中內(nèi)置控制空調(diào)及電視機紅外程序，通過函數(shù)調(diào)用，即可從紅外發(fā)射頭中發(fā)射紅外遙控命令。無線傳輸模塊接收命令數(shù)據(jù)，單片機根據(jù)接收到的命令數(shù)據(jù)選擇調(diào)用相應的紅外遙控函數(shù)，從而控制電視及空調(diào)的使用

本系統(tǒng)各個模塊分工明確，又通過無線傳輸模塊相互聯(lián)系，共同組成了一個實用的簡易智能家居控制系統(tǒng)。

4.系統(tǒng)測試結(jié)果

在基于互聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)完成后，各個功能測試結(jié)果如下：

4.1.對語音識別板進行測試：

將語音識別模塊開啟，對其用普通話表達命令，測試語音識別的正確率。我們分別在不同的距離下，對語音識別模塊用同樣的聲音大小說出不同的命令，每一個命令測試10次，記錄下語音板識別成功的次數(shù)，結(jié)果如下表所示：

表1 語音識別板測試結(jié)果

由表格數(shù)據(jù)我們可以看出，nrf24L01通信距離越遠，識別率越低。語音命令字數(shù)越多，語音識別模塊識別率越低。我們可以采取增加咪頭增益的方式來提升遠距離的識別率，但是咪頭增益太大，語音板接收到的噪音就越多，識別率反而下降。所以我們經(jīng)過多次測試，選擇了一個比較適宜的值。

4.2.對無線傳輸模塊的傳輸距離測試：

將語音識別板放置在固定地點，將其他模塊放置在離語音識別板距離分別為3m，5m，7m，10m，15m進行測試。測試結(jié)果為無線模塊在距離10m內(nèi)能正常接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)模塊間的相互通信。在15m時信號不穩(wěn)定。我們分析原因為模塊的發(fā)送功率不夠，造成距離遠收發(fā)信號不穩(wěn)定。我們采取了識別到語音命令，則將此數(shù)據(jù)發(fā)送多次，防止信號不穩(wěn)定，發(fā)送一次接受方未成功接受數(shù)據(jù)的情況發(fā)生。

4.3.對窗簾控制板進行測試：

在語音控制下，窗簾控制模塊沒有問題，我們主要對自動模式下的窗簾控制模塊進行測試。當光強較弱時，到達一個臨界值，電機開始轉(zhuǎn)動，表示窗簾關閉，反之，當光強較強時，到達一個臨界值，電機反轉(zhuǎn)，表示窗簾開啟。將光敏電阻上面的電位器進行調(diào)整，可以調(diào)整光敏模塊被觸發(fā)的光強臨界值。

4.4.對燈光及插座板進行測試：

該板上用繼電器模塊來實現(xiàn)燈光以及插座的控制，經(jīng)過多次試驗，在無線模塊正常接收數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，該模塊工作正常。

4.5.測試總結(jié)：

經(jīng)過多次試驗，本系統(tǒng)功能基本實現(xiàn)，基本達到設計要求。工作情況穩(wěn)定，實用性較強。本系統(tǒng)的可擴展性好，此后還可以加入其它的功能。

5.系統(tǒng)的適用范圍及市場前景

本系統(tǒng)可用于諸多家庭、旅店、小型商業(yè)店鋪等，系統(tǒng)成本低廉，功能實用便捷，并且功能具有裁剪和擴展性，可以根據(jù)實際需要去除部分功能或者增加其他功能，以適應不同場合的要求?？梢哉f本系統(tǒng)適用范圍廣闊。當下，國內(nèi)智能家居產(chǎn)業(yè)正處于崛起階段，大部分家庭所使用的還是傳統(tǒng)家居設備，而本系統(tǒng)正是針對這種現(xiàn)狀開發(fā)的，用戶不需要對現(xiàn)有傳統(tǒng)家居升級便可以使用本系統(tǒng)功能，可以說本系統(tǒng)的潛在市場非常巨大。本系統(tǒng)在經(jīng)過完整的測試調(diào)整之后，是可以進行生產(chǎn)的，所以說本系統(tǒng)具有較好的市場前景。

[1]羅杰，呂莉．智能家居及其發(fā)展趨勢[J].計算機與現(xiàn)代化，2007，33（11）：18-20．

[2]伍健庭，肖健華．藍牙技術(shù)與智能家居系統(tǒng)設計[J].無線電工程，2004，47（12）：32-34.

[3]俞文俊，凌志浩.一種物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的研究[J].自動化儀表，2011，32（8）：56-59.

[4]余永權(quán)．嵌入式智能家電的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].電子世界，2003，24(7)：4-7．

[5]王偉光．走進國外智能化家居[J]．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，6(2)：7-8．

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1007-6344（2017）04-0337-01

孟凡宇，男，沈陽理工大學信息科學與工程學院通信工程專業(yè)