基于OneNET云平台的智能家居系统实现

�ele169�com|31智能应用随着物联网、云计算、大数据的迅猛发展，人们生活方式也随之产生着巨大的变化。为了便于管理众多家居电器，人们需要将各种家居设备实现互联，并能允许智能移动终端访问，进而实现日常家居生活的个性化及智能化管理。智能家居[1,2]以住宅为平台，以局域网为通信基础连接至智能移动终端，实现对各种家居设备的集成与控制。本文基于中国移动开放的OneNET云平台，采用STM32为主控芯片，结合烟雾传感器、一氧化碳传感器等传感器，手机、平板电脑等移动终端设备和无线传输模块实现了家用电器的互联及管理的智能家居系统[3]，从而使人们的家居生活更加便捷、智慧。1系统总体设计基于OneNET云平台的智能家居控制系统主要包括：空气质量监测模块、语音及显示模块、智能窗帘控制模块、蓝牙音响模块、室内灯光控制及信息传输交互模块，如图1所示。智能家居系统可进行模块化设计，主机部分以STM32作为主控芯片，将MQ7气体传感器、MQ135有毒气体传感器连接至LM393电压比较器实现室内有害气体的监测，采用DHT11温度传感器对室内温湿度进行监测，以WT588D语音芯片实现语音播报，触摸屏显示相关数据。从机部分由智能窗帘控制模块、蓝牙音响模块和室内灯光控制模块组成。主机与从机之间通过ESP8226芯片与ZigBee[4]模块实现无线传输功能，主机发出指令通过ZigBee模块对从机进行控制，从机采集采集到数据由ZigBee模块对主机进行反馈，从而实现主从机间的信息交流。采用OneNet移动平台实现人机交互模式，用户可通过移动智能终端对主机发出指令从而对从机进行控制。2系统硬件设计■2.1主机部分主机部分主要由STM32单片机、空气质量监测模块、语音及显示模块组成，组成框图如图2所示。2.1.1空气质量监测模块空气质量监测模块采用一氧化碳传感器、有毒气体传感器、温湿度传感器进行室内空气质量及温湿度的检测并将数据传输至主控芯片。MQ-7气体传感器的气敏材料为二氧化锡(SnO2)，其电导率在清洁空气中较低且随着空气中一氧化碳气体浓度增高而增大。该传感器采用高低温循环检测方式，低温(1.5V加热)检测一氧化碳，高温(5.0V)清洗低温时吸附的杂散气体。MQ-7气体传感器对一氧化碳灵敏度高且成本低的优点。MQ135气体传感器的气敏材料为二氧化锡(SnO2)，传感器电导率随空气中污染气体的浓度增高而变大，该传感器对氨气、硫化物、苯系蒸基于OneNET云平台的智能家居系统实现张雄，刘斌，王箫扬，高瑞，贺凡（延安大学物理与电子信息学院，陕西延安，716000）基金项目：延安大学2017科研计划项目(YDQ2017-10)；延安大学高水平大学学科建设专项研究基金(NO.2015SXTS02)；2016榆林市科技计划项目(2016-19-3)；2017产学研项目(2017cxy05)。摘要：随着社会迅速发展，为了满足人们对家居生活个性化及智能化的需求，本文设计了一种基于OneNET云平台的智能家居控制系统，该系统以STM32作为主控芯片，采用ZigBee模块组建家庭局域网实现家用电器的互联，应用无线WiFi将数据传输至云平台，从而实现智能移动终端对家庭环境数据的监测及家用电器的远程控制。关键词：OneNET；智能家居图1智能家居系统总体结构图图2主机部分组成框图32|电子制作2018年8月智能应用EEPROM存储的数据并与环境数据比较最终确定是否执行室内灯开关指令。系统确认接收到智能移动终端数据包后，再次处理主控芯片的命令来实现远程控制灯光的控制。图4蓝牙模块电路图■2.3信息传输交互模块信息传输交互模块方框图如图5所示。信息传输交互模块用以建立家庭局域网，采用ESP8266和ZigBee协议实现室内各种家居电器的互相连接[5]。ESP8266支持softAP模式、station模式、softAP+station共存模式。ESP8266是一个完整且自成体系的WiFi网络解决方案，能够独立运行也可以作为slave搭载于其Host运行，可实现灵活的组网方式和网络拓扑。ZigBee基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议，其组网便利、信号稳定可靠、修复能力强、不易受到干扰，可以自由组网接入庞大数量设备且不产生运营费用。ZigBee模块采用广播方式，各节点配置同一波特率同一频道，以广播形式进行信息交互组建家庭局域网。3系统软件设计基于OneNET平台的智能家居系统设计[6]，在系统供电后初始化CPU，然后读取EEPROM中存储的数据，确定即将执行的动作，是否开灯，是否打开WiFi模块，系统连汽灵敏度高，寿命长成本低的优势。DHT11传感器是一款具有已校准数字信号输出的温湿度符合传感器，其应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包含一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8为单片机相连，具有响应快、抗干扰能力强、性价比高等优点。2.1.2语音及显示模块WT588D语音芯片是一款可重复擦出烧写的语音单片机芯片。该芯片高度集成的单片机技术，使之不再为控制方式而寻找合适的外围单片机电路。配套WT588DVoiceChip主机操作软件可随意更换任何一种控制模式，将信息下载至SPI-Flash即可。软件操作方式简洁易懂，支持在线下载。WT558D语音模块电路图如图3所示。图3WT558D语音模块电路图显示模块采用OLED(OrganicLight-EmittingDiode)，即有机发光二极管。■2.2从机部分从机部分主要由智能窗帘控制模块、蓝牙模块、室内灯光控制模块组成。2.2.1智能窗帘模块智能窗帘模块由主控芯片STM32控制，通过处理主控芯片的命令实现窗帘的自动开关及远程控制。系统供电后，主控芯片读取EEPROM存储的数据并于环境数据对比判断是否打开或闭合窗帘。系统在接收到终端数据包后再次处理主控芯片的命令，完成远程控制窗帘打开或闭合命令。2.2.2蓝牙模块蓝牙模块与智能移动终端蓝牙匹配连接，完成手机控制音频数据播放、暂停、音量加减的指令，蓝牙模块电路图如图4所示。2.2.3室内灯光模块主控芯片STM32完成对室内灯光模块的控制，主控芯片解析命令指令达到室内灯光的自动开关及远程控制。系统通电后，主控芯片读取图5信息传输交换模块方框图�ele169�com|33智能应用接云平台，主控芯片判断是否收到终端发送的数据包，若收到数据包，则执行数据包命令，否则检查定时时间是否到达，若定时时间到达则执行定时指令，若定时没到，再次检查是否收到终端指令。主机软件设计流程如图6所示。图6主机软件设计流程图4系统结果测试将设计好的系统供电并连接至OneNET平台，完成软件程序的植入。在实验环境下对实际数据进行采集。实验表明：本文设计的智能家居控制系统能实现通过OneNET平台对室内的家电进行远程控制，并能准确的采集室内空气质量和环境温湿度数据反馈给终端且进行语音播报。通过清晨、离家、回家模式智能调节室内灯光及窗帘打开闭合。蓝牙模式下，可以通过手机进行语音播报及音量调节。智能家居控制系统软件显示界面如图7所示。图7智能家居控制系统软件显示界面5结论测试表明，基于OneNET移动平台的智能家居控制系统，不仅实现了设计要求，同时具有组网灵活，功耗低及功能强大等优点，同时适用于其他类似需求的领域。参考文献＊[1]吴志辉.智能家居监控平台的研究与实现[J].物联网技术,2016,(11):80-83.＊[2]R.J.Robles,andT.H.Kim.Applications,SystemsandMethodsinSmartHomeTechnology:AReview.InternationalJournalofAdvancedScienceandTechnology,vol.15,pp.37-46,Feb.2010＊[3]刘明,陈剑雪,王凯跃,等.基于GSM的智能家居环境监测报警系统设计[J].黑龙江科技信息,2016(34):55-55.＊[4]庞泳,李光明.基于ZigBee的智能家居系统改进研究[J].计算机工程与设计,2014,(5):1547-1550.＊[5]HaiyanYan.DesignofSmartHomeGatewayBasedonZig-BeeTechnology.IEEEInternationalConferenceonIntelligentTransportation,BigData&SmartCity(ICITBS),2017,167-170.＊[6]邓昀,李朝庆,程小辉.基于物联网的智能家居远程无线监控系统设计[J].计算机应用,2017,(1):159-165.6结语本设计是做一个基于STC15微控器的智能激光雕刻机，控制软件是用Java语言编写的安卓软件，在现在安卓手机占据手机行业大半的市场环境下，就有良好的学习和传播性；同时，设计小巧、轻便，具有很高的便捷性。参考文献＊[1]张洪润.单片机原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2011；＊[2]周雪.模拟电子技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011；＊[3]郑锦生.激光雕刻技术的发展[J].机床与液压，2016，8(4)；＊[4]赵静.木质材料激光雕刻加工技术的研究[D].北京：北京林业大学，2017；＊[5]许鑫康.三维激光雕刻机的设计[J].机械工程与自动化，2012，200(1)；＊[6]包理群.嵌入式系统应用开发[M].西安：西安电子科技大学出版社，2017；＊[7]徐宝腾.基于ARM_FPGA的激光雕刻机控制系统的研发[D].山东：山东大学，2014；（上接第35页）