摘要：智能家居是在物联网的影响之下的物联网化的体现，它的概念最早出现于美国，利用先进的计算机、嵌入式、网络通信、综合布线技术等技术，将与家居生活有关的各种子系统有机的结合在一起。随着大数据，云计算，可穿戴设备，人机交互，物联网等技术的不断兴起和发展，智能家居开始由概念逐步的进入到现实生活中。随着物联网技术的发展，智能家居产业迅速崛起。在此背景下，我们将关爱老人和物联网智能家居系统相互结合在了一起，通过物联网技术带来的方便和智能应用给我们的老人，使得老人们的生活变得更加的方便，更加的安全。
关键词：智能家居；安全；方便
引言
本项目的名称是“基于物联网的远程智能家居研究”。本套智能家居系统采取以智能手机发送数据到服务器，在通过服务器返回数据到树莓派使之做出相应的处理，本项目设计使智能家居突破传统的地理位置和空间上的限制，无论用户身处室内或室外都可以对家居进行控制，和实现对家庭内部设备的控制。本作品还有为行动不便的老人提供很多贴心的功能，比如，老人可以随时随地控制家里的家居，通过连接内网，可以通过树莓派将门外监控摄像头的图像传到网页上或手机APP上！这样如有人敲门时，老人就可以不用再起身去查看是否是自己认识的人！对于行动不便的老人，也可以起到实时看护的效果，也方便了孩子们的照看！如今我们仅仅需要一部智能手机，就可以对家里的家居完全的掌控，和对家里的情况完全的了解，如发生火灾或突发意外时能够第一时间知道和采取措施，并通过GSM模块进行报警。
1远程智能家居系统设计和组成
本套智能家居系统是由智能家居模型、控制器、摄像头、稳压模块、舵机、继电器、多种传感器等部分构成。
本系统的控制器采用树莓派微型计算机作为主控AT89C52作为辅助，主控对温度、湿度、视频进行采集然后通过连接外网将采集到的数据发送到我们的云服务器，而我们外出时通过手机就可以查看家里的信息和控制家电。当遇到突发事情时，我们可以立马的接收到消息并作出处理。具体过程：（1）由于老人的身体抵抗力较弱，为了避免老人因为外界的环境变化的影响，我们需要知道环境的变化以便为老人及时的作出预防。我们将树莓派连接外网，实时的将采集到的温度、湿度发送到我们创建的云服务器数据库上，我们通过手机安卓手机APP对我们的数据库实时的读取，从而我们无论在哪里都可以知道家中老人的环境。（2）随着老人的年纪的增长，老人的骨骼不断退化很多时候会造成行动不便，我们决定再通过编程使树莓派通过外网不断读取云服务器上数据库的指令使之做出相应操作，这样我们就可以通过手机APP改变数据库上的指令实现远程家居的控制。（3）我们通过拓展，进一步的将视频传输通过外网花生壳映射，这样就可以随时随地实时起到看护老人效果。同时也可以将此功能用于监控门外，从而使家里的财产安全起到重要的保障。（4）AT89C52单品机作为辅助，我们可以通过火焰传感器和烟雾传感器对家里的事故进行实时检测。当遇到火灾或有毒气体超标时，单片机会控制GSM模块向我们手机拨打电话或发送短信，使得我们能及时的对事故进行处理，以免造成更大的损失。（5）在GSM模块的选择上，我们采用具有4G全网通的SIM7600CE模块。由于树莓派要实时的进行外网访问，从而需要连接网线或路由器的WIFI。而路由器的源端口也需要接入网线，这会造成很大不便。为解决这一问题，我们选用SIM7600CE全网通4G模块，我们仅需插入SIM卡通过设置，就可以开启WIFI热点功能，使树莓派随时随地的进行连接对外网进行访问。
图2 智能家居主体流程图
2 远程智能家居系统硬件选择及电路设计
2.1 树莓派微型计算机
此次中央控制器可以用任意一台计算机来实现，但是考虑到成本和功耗，我们选用树莓派（Raspberry Pi（中文名为“树莓派”，简写为RPi，或者RasPi/RPi）是为学生计算机编程教育而设计，只有信用卡大小的卡片式电脑，其系统基于Linux）。它是一个微型的嵌入式设备，具有cpu，音频接口，视频接口，网口，usb口以及丰富的扩展接口。它本身就是一台基于Linux系统的小型计算机，可以进行复杂的数据处理运算和多设备控制。由于其功耗低，便携，可以多任务操作，因此作为此次模拟系统的中央控制器。
2.2 稳压部分电路设计
稳压电路，是指在输入电压、负载、环境温度、电路参数等发生变化时仍能保持输出电压恒定的电路。它的作用就是将变化的直流电压稳定输出，保证电路正常工作。这种电路能提供稳定的直流电源，广泛地为各种电子设备所采用。本系统中采用LM2940 -5.0低压差三端稳压芯片来设计稳压电路，LM2940芯片输出电压5V.
2.3 GSM通信系统
HOE-SIM7600CE 4G是全网通开发模块。支持USB通讯供电、外接5V供电，支持语音功能，板载TF卡槽、可选WIFI模块（只作为热点，最大支持32路）、采用NANO-SIM卡掀盖卡槽。板载锂电池充电电路，可接3.7-4.2V锂电池；板载外接供电与锂电池供电切换电路。可以通过wifi传输视频图像，USB通讯、支持GPS.GNSS，北斗定位。上行传输速度：上行最大速率：50Mbps，下行最大速率：150Mbps。我们将SIM900A与STC89C52连接，通过烟雾传感器和火焰传感器实时检测是否发生火灾、意外性事故。如发生意外，单片机会立马的通过串口通信进行拨打电话和发送短信，使得你及时的作出反应以免造成更多的财产损失。由于此模块还搭载了WIFI热点功能，因此我们可以将树莓派通过WIFI连接到我们SIM7600CE热点上，从而实现实时访问外网、也省去了路由器等网线的距离限制实现真正的远程控制。
2.4 摄像头模块
Raspberry Pi Camera v2是树莓派新推出的官方摄像头板，采用高质量8百万像素索尼IMX219传感器扩展板，拥有定焦镜头，可以捕捉3280 x 2464像素静态图片和30FPS 1080P的视频，也支持1080p30， 720p60 and 640x480p60/90摄像功能。树莓派摄像头通过板上表面的小插槽连接树莓派，并使用专门为树莓派设计的CSI接口连接。而且您也可以把树莓派安装在您的家里或客厅上，通过无线网络制作无线监控智能家居系统。也可以应用图像识别和图像追踪，使得生活变得更加智能。
3控制软件程序设计
在树莓派主控的程序设计上，运用了python语言进行编程使得树莓派拓展引脚的IO时序变化，从而使得温湿度传感器正常工作。由于树莓派自带无线网卡驱动，使得我们可以通过python进行解析json以及mysql的远程访问更新了我们的云服务器数据库表内的数据。我们也可以通过实时的读取树莓派不同表内数据，将读取回来数据进行判断，如果是设定好的指令，则做出相应指令的IO口变化。由于树莓派是微型计算机，所采用的LINUX系统具有分时性、多线程性的特点。所以我们可以在不停的发送数据和读取信息的同时进行远程视频传输和视频监控，使得我们更好的对智能家居系统进行控制。
在手机APP编程上，我们运用JAVA语言在如今主流的AndroidStudio软件上进行编写，我们通过安卓控件文本框对家里温湿度的数值进行显示，再通过button按钮监听更新云数据库上表内的数据。最后通过控件WebView显示网页上的视频传输，使得我们能够无论身在何处都能实时看到家里的情况。在主程序Activity中，我们实时到的对我们的云服务器进行httpClinent请求和对json进行解析使得能够实时的对家里控制和访问。
结论
本系统在测试过程中，一切运行正常，能够将各个传感器检测到的数值显示在手机APP上，并完成了相应的控制功能。与传统的家居相比，此智能家居系统更具有智能性、方便性能；试验结果表明：智能家居系统突破了地域性和时间性，而且更加安全，操作简单、执行高效、实用性高。
参考文献：
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[3] Toril Laberg H A， Thygesen H.Smart Home Technology[J].2014.
[4] 吴波.基于物联网的智能家居控制系统研究[d].江苏大学，2012
论文作者:刘艳艳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
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