赵江涛
广州粤嵌通信科技股份有限公司
摘要：新的发展环境下，生活水平的提高使得人们越发希望能够拥有一个便捷、舒适且安全的家居环境，而在这种需求的推动下，智能化住宅应运而生，智能家居控制系统也因此得到普及。本文结合相关概念，就基于物联网技术的智能家居控制系统设计进行了研究和讨论，希望能够为智能家居的发展提供一些参考和借鉴。
关键词：物联网技术；智能家居；控制系统；设计
前言
智能家居也称智能住宅，强调以住宅为基础，兼具网络通信、信息家电以及设备自动化，通过对系统、结构、服务以及管理的高度集成，得到高效、安全、舒适、边界的居住环境。相比较传统住宅，智能家居能够提供全方位的信息交换功能，对居住环境乃至人们的生活方式进行优化，借助相应的智能家居控制系统，还可以实现家电、照明、计算机等的智能化控制，使得其作用能够切实发挥出来。
1.相关概念
1.1物联网技术
物联网是互联网的一种特殊表现形式，主要是以互联网为基础，结合物品本身配套的射频识别或者条形码等传感设别，进行信息的收集，实现智能识别的同时，也可以为管理决策的制定提供参考依据，属于一种智能化的网络系统，集成了传感技术、跟踪识别技术、智能优化技术以及通信协议等。物联网本身属于第三代网络，集成了新一代的网络信息技术，强调以电子信息作为基础和前提，通过对传统网络的优化创新来保证数据信息传输的效果，能够推动现实世界的数字化，其本身有着极其广泛的应用范围，能够对物与物的数字信息进行统合整理，于工业制造、农业生产、物流运输、智能环境等方面发挥着积极作用。物联网的相关技术包括了地址资源、人工智能、通信协议、M2M等，其本身的核心和基础依然是互联网，不过互联网想要满足物联网的发展需求，必须进行相应的技术升级，如IPV6、Web3.0等。
1.2智能家居控制系统
智能家居控制系统一般是借助无线组网技术，将门禁、灯光、地暖、空调等家庭电子设备与控制之间进行通讯组网，使得用户能够通过遥控器、智能手机等实现对于所有家电设备的一键控制，实时掌握设备运行情况，同时也能够完成对于家电设备的远程控制。智能家居控制系统最早产生与上世纪八十年代的欧美和日本，于九十年代传入国内，最初采用的是有线布局的形式，在实际应用中存在着布线繁琐、维护难度大等问题。之后伴随着RFID技术、WiFi技术、红外感应技术等的发展，智能家居控制系统开始采用无线布局，其优势和作用也因此得到了充分发挥。
2.基于物联网技术的智能家居控制系统设计
2.1系统总体设计
通过家电联网的方式，将住宅中的各种电气设备借助无线连接的方式组成网络，利用各类探测传感器，对住宅内部的实际情况以及设备的运行状态进行实时监测，并将探测到的异常信号经由WiFi无线通信技术传递给控制器，由控制器依照自身判断，做出相应处理。从用户的角度，可以利用相应的终端设备发出程序指令，同样通过WiFi传递到单片机系统，系统对信息进行处理后，发出控制命令，实现对于智能家居的有效控制。
2.2系统硬件设计
2.2.1中央控制器
中央控制器采用三星的6818芯片，借助WiFi和串行通信实现信息交换，单片机本身具备较高的运行速度，可以满足系统对于实时控制的需求，能够非常方便的对外围设备进行拓展。不仅如此，芯片自带MMU功能，支持嵌入式Linux操作系统，图形界面的开发更加简单便利，而且功耗和成本低，能够满足系统设计要求。
2.2.2 WiFi通信模块
WiFi通信模块采用的是ESP8266模块，其本身具备超低功耗，属于UART-WiFi透传模块，具备良好的封装尺寸，是一种专门面向移动设备与物联网的模块，能够帮助用户将物理设备连接到无线网络上，实现联网功能。同时，ESP8266有着多样化的封装方式，支持板载PCB天线、邮票孔接口以及IPEX接口，在智能家居、智能交通、智能电网以及工业控制等领域有着相当广泛的应用。
2.2.3继电器控制电路
在智能家居控制系统中，对于家电设备的控制采用的是8路继电器，其中的每一路驱动电路都采用光耦和单片机进行隔离，选择三极管进行继电器线圈电流的驱动，从方便电路调试和电路工作状态显示的角度，需要在每一路继电器中设置相应的发光二极管，某一条继电器控制电路如图2所示。
2.2.4电源模块
中央控制器以及部分外围器件的运行需要稳定的3.3V电源，其余部分器件则需要5V电源作为支撑。在进行电源模块设计的过程中，为了能够对电源电路进行简化，可以将系统整体的输入电源设置为5V直流稳压电源。而想要得到稳定的3.3V电源，可以选择LT1085-3.3型DC-AC变换器。考虑到智能家居控制系统的实际要求，电源不仅要供电方便，还必须具备较强的持续工作能力，在系统无线传感节点中，采用了6节充电电池配合太阳能电池板的设计，可以实现自动充电，全程无需人工干预，具备良好的智能化和自动化特征。
2.2.5 GPRS通讯模块
GPRS通讯模块选择ZXGM18G，其本身能够支持多种通信方式，包括数据、语音、短信、传真等，可以经由AT命令完成控制。串行线路体在经过MAX3245芯片的电平转换后，能够与RS232串口直接相连。中央处理器能够借助外接双通道所具备的通用异步收发器，提供完整的串口确保GPRS modem实现拨号上网，用户则可以借助芯片中的状态寄存器，进行操作状态的准确判断。
2.3系统软件设计
智能家居控制系统软件设计中，应该采用模块化设计，保证系统层次清晰的同时，为后期的调试、维护和功能扩展等提供便利，确保处理器能够具备较高的执行效率。系统计算机端采用Labview进行开发，同时实现本地图形用户界面以及系统设置、系统控制等。系统开机并且完成初始化操作后，会自动进行状态分析，如果处于正常状态，会自动运行子程序，反之则会借助GPRS模块发出告警信息。从保证系统运行安全的角度，可以采用嵌入式Web Server软件进行系统构建，加入相应的密码验证功能，要求用户借助经过认证的账号密码登录，以CGI为支撑，实现远程系统控制。在系统中，所有的智能家居如烟雾探测器、煤气探测器、空调设备等都可以作为独立节点，每个节点都可以借助WiFi网络，实现与系统的无线通信，使得系统能够完成对于各类家电的有效控制。
智能家居控制系统软件设计可以分为数据采集、数据分析、分析控制等多个组成部分，所以后的传感器信号都需要交由数据采集部分进行处理，从提高系统运作效率的角度，可以依照采集到的数据信息，对分析控制部分的程序进行分时操作。另外，系统软件的设计还应该包括串口通信协议设计、家电控制程序编写等，在进行模块加载时，可以先调用相应的模块加载函数init_module，向内核注册设备以及注册文件系统，因为程序设计数据采用了中断定时，必须利用request_irq函数进行中断申请，打开设备即可对其进行相应的读写操作。在结束前，需要先将设备关闭，然后才能进行驱动模块的卸载。
2.4系统测试分析
借助中央控制器，针对固定设备的指令编码递增，下发相关指令，通过相应的计算机串口发送到控制中心，再经过RS232串口抵达协调器，协调器则将指令传输到终端节点，完成相应的指令接收后，相关数据会经过串口返回到PC机，并在PC机上完成控制中心指令与终端节点接收到的数据的对比分析。中央控制器每秒发送2条指令，为了保证测试结果准确，进行多次测试，结果如表1所示。
结合测试结果分析，各节点彼此之间干扰较小，通讯正确率高，能够满足智能家居控制的现实需求。智能家居控制系统可以实现各个节点之间的准确通信，保证系统的稳定可靠运行，将其应用到智能家居控制中，能够提升智能家居运行的自动化水平。
3.结语
总而言之，新的发展环境下，物联网技术在越来越多的行业和领域得到了应用，取得了相当显著的成果。本文提出了一种基于物联网技术的智能家居控制系统，就系统总体结构以及硬件和软件的设计进行了分析，针对样机进行了单模块以及联机调试，结果表明设计出的电路和软件都能够在实现自身功能的情况下，保证稳定可靠运行，而且系统本身结构简单，成本低廉，操作方便，容易被用户接受。用户可以借助智能家居控制系统，利用智能手机实现对于家居的远程控制，保证家居环境的稳定和安全，也可以为智能家居的长远发展带来显著贡献。
参考文献：
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[2]李妩可,文翠娟.基于物联网的智能家居设计与实现[J].计算机产品与流通,2018,(03):20.
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[4]言娟.基于物联网技术的智能家居系统应用[J].建设科技,2016,(23):98-100.
论文作者:赵江涛
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/27
标签：智能家居论文; 系统论文; 控制系统论文; 三星论文; 技术论文; 家电论文; 模块论文; 《中国西部科技》2019年第22期论文;