刘洋、杨保良、杨守良、向景源
重庆文理学院电气与电子工程学院，重庆
摘要：各类高科技产品颠覆了人类传统的生活方式，嵌入式技术与物联网技术相结合的新型智能家居给了人们一个舒适、安全、高效的生活环境。 本文提出一种以嵌入式处理器为核心、平台为控制终端、无线网络通信技术为媒介的新型智能家居系统。 由Linux和ARM处理器4412组成的服务器可以分析平台的各种命令，然后通过无线网络实时监控智能家居的各种对象。 实践证明，该方案设计合理，数据传输稳定，具有一定的市场价值和理论研究价值。
0 前言
智能家居以住宅为平台，采用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术和无线技术，将与家居生活相关的各个子系统有机地结合起来，目的是使家居生活更加智能化、信息化、人性化、节能化。 ，核心目标是提高家居生活质量[1]。 在智能家居控制系统中，核心设备是家庭控制终端。 国内外学者给出了基于键盘或红外遥控器、家用或办公电脑、智能手机作为家庭控制终端的三类解决方案[2]。 第一种方案是目前比较流行的遥控方式，但遥控距离不能做得很远，同时也无法通过遥控显示电机的信息。 第二种方案轻松解决了远程控制方案的缺点，但由于计算机体积和重量较大，无法灵活移动，最重要的是实时性能受到很大限制[3]。 第三种解决方案是基于手机和平板电脑的广泛应用。 您可以使用手机或平板电脑作为智能家居的控制终端，利用无线网络（WiFi、GSM（for）等）来控制智能家居系统，真正实现智能家居的便捷远程控制。家用电器可以给用户带来更好的体验，从而达到提高家居品质的目标[45]。 本文利用目前广泛使用的智能手机等终端设备，设计了一种新型的智能家居控制系统。 同时进行窗帘控制部分和智能传感部分的硬件设计和测试。 实践证明，该系统稳定、成本低。 手机控制终端可以及时发送各种指令来控制各种电器。 同时手机的监控器可以随时监控家里的各种信息，真正实现了互联网时代的双向互联。
1 系统总体设计
基于手机控制的智能家居系统主要由手机客户端控制终端、ARM服务器、各种控制电器和数据采集部分等组成，系统结构如图1所示。其中，手机控制终端为主要用于发送各种电器的控制命令，监控各个电器的工作状态。 ARM服务器负责接收并解析手机控制端发送的命令，然后通过无线模块将手机的控制命令传输到各个电气控制终端，可以在该处接收各个电气控制终端的数据。同时按照一定的协议发送到手机客户端。 终端设备的控制器采用宏景公司生产的单片机作为主控制器，接收ARM服务器发送的命令进行操作，如控制窗帘电机进行操作，系统电源电路图为图2.数据采集部分主要采集房间内的各种信息，主要包括摄像头监控、温湿度数据采集、有毒气体采集等。 让用户观察。 整个系统采用两种无线通讯方式，减少了有线通讯方式的布线问题，安装简单。 同时降低了整个系统的成本，方便以后的推广。
2 系统硬件电路设计
2.1 单片机最小系统设计
该系列单片机是STC公司生产的单时钟/机器周期（1T）单片机。 它是新一代高速、高可靠性、低功耗、超强抗干扰的8051单片机。 该代码与传统8051完全兼容，但速度可提高8~12倍。 内部集成高精度R/C时钟，可设置5MHz~35MHz的宽范围，完全省去外部昂贵的晶振和外部复位电路。 3路CCP/PWM/PCA，8路高速10位A/D转换，内置2KB大容量SRAM，2组高速异步串行通信口，1组高速同步串行通讯口SPI，可应用于多串口通讯/电机控制/强干扰场合。 设计单片机最小系统时，关键是要设计好电源电路和下载电路，晶振和复位电路可以不设计。 由于外部电路采用24V开关电源供电，而单片机需要5V供电电路，因此采用两级稳压器。 为了控制电源的质量，采用电容器进行滤波。 电源电路图如图2所示。下载电路采用芯片设计，因为可以利用串口下载STC单片机中的程序，给设计带来了很大的方便。
2.2 窗帘驱动电路设计
在智能家居系统中，智能窗帘是不可或缺的一部分，也是智能家居中安防系统的主要元素。 智能窗帘的执行结构主要由电机组成。 系统主电源为24V直流，电机设计过程中也采用了24V直流电机。 智能窗帘的控制系统需要实现电机的升降控制。 电机控制系统是可逆调速系统。 这里使用微型直流齿轮电机。 电机驱动电路配有保险丝，具有反接保护功能。 如果电流太大，保险丝就会烧断。 最大持续电流5A，过载保护电流10A，短路时间不超过30s。 驱动板采用原装进口芯片，滤波电容采用独石电容，电路稳定可靠。 驱动系统采用驱动芯片+驱动方式。 驱动芯片采用美国IR公司生产的驱动器，具有光耦隔离和电磁隔离的优点。 场效应管为进口原包装。 窗帘驱动部分的主电路图如图3所示。
3 系统软件设计
3.1 移动客户端
手机客户端是在操作系统之上开发的一款简单实用的APP，可以方便用户在手机上控制和监控智能家居。 客户端主要涉及与用户交互的操作界面以及登录成功后各种电器的控制程序和监控数据的显示。 交互界面包括登录界面、注册界面和操作界面。 系统采用交互式图形界面，界面直观、美观且极具个性化，为用户提供良好的用户体验感。 登录界面采用多种线性布局和相互嵌套的相对布局进行布局，并在布局控件中添加了一些其他控件，例如供用户输入用户名、密码和服务器IP的对话框。 登录成功后，会进入一个操作界面，其中所有的家用电器都经过编码，然后通过相应的控件显示出来，直观明了，让用户所见即用。 进入该界面后，用户可以点击相应家电的控制按钮。 此时，用户的需求将通过无线WiFi发送到家电处理服务器，最终用户可以控制家电。 程序会根据用户的操作对象显示相应的操作设备和设备状态信息。 手机客户端软件设计框图和手机实际界面如图4和图5所示。
3.2 服务器软件设计
3.2.1 服务器主程序
智能家居控制系统中，手机客户端和家庭信息处理服务器采用C/S（客户端/服务器）软件结构。 这种结构将系统任务分配给一个服务器和多个客户端。 服务器端对数据进行分析和管理，客户端为用户提供服务； 客户端处理接口请求并向服务器发送请求，服务器收到客户端的请求内容后返回给客户端，实现两者的交互； 两者发挥各自优势，紧密配合。 采用C/S点对点结构模式智能家居系统，可以提高安全性，增强人机交互能力。 智能家居ARM服务器流程图如图6所示。
3.2.2 设备编码
在编程之前对家用电器进行编码，以确保编码数据在解析过程中不会出现歧义或无法破译。 在编码过程中，为了保证设备和编码的唯一性和准确性，数据以JSON格式进行编码和解码。 JSON是一种数据交换格式，交互更加方便灵活。 表1给出了设备的编码规则。
3.2.3 传输协议和通信
对于智能家居系统来说，比较常用的传输协议是TCP协议和UDP协议。
讨论。 UDP是一种非面向连接的传输层协议，无法知道接收端是否正确接收并完成数据，但其传输速率高、资源消耗低，适合一次性传输较少的应用环境。 TCP是一种面向连接的传输控制协议。 它的传输包括建立连接、传输数据、释放连接三个过程。 它可以提供一种端到端的全双工传输通信方法[6]。
图6 智能家居ARM服务器流程图 通信包括面向连接的通信和无连接的通信。 由于本文使用TCP协议智能家居系统，因此选择面向连接的通信。 首先，启动服务器，通过函数调用对象； 绑定服务器的IP地址和端口号。 其次，通过Bind函数将本地网络IP地址与对象进行绑定。 然后调用该函数将对象置于监听状态。 服务器调用该函数设置一个块，等待客户端的数据。 表1 设备代码表 设备空调电视冰箱台灯窗帘风扇温度视频代码kt-1tv-1bx-1wc-1el-1wm-1tm-1ca-1
如果IP和端口号与服务器匹配，则可以调用write函数将数据写入输入流。 此时客户端只需要等待服务器写入数据即可。 服务器与客户端的通信流程如图7所示。
4。结论
在研究智能家居现有问题的基础上，提出了一种新的智能家居控制系统。 该系统通过便携式智能手机等终端作为家用电器的移动控制服务器，可以随时随地检测和控制家中的各种状态。 手机界面采用图片模式，操作方便，避免繁琐、枯燥的文字操作。 数据通讯方面，硬件上采用无线WiFi，降低设备成本，安装方便。 软件中的通信使得软件开发周期缩短。 实践证明，该系统简单易行，具有一定的推广价值。
参考
［1］ 董丽艳，隋鹏，辛晓华，等。 基于智能家居终端控制系统［J］． 吉林大学学报(信息科学版)，2014.32(3):303-306。
［2］刘建华，田穗苗，赵勇。 季氏智能家居系统设计［J］． 西安邮电大学学报，2013，18(4)：71-74。
[3] 王超华，陈德彦，黄国红，等。 基于智能家居系统的研究与实现［J］． 计算机技术与发展，2012，22(6)：226-228。
［4］彭建生. 基于平台的智能家居控制系统的设计与实现［J］． 天津师范大学学报:自然科学版,2011, 31(2):56-58.
[5] 邵鹏飞，王哲，张宝如． 面向移动互联网的智能家居系统研究［J］.计算机测量与控制，2012, 20(2):474-476．
[6]周世伟，谢伟波，基于智能家居终端的设计与实现［J］． 微型计算机及其应用，2012，31(14)：10-13。
智能家居无疑已经成为家居装修的基本需求。 今天笔者将从三个方面为您介绍什么是智能家居以及常见的智能家居系统解决方案。 希望给想要装修的朋友一些参考。
1.智能家电≠智能家居
说到智能家居，首先想到的就是智能空调、智能电视、扫地机器人等，这些不能称为智能家居，而是智能物品。
智能家居依赖于物联网技术。 它是一个复杂的系统功能，将家庭中的各种设备集成起来进行集中控制，使无生命的设备变得“聪明”并倾听人类的声音。
2、七种常见的智能家居系统解决方案
1、家电智能控制系统
通过爱云智能场景控制，用户可以集中管理家里的各种电器——空调、电视、热水器、饮水机、投影仪等，让家电更加人性化。
1) 语音控制
通过语音交互，控制各种家电。
2）远程控制
如果出门忘记关空调，可以通过手机远程操作一键关闭。
3）时序控制
根据夜间气温变化，可定制空调状态，为家人打造专属睡眠环境。
4）多组控制
一键场景设置，同时控制多组家电。 下班回到家打开门的那一刻，灯光自动亮起，窗帘拉开智能家居系统，音响里播放着你最喜欢的音乐，就像回到了VIP套房一样。
2、智能安防系统
传统安全是事后才想到的，而智能安全则可以防患于未然。 当布防状态下有人入侵时，系统会及时启动家中蜂鸣器系统，发出报警信号，留下照片证据，并将信息推送到用户手机上。
用户还可以通过远程语音警告来吓跑入侵者，确保家人和生命的安全。
1）智能门锁
智能门锁具有指纹、密码、感应刷卡、钥匙、人脸识别等多种开锁方式，并具有开锁提醒、远程开锁、授权开锁、防撬报警等多功能设计。
2）人体红外传感器
感知特定区域的人体移动，布防后发现入侵者，发出报警信号。
3）室内云台摄像机
能听、说、看，支持网络云服务，远程调节摄像头，与人体红外传感器、窗磁、门磁等设备智能联动智能家居系统，实现自动抓图上传和报警。
4) 高清户外枪机摄像机
具有与室内云台摄像机相同的功能，可用于室外安防监控，同时还具有红外夜视功能，可为家居24小时保驾护航。
5）门窗传感器
时刻感知门窗的开关状态，发现异常立即报警。
6) 紧急按钮
当老人和孩子遇到紧急情况时，可以一键求助，保护家人的安全。
7) 红外幕探测器
它安装在窗户旁边，形成由红外线组成的安全屏障。 窗户由内向外打开时无报警； 如果有人从外面闯入，就会触发警报系统。
8) 气体传感器
实时检测家中气体浓度，当超过安全值时，会发出超大声音警报提醒用户。 它与机械手智能联动，发生气体泄漏时自动关闭阀门。
9) 烟雾传感器
实时检测空气中烟雾浓度，发出报警信号，避免火灾
10) 水浸传感器
实时感知水体，与电动阀门智能联动，漏水、溢水时自动关闭阀门。
3、智能照明系统
根据用户需求实现灯光开关、颜色和明暗的智能控制和个性化调节。
1) 语音控制
语音命令可打开和关闭灯光并唤醒场景。
2）手机远程控制
随时随地使用手机控制灯具的开关、颜色和亮度。
3) 预约时间
同时设置定时器，回家灯自动亮； 如果宝宝怕黑无法入睡，1小时后会自动关闭。
4）多组控制
回家、入睡或离家后，都可以一键控制家里多组灯具的开关。
5）智能联动
检查环境光强度，并联动智能开关，实现灯光的自动开关和亮度的调节。 与人体红外传感器联动，人在时灯亮，人不在时灯灭。
4、智能窗帘子系统
通过超级主机控制窗帘开关、窗帘电机、推窗器等硬件，实现智能联动、自动控制。
1) 语音控制
人机交互，控制窗帘系统，睡觉时只要说“关窗帘”，卧室窗帘就会自动关闭。
2）手机远程控制
手机控制窗帘的开合。
3）时序控制
早上，将窗帘和窗户设置为7:00自动打开，伴随着清晨的第一缕阳光迎接新的一天。
4）环境传感
当感应到外面刮风下雨时，窗帘会自动关闭，再也不怕下雨时忘记关窗了。
5、智能环境系统
时时监测家居环境变化，智能调节空气质量，改善家居生活环境。
1）光线传感器根据光线强度自动调节照明。
2）温湿度传感器与空调、加湿器联动，自动调节室内温湿度至舒适范围。
3）当PM2.5、甲醛值超标时，新风系统或空气净化器将自动启动，改善室内空气质量。
6、智能影音娱乐系统
足不出户打造私人视听娱乐场景，休闲之余尽享“肉欲”的品质生活。
1）背景音乐
手机语音控制、远程控制、定时开关等功能打造全屋音乐播放系统。
通过设置场景模式，可以与其他设备智能联动，定制私人娱乐环境。 早晨场景，播放轻快的音乐； 观影场景中，窗帘自动关闭，氛围灯打开，投影仪/电视打开； 烛光晚餐场景中，氛围灯带打开，窗帘拉上，背景音乐打开……
2）画框音箱：它既是一幅画，又是一台音箱，既是艺术品装饰品，又是高品质播放器。
7、能源管理体系
家庭生活中，空调、电视、热水器、照明系统被称为“电老虎”。 据统计，仅这四台电器一年就消耗近700千瓦时的待机电量。
通过智能插座、智能开关、智能水电表、电动阀门、燃气操纵器等设备实施水、电、气的智能化管理，打造家庭能源管理系统，降低能源消耗，提高资源利用率。
以上是7种最常见的智能家居系统。 每个子系统还可以细分为特定类型的设备，例如智能插座、智能空调、智能窗等。在装修过程中，可以根据家庭需求和预算来选择相关设备。 同时，还需要预留未来增加设备的计划，以减少未来的工程量。
基于物联网技术的智能家居已经成为一种趋势，它将不断改变我们现有的生活方式，让更多的人享受科技带来的便捷舒适的生活。