基于单片机WIFI的微信云端智能家居控制系统设计

西北民族大学 江宪长 马惠兰 黄冬林 曾薇霖 梁 超 杨爱春

基于单片机WIFI的微信云端智能家居控制系统设计

西北民族大学 江宪长 马惠兰 黄冬林 曾薇霖 梁 超 杨爱春

本设计基于Arduino控制板，结合传感器模块和数据处理模块，实现了对家居的智能控制，让生活更加舒适，安全。智能家居控制系统可以准确的对居住环境温湿度和危险气体泄露等安全问题做出及时判断和自动报警。用户可以通过APP软件对温湿度进行调节，热水器预热，通过红外人体感应进行防盗监测，从而实现对家用电器的远程操控。

Arduino；传感器；ESP8266

智能家居的概念在很早之前就被提出了，但一直没有系统性的研究和使用，随着社会的不断发展，人们高水平生活的需求使智能家居这一说法再次成为焦点。家庭的智能化、安全化、舒适化是人们追求的一种理想生活,那么作为家居智能化核心部分的智能家居控制系统显得愈发重要，所以智能家居控制系统的开发和普及是未来社会发展的必然趋势。我们选择研究发展该项目，是为了解决以往智能家居控制的复杂性问题，在现有的基础上结合无线控制对产品进行进一步升级。

1 系统的总体设计

设计的总体结构框图如图1所示，我们设计的方案中主要是利用Arduino控制板、WIFI通信、微信平台、传感器，并结合微信软件快捷方便的特点解决了大面积占用手机内存，操作复杂的问题，利用各种类型的传感器实现数据的采集，经单片机处理后，通过网络通信将数据上传到服务器，从而直接反馈到用户的手机微信客户端。使用者可通过语音或菜单的控制方式操控自家电器，实现家用电器的智能化。

图1 系统设计结构图

2 系统的组成

2.1 Arduino控制器

Arduino是一款便捷灵活的开源电子原型平台，它不仅仅是最流行的开源硬件，更是硬件开发的趋势。该控制器包括用来做电路连接的Arduino电路板硬件部分和用来编写程序代码的Arduino IDE软件部分。Arduino可以通过连接各种各样的传感器来采集数据，通过控制装置进行反馈、影响环境。除了自用的Arduino编程语言和开发环境外，也可以结合PC上的运行软件实现通信。

该设计的主控制器采用Arduino mage 2560电路板，该型号电路板采用USB接口，具有多达54路的数字输入和输出端口,16路模拟输入，4路UART接口，一个16MHz的晶体振荡器。

图2 数据上传函数流程

如图2函数流程所示，当Arduino控制板获得了传感器感应的数据后，通过WiFi模块将数据上传到服务器进行相关处理，接下来将分析后的数据信息反映到用户手机APP上，进行功能选择。

此外，Arduino mage 2560还提供了自动复位设计,可以通过主机复位，这样可以实现该软件下运行程序到Mage 2560中可以自动复位，而不需要复位按钮。

2.2 ESP8266WiFi模块

ESP8266是一个完整且自成体系的WIFI网络解决方案，专门为移动设备和物联网应用设计的，可以将用户的物理设备连接到无线网络上，进行互联网或者局域网通信，实现联网的功能。该模块可广泛应用于智能电网、智能交通、智能家居、手持设备、工业控制等领域。ESP8266模块可以根据不同的需求设定为不同的运作模式，其中AP模式可以将ESP8266模块作为热点，实现手机、电脑与模块的直接通信，继而实现局域网无线控制。减少了影响智能家居控制的不利因素，真正地体现该设计应用于实际的便捷性。

2.3 传感器模块

2．3．1 空气质量传感器

为了更好的检测室内气体的成分，我们选择更加灵敏的MQ-2可燃性气体传感器对一些危害性气体进行监测控制。当传感器感受到环境中存有危险气体时，其电导率会随着气体的浓度增大而增大，从而将气体浓度信号转化为输出模拟信号。而且，MQ-2型烟雾传感器具有很高的灵敏度，会在危险发生的短时间内完成报警工作，具有广泛的探测范围，工作稳定性强，驱动电路简单，很适合用于设计家庭智能控制系统。

2．3．2 热释红外传感器

实现智能家居控制的基础部分就是将所有的物理开关用语音控制、体势感应等方式代替，减少人为行动在物质发生过程中产生的干扰。红外传感器具有灵敏度高，可靠性强，超低压的工作模式，全自动感应、光敏控制、微功耗等特点使红外传感器广泛的应用于各种安防产品设计、工业自动控制系统中。

本设计中采用热释红外传感器进行防盗警报，当监测状态打开，一旦有人体靠近传感器便可感应到人体散发的热量，报警系统会发出警报，用户可进行远程的及时处理。

2．3．3 湿度传感器

在生活的环境中，湿度是最难控制和调节的一个参数，很容易受到外界因素的影响。基于智能家居控制这个目的，我们想要提供更加完美的生活环境和方式，而HS1100湿度传感器可以帮助我们更快地实现这个目的。

HS1100传感器是基于电容原理的一种新型的湿度传感器，相对湿度的变化和电容数值呈线性规律,电容值会随着空气湿度的变化而变化，传感器内部会将电容值转化为电压值，从而有效的收集处理信息，经过网络通信将信息反映到用户手机中，让用户及时的选择合适的方法维持最舒适的生活环境。

2．3．4 雨滴传感器

雨滴传感器一般用于检测是否下雨及雨量大小。在智能控制家居中，我们选择将雨滴传感器与窗户结合形成智能窗户。人们经常碰到这种情况：天空突然下雨，因来不及关掉窗户，导致地板被雨水浸泡。若是将雨滴传感器与窗户结合，当雨滴传感器检测出雨滴，雨滴的冲击力会转换成电压，该电压会驱动发射电路，从而推动窗户中安装的小型电机滑轮，实现自动关窗开窗的目的，提供智能化的便利。

2．3．5 水位传感器

一天的工作结束后，人们喜欢泡热水澡来放松自己。为了全方面的实现智能化家居系统，我们可以将水位传感器与洗浴池相结合。人们可以通过控制水龙头进行放水，当洗浴池中的水位到达警戒高度时，会压迫水位传感器，传感器会收集信号，发出警报，将信息传递到用户控制端，以便提醒用户及时控制水龙头。即完成了放水工作，又保证没有溢出。

2.4 GSM模块

目前，市面上已经有多种型号的GSM模块，但它们的性能和用法差别并不大。GSM模块因其简介的封装常常被作为很多应用系统中高速传播数据的介质，同时，它可以实现语音通话，短信收发，基站定点的功能。当GSM模块中插入SIM卡后，物理设备和系统之间便能通过中文信息进行交流，系统将监测情况反映给用户，用户可以发送相关指令控制系统。该设计中，用户通过语音控制系统，就是基于该模块运行的。

3 系统的软件设计

一个系统的软件设计部分主要是在硬件完成的基础上编译相应的代码解决传感器模块、控制模块、信息处理之间的通信问题，所有的环境因素通过不同的传感器将相应的数据反馈到Arduino控制板中，通过网络通信和无线控制，实现家电设备和室内环境的自动运行和调节，GSM语音控制还能够体现智能系统的实效性。通过软件和硬件的结合，实现一个完整的智能控制系统。

4 总结

图3 设计实物图

文章中所叙述的基于单片机WIFI的微信云端智能家居控制系统的设计，以Arduino控制板为核心，采用湿温感应模块、烟雾感应模块、红外感应模块和无线模块等实现数据的采集和传输处理，能够自动的检测和控制家居环境状况。在此基础上，我们将控制端集合到一个统一的平台，解决了系统复杂，难以操作的缺点，并通过建立通用家用电器数据库及自动家电识别功能解决了智能控制通用性差的问题。经过多次测试，我们不断完善设计程序，使系统的运行愈发稳定，进一步推动了智能化在家居控制设计方面的发展。

健康、便捷的生活方式越来越受到人们的关注，远程操控让忙碌的人们有时间设定一个舒适的家庭环境，对提高生活质量有着格外重要的意义。由此可见，智能化发展前景广阔，争取在现有的科研基础上早日完成大规模的智能化家居控制。

[1]李志宇．物联网技术研究进展[J]．计算机测量与控制,2012(6)．

[2]郭占龙．基于单片机的智能家居控制系统的设计[J]．微计算机信息,2007(5)．

[3]崔阳,张维华,白云峰．一种基于Arduino的智能家居控制系统[J]．电子技术应用,2014(4)．

[4]韦波．智能家居相关技术及比较[J]．中国公共安全,2007．

[5]马学文,刘强．基于GSM家庭防盗报警系统的设计[D]．东北大学,2009．

[6]王为学,谷刚．基于Android和WiFi的智能点菜终端设计与实现[J]．电脑开发与应用,2011(12)．

The design is based on the Arduino control board，combined with the sensor module and data processing module，to achieve the intelligent control of the home，so that life is more comfortable and safe.Intelligent home control system can accurately address the living environment temperature and humidity，dangerous gas leaks and other security issues to make timely judgments and automatic alarm.The user can through the APP software in order to adjust the temperature and humidity and water heater preheat，through the infrared body sensor for anti-theft monitoring，thus to achieve remote control of household appliances.

Arduino；Sensor；ESP8266

江宪长（1993—），男，广西人，大学本科，现就读于西北民族大学电气工程及其自动化专业。

西北民族大学中央高校基本科研业务费资金资助项目（项目编号：Y17100）。

指导教师：马惠兰，女，西北民族大学副教授。