基于物联网的智能家居系统设计

2022-04-20 07:06严炜权朱俊豪
科教创新与实践 2022年3期
关键词:无线通信智能家居传感器

严炜权 朱俊豪

摘要:随着社会经济的飞速发展,物联网技术的广泛应用,智能家居行业也逐步发展。人们的生活行为方式越来越向网络化、数字化、智能化逐步前进,智能家居对于改善人们的生活水平起着至关重要。本文主要采用STM32微型单片机为处理中枢核心,结合ZigBee无线通信技术、WiFi通信组网技术以及传感器的应用技术等来实现家居环境的智能联网。分析并选取合适的平台、传感器和无线组网方式,设计了一款低成本、低功耗的智能家居系统。

关键词:智能家居;STM32;传感器;无线通信

1智能家居系统国内外发展情况

国外较我国很早便开始了相关的研究。以IBM、SUMSUNG等国际民企为代表的公司积极投入,为智能家居的理论和实际应用做出来突出的贡献。

由于我国智能家居行业起步较晚,相关控制系统等技术相对不够完善。但随着一些知名大企业如华为、腾讯、小米等的涉足,并投入大量的资金对智能家居的尖端技术进行研究,推进了相关技术的发展。

2主要研究内容与意义

当今世界,随着5G技术愈发成熟,物联网和人工智能技术得到飞速发展,国内智能家居相关产业在宏观经济环境的助推下获得了更多的发展可能性。智能家居技术的发展可以促进家庭从传统到智能互联网的过渡,可以方便地监视和控制家居活动,为居住者提供更好的舒适度。通过引入自动化的设备控制和辅助服务,可以减少能耗,为人们提供更好的生活质量。

本文设计一种低成本、易操作的智能家居控制系统总体框架,实现云服务平台与智能硬件的高效结合。用户可以随时随地了解室内环境并实现远程控制,确保整个智能家居系统功能齐全、运行正常、性能可靠。以STM32单片机为微处理器,结合ZigBee、蓝牙和WiFi网络技术,设计了一款低成本、易于操作的智能家居网关,方便用户随时随地了解室内环境,实现远程控制功能。

3智能家居系统的设计与功能实现

智能家居体系核心是STM32单片机中央控制器,通过安装的各传感器检测居室内的温湿度、烟雾浓度等人体敏感的环境参数,并将检测到的数据汇总采用通过无线WIFI以及ZigBee等通信模式实现,确保数据能真实、准确、及时地传递到控制中心。通过数据分析处理,完成相关功能设置,以便可以安全、可靠地实现智能联网预警和报警、一键控制设备开关等技术功能,实现用户与家居的智能互联,总体框图如图1所示:

3.1传感器模块设计方案

传感器即转换被测量为可用电信号的装置或者是器件,计算机处理的数据当前基本上属于数字信号,但是家居环境中,其参量多属于模拟信号。应将转换模拟信号转换为数字信号,利用感器技术使得计算机可以深入处理信号。在系统中,应该对于家居生活环境中参量实时掌握,以针对性策略加强控制,同时设置不同的传感器,对于温度、湿度、煤气泄漏等家居环境信息进行有效的采集,通过传感器,把各种信息向着可用电信号进行转化,进而有效调控家居设备。

在智能家居当中,包括了温湿度传感器、光照传感器、气体检测传感器、红外探测传感器等,所以可以对家居环境各种参数做到立体化、全方位检测。

3.2温湿度检测模块

温湿度模块是对家居运作状态进行评价的关键指标,显示家居系统内的实际温度、湿度进行,同时,传感器节点连接灯光的开关状态控制体系,在感知控制层内进行开、关灯光。加入层中有智能网关,互相地通信于灯光传感器节点,传输服务器指令。即用户可以进行温湿度名称、初始的数值合理设置,随时修改相应数值,及时了解温湿度运作状态。

3.3光学检测模块

光学感知模块主要针对可见光与红外线,主要分为人体红外线感知以及室内环境的光照度实时传感。通过合理地布置安装传感器,能实时检测环境的光照强度以及室内人员进出情况,且通过传感得到的信息实时分析并提供互动服务。

3.4气体检测模块

一般来说,如若发生火灾,就会有烟雾产生,或者家里的燃气泄漏产生易燃易爆的气体。因此气体探测模块的既能检测到烟雾又能检测到可燃气体的传感器,这样就能有效的预防火灾的发生。

3.5继电器控制系统

继电器是一种电控制器件,与开关功能类似,它是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。智能家居系统中采用继电器来实现控制功能。继电控制系统不需要向上发送信息,只需要接收来自单片机的指令。继电控制系统接收两类信息,一个是由单片机发出的指令,用于自动控制场合;一类是用户通过终端向单片机发出的指令,用于对各种硬件的远程实时控制。

3.6信号的采集与转换

智能家居系统涉及种类繁多的传感器,当这些传感器在输出数据过程中,在 STM32 的 A/D 数据采集转换器内进行了信号采集。芯片在做A/D功能时,根据那传感器输出得到的模拟信号,会经过4个步骤将其转换成数字信号,分别是:采样、保持、量化与编码。

3.7系统整合与数据交互

智能家居系统总节点的数据处理以及传输节点是系统的处理中枢。该节点主要由STM32单片机、ZigBee通信模块和WiFi无线通信模块构成。对家居室内环境监测过程中,在室内分区域,合理布置各类传无线传感器网络节点,空气温度、湿度、烟雾含量等信息被采集,被采集的数据信息通过ZigBee 网络传输到汇聚节点。多个传感器组成的感知网络,信息提供给STM32单片机来处理,并且通过WiFi无线通信模塊发送至总服务器,再经由移动信号发送至用户的手机端,由此可以与云平台、远程服务器等实现数据共享。

总结与展望

本系统选择STM32微型单片机作为整个系统的控制核心,ZigBee无线数据通信传输技术与WiFi无线通信技术共同组网的家庭网络实现方式,以及一系列的配件构成。

随着5G时代的加速到来,“连接”的趋势方兴未艾,智能家居处在一个蓬勃发展阶段。设置智能家居系统,运用智能感知技术将物品按照一定的协议连接起来,实现智能控制和管理。能够促进家庭管理智能性、自动性,对家庭中很多设施运作状态展开全面的管控,是社会进步的重要体现。

参考文献:

[1]物联网技术与应用第二版 吴功宜,吴英 机械工业出版社

[2]物联网技术与微控制器在智能家居控制系统设计 曹士明,宋吉峰 电子技术与软件工程 2021-02-15 期刊

[3]智能家居控制系统的设计与实现 张程 电子科技大学 2020-09-01 硕士

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