基于OneNET的智能家居控制系统设计

许增杰 石丽梅 谌鑫 刘炜杰 范洁润

摘  要：随着移动互联网的飞速发展，智能家居控制系统得到了越来越多的关注和广泛应用。设计一种基于OneNET云平台结合多种传感器的智能家居控制系统。系统可以将多种传感器采集到的数据发送到OneNET云端，然后通过HTTP协议在OneNET后台形成数据中心;通过移动终端可以连接到智能家居设备上实现家居控制系统。用户可以实时查询家居环境的温湿度值、光照强度值、PM2.5等信息，还可以实现对家中的门窗进行远程开关控制。

关键词：智能家居;OneNET;HTTP协议;传感器

中图分类号：TP212      文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）03-0158-04

Design of Smart Home Control System Based on OneNET

XU Zengjie， SHI Limei， CHEN Xin， LIU Weijie， FAN Jierun

（Guangdong Ocean University， Zhanjiang  524088， China）

Abstract： With the rapid development of mobile Internet， smart home control system has been paid more and more attention and widely used. In this paper， a smart home control system based on OneNET cloud platform and multiple sensors is designed. The system can send data collected by multiple sensors to the OneNET cloud end， and then form a data center in the OneNET background through HTTP protocol; you can connect to the smart home equipment with the help of the mobile terminal to operate on the home control system. Users can query the temperature and humidity value， light intensity value， PM2.5 and other information of the home environment in real time， and can also realize the remote switching control of doors and windows in the home.

Keywords： smart home; OneNET; HTTP protocol; sensor

0  引  言

物聯网从产生到使用经历了漫长的成长过程。早在1995年比尔·盖茨（Bill Gates）在《未来之路》中就提出过“物联网”的概念，然而在2005年ITU发布《ITU互联网报告2005物联网》之后，它才逐渐被人所熟知并得到快速发展[1]。物联网是信息科技产业第三次革命的产物，是互联网的延伸[2]。物联网对人们的生活产生了巨大的影响，尤其在家居行业的应用引发了智能家居行业的热潮。智能家居是以住宅为平台，利用技术将各类智能产品联合，构建全方位的智能管理系统[3]。

如今市面上智能家居控制系统大多是以物联网、深度学习和Web为主要技术，搭载微信小程序所形成的控制系统。随着OneNET云平台技术的推广应用，越来越多的产品采用该平台进行相关应用设计。这里采用基于OneNET云平台以及传感器技术设计了一套智能家居控制系统。它可以通过云平台实现对温度传递器、湿度传感器、PM2.5传感器、光照强度传感器等进行控制，实现相关传感器参数的查询、门窗的远程控制等实现人们对家居智能化的需求。

1  系统总体设计

基于OneNET的智能家居控制系统是把嵌入式技术结合物联网以及Web作为主要技术，通过OneNET物联网平台自带的系统界面所形成的一款控制系统。此系统所包含的指纹识别、语音控制系统、温湿度检测、PM2.5监测、光照检测以及气体检测等功能均基于STM32系统下，进行自主控制实现。系统会根据传感器采集的数据，对温湿度、亮度以及门窗进行相应的自主控制，从而追求更好的人性化服务。此外，系统还会把采集到的信息发送到OneNET云端，通过HTTP协议将OneNET中的后台数据进行采集和存储，实现智能家居的远程监测。如图1所示。

2  系统的硬件设计

2.1  OneNET开发版

OneNET开发板是中移物联网自主研发的开发板，如图2所示。采用MCU+Wi-Fi的结构，配置了应用广泛的STM32F103单片机，并搭载温湿度传感器以及EEPROM。其已经将所有IO接口都引出，完美支持各种产品需求，实现了操作简便，只需短短30分钟就能搭建自己的智能硬件。此外，该开发板的标准版还自带ESP8266-01Wi-Fi模块与M6312-GPRS通信模块;本系统采用的就是OneNET标准板作为核心处理器，利用语音识别模块进行控制LED模块、继电器出发模块、按键模块以及温湿度传感器等智能家居所需的模块。

2.2  温湿度传感器

温湿度传感器模块主要负责温湿度数据采集功能。由于DHT11数字温湿度传感器具有成本低、相对湿度和温度测量快、抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好等优点，这里选择它作为系统的温湿度传感器模块，它是已校准数字信号输出的温湿度复合传感器模块。在系统上电后需要等待1 s的时间，用来越过传感器不稳定的状态，在此期间无须发送任何指令[4]。如图3所示。

2.3  空气质量检测模块

空气质量检测模块是采用MQ-7一氧化碳传感器模块组成，对室内的空气质量进行检测并将数据传输到主控芯片，如图4所示。其采用在空气中导电率比较低的二氧化锡（SnO2）作为气敏材料，利用高低温循环检测方式（1.5 V加热）来检测一氧化碳，因此在传感器通电后需要预热20 s左右，测量的数据才稳定。

2.4  光敏传感器和雨滴模块

光敏传感器是由光敏电阻受光的影响改变输出信号而制作的一款灵敏传感器。工作电压在3.3 V～3.5 V。通过比较器输出后，其具有信号干净、波形好、驱动能力强的特点。输出形式DO数字开关量（0和1）和AO模拟电压输出。

雨滴传感器是一种需要用于各种水汽天气状况的监测模块，可以检测是否在下雨以及雨量情况。它是一个模拟输入模块（雨水），然后转换成数字信号和模拟量AO电压输出。这里采用高品质FR-04双面材料，由于其表面用镀镍处理后具有寿命长、抗氧化能力强以及导电性能好而得到广泛应用。

3  系统的软件设计

3.1  系统总体运行程序设计

系统测试是通过串口发送AT指令来对ESP8266-Wi-Fi模块进行相关操作。在系统上电之后，主控MCU和各项模块进行初始化操作，ESP8266-Wi-Fi模块会连接到相对应的网络，通过Wi-Fi与OneNET云平台进行TCP连接，再通过EDP协议将本地数据上传，如传感器采集的数据、状态数据等上传到OneNET云平台存储并展示。同时，在OneNET云平台上也可以对下面主控MCU下发指令数据，用于控制硬件设备、更改设备状态等。如图5所示。

3.2  环境参数采集与上传程序设计

以下为程序主要代码：

（1）使用ESP8266模块连接Wi-Fi，将数据发送到OneNET平台：

UsartPrintf（USART_DEBUG， “1. AT＼r＼n”）;

while（ESP8266_SendCmd（“AT＼r＼n”， “OK”））

DelayXms（500）;

UsartPrintf（USART_DEBUG， “2. CWMODE＼r＼n”）;

while（ESP8266_SendCmd（“AT+CWMODE=1＼r＼n”， "OK"））   //STA模式

DelayXms（500）;

UsartPrintf（USART_DEBUG， “3. AT+CWDHCP＼r＼n”）;

while（ESP8266_SendCmd（“AT+CWDHCP=1，1＼r＼n”， “OK”））

DelayXms（500）;

UsartPrintf（USART_DEBUG， “4. CWJAP＼r＼n”）;

while（ESP8266_SendCmd（ESP8266_WIFI_INFO， “GOT IP”））

DelayXms（500）;

UsartPrintf（USART_DEBUG， “5. CIPSTART＼r＼n”）;

while（ESP8266_SendCmd（ESP8266_ONENET_INFO， “CONNECT”））

DelayXms（500）;

UsartPrintf（USART_DEBUG， “6. ESP8266 Init OK＼r＼n”）;

（2）使用SHT30等傳感器模块采集数据：

void SHT_Init（void）   //sht30模块初始化

{

DelayXms（250）;

//0x2130  表示周期模式 周期1ms

IIC_Start（）;

IIC_Send_Byte（0x88）;

IIC_Wait_Ack（）;

IIC_Send_Byte（0x21）;

IIC_Wait_Ack（）;

IIC_Send_Byte（0x30）;

IIC_Wait_Ack（）;

IIC_Stop（）;

DelayXms（150）;

}

t=sht30_data_process（）;///sht30模块采集温湿度

（3）通过OneNet_SendData（）函数实现数据上传的功能：

if（++timeCount >= 20）

{

UsartPrintf（USART_DEBUG， "OneNet_SendData＼r＼n"）;//串口信息提示

OneNet_SendData（）;//发送数据

timeCount = 0;

ESP8266_Clear（）;//清空缓存

（4）通过OneNet_RevPro（dataPtr）函数实现对下发数据的解析功能

dataPtr = ESP8266_GetIPD（0）;//接收下发的数据

if（dataPtr ！= NULL）

OneNet_RevPro（dataPtr）;

数据上传/下发流程图如图6所示。

3.3  用户终端界面的实现

用户可以通过手机移动终端应用程序界面实现对智能家居系统环境参数的实时查询和门窗远程控制等操作。一般情况下，用户终端应用程序界面设计是一个比较复杂且耗时的事情，但OneNET云平台为开发人员提供了一个易于操作的开发工具，开发人员可以快速地搭建自己的用户终端应用程序界面。界面设计时，开发人员只需在OneNET云平台应用开发端上面选择合适的控件进行组合，然后再设置好参数属性就可以完成用户终端应用程序界面设计。

开发人员可以利用OneNET云平台提供的应用开发工具来完成智能家居控制系统的微信小程序用户终端界面设计。在用户终端界面上实现对智能家居环境参数的实时查询与常用家电的远程控制[5]，如图7所示。

4  智能家居系统实验验证

测试人员在将硬件电路搭建完成后就可以进行系统实验验证环节。测试人员将控制程序烧录进去之后就可以进行系统上电，然后登录OneNET云平台开发者中心平台，如果设备列表中的设备状态显示为在线状态，说明该设备已经成功连接到OneNET云平台上面，测试人员就可以开始进行功能测试，首先就是通过OneNET云平台应用管理手机移动端中对应的微信小程序界面，实时观测智能家居系统的环境参数，如温湿度、PM2.5数值、光照强度值等;然后尝试通过相应的操作远程控制门窗的开启与关闭功能。实验验证采集到的数据数值显示如图8所示。系统实验验证结果表明智能家居系统功能正常、系统运行稳定、响应速度快，可以满足用户对智能家居系统的要求。

5  结  论

本文这里设计了一种OneNET云平台结合多种传感器的智能家居控制系统，采用了OneNET开发板，将智能家居控制系统的底层硬件接入到OneNET云平台，通过用户移动终端实现对智能家居温湿度参数、PM2.5数值、光照强度等环境参数的实时查询，同时还能通过远程控制实现门窗的开启和关闭。本系统具有覆盖面广泛、功率的损耗低、需要的成本低、开发周期短的优势，在国内的智能家居领域有一定的应用前景。

参考文献：

[1] 谭嫄嫄，耿道双.生活形态下的智能家居产品设计研究 [J].包装工程，2016，37（22）：108-113.

[2] 陈李云.物联网背景下智能财务发展探究 [J].合作经济与科技，2020，（23）：150-151.

[3] 郭宇.人工智能与家居设计 [J].包装工程，2017，38（16）：12-15.

[4] 刘雯，郑心雨，高宇晖，等.基于nRF51-DK的智能心率手环设计 [J].物联网技术，2019，9（1）：75-77.

[5] 袁兴，邓成中，谭天，等.基于M5310A与OneNET云平台的智能家居控制系统 [J].物联网技术，2021，（4）：74-77.

作者简介：许增杰（1998—），男，汉族，广东茂名人，助理工程師，学士，研究方向：物联网开发与应用;通信作者：石丽梅（1986—），女，汉族，吉林省四平人，讲师，硕士，研究方向：移动通信与数据存储;谌鑫（2000—），女，汉族，江西宜春人，本科在读，研究方向：物联网开发与应用;刘炜杰（2000—），男，汉族，广东江门人，本科在读，研究方向：软件设计;范洁润（2003—），女，汉族，广东汕头人，本科在读，研究方向：软件设计。