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基于物联网的智能家居远程控制设计与实现

发布时间:2018-08-15 15:16所属分类:理工论文浏览:1

摘要:随着物联网的不断发展和应用,GPRS/WiFi的普及和嵌入式系统的崛起,智能家居的应用会越来越广泛。文章设计的智能家居远程控制系统,在家可通过基于云服务器和Android应用软件操作系统的控制终端,对ZigBee组网内的温度等传感器终端,灯光照明、烟雾警

  摘要:随着物联网的不断发展和应用,GPRS/WiFi的普及和嵌入式系统的崛起,智能家居的应用会越来越广泛。文章设计的智能家居远程控制系统,在家可通过基于云服务器和Android应用软件操作系统的控制终端,对ZigBee组网内的温度等传感器终端,灯光照明、烟雾警报等执行器终端进行信息采集和控制,在外可通过GPRS/WiFi使用Android应用软件远程监控家居状况。该系统控制界面友好,工作稳定,并且有很好的扩展性。

  关键词:物联网,GPRS,ZigBee,Android,WiFi

  近年来,随着通信技术的快速发展及互联网的广泛应用,物联网逐渐成为全球关注的热点领域。与此同时,随着中国经济的高速发展,人们对生活品质、家居环境的要求越来越高,对家居智能化的需求越来越强烈。

  因此,将家庭中各种家电设备、家庭安保装置和个性化家居设备通过家居控制系统进行整合,并进行远程控制和管理,已经成为当今一个热门研究课题。智能家居控制系统的目标是通过网络等信息通信技术手段实现对家居电器等的智能控制,使其不论距离的远近,都能够按照人们的设定工作运行。本设计通过ZigBee、无线传感器网络、GPRS/WiFi通信技术相结合的方式,搭建了一套新型、低成本、方便完善的智能家居控制系统,面向智能家居行业,具有广阔的市场发展前景[1]。

  1系统总体设计

  本系统按照结构划分包含了温度、湿度、烟雾等传感器,系统的终端控制器和Android平台的手机客户端,其中各个传感器和终端控制器通过ZigBee组建物联网,作为智能家居控制系统的网络终端节点。而手机Android客户端通过GPRS/WiFi经由服务器与终端控制器进行通信,用户出门在外也可以随时随地通过互联网或者手机对智能家居进行控制。

  例如,当室内发生煤气等有害气体泄漏时,传感器检测到该气体并将检测数据传输到终端控制器,当终端控制器检测到气体泄漏等报警信号时,即会触发室内报警装置,并通过控制终端远程发送至手机Android客户端及时通知用户。同时,用户也可在手机Android客户端上进行家居状态数据的查询,如照明状态、温湿度等[2]。

  2系统硬件设计

  终端控制器是本系统的核心,是信息的收集和处理中心,也是命令的发布中心。其采用STM32F103C8T6处理器作为控制芯片。STM32F103C8T6基本电路包括STM32F103C8T6芯片、72MHz、160kBRAM内存、64kBFlash。外围电路还包括串口、ZigBee通信模块、WiFi通信模块(esp8266)和电源模块。而最主要的ZigBee通信模块,是负责温湿度检测终端、照明执行终端、安防警报终端等与终端控制器通信进行数据接收与控制,采用的是CC2530芯片。其中温湿度检测终端使用的是传感器DHT11,安防警报终端为烟雾传感器和蜂鸣器等[3]。

图2

  3远程通信软件设计

  本系统为实现远程监控,使用的是机智云平台的服务器,具有公网固定独立IP,作为手机客户端和终端控制器的通信桥梁。服务器最初处于监听状态,手机Android客户端和终端控制器都通过GPRS/WiFi与服务器连接,连接后进行身份认证,云服务器将手机Android客户端的发送指令,经WiFi接入的以太网传输给终端控制器,终端控制器将信息和家居环境的信息发反馈给服务器,由服务器处理后发送给手机客户端。其中终端控制器与各个检测和执行终端进行通信,是基于ZigBee的透明传输协议。

  然后手机Android客户端和终端控制器都设定好每个操作分别有自己特定的字符串发送到服务器,由服务器进行识别处理,再发送特定字符串到相应终端[4]。

  4Android应用软件设计

  移动客户端软件采用Androidstudio作为开发环境,并用Java作为开发语言;应用主要包括交互界面、功能交互模块和数据存储操作3个部分,系统利用Android应用软件实现智能家居的远程监控,为了良好的用户体验,只采用一个主Activity界面,其中Android手机客户端的软件流程为:主界面初始化、界面绘制后进入事件监听,与服务器建立socket连接后启动GPRS接受线程,并建立、注册广播,进入广播监听。例如当点击主界面的按钮时,按钮处理机制将指令通过广播发送给主界面,主界面收到广播后调用socket对象,发送指令给服务器,云服务器处理后将反馈状态信息发回手机客户端,GPRS接收线程将收到的信息通过广播再发送给子界面,至此完成一次事件处理。同时云服务器发送指令给终端控制器,进而通过ZigBee通信方式发送给各个执行终端[5-6]。

图3

  5结语

  本设计在此智能家居大潮流下,着重凸显了几个创新点。首先,Android智能手机的普及和其良好的扩展性和用户友好性,本系统通过GPRS/WiFi实现手持终端控制器与手机客户端的通信,通过Android应用软件实现真正的远程监控。其次,本设计提出了智能家居系统的整体结构,讨论了智能家居系统的设计与实现,采用ZigBee组网、GPRS/WiFi无线通信技术及嵌入式的网关服务器,实现了家居安防和家居远程控制。

  最后,在一个MCU下挂接多个检测或执行终端,将终端进行分级,从而达到便于管理和节约成本的目的。本系统依托的ZigBee组网对于多终端的系统有很好的适用性、可扩展性,并具有实现简单、性能稳定、成本低、适用范围广、安全可靠等优点,可以广泛应用于家庭住宅中,因此,本设计具备发展的空间和条件,具有广阔的市场前景。

  [参考文献]

  [1]崔菱.基于ARM和ZigBee的物联网智能家居系统的设计硬件设计[D].上海:东华大学,2013.

  [2]邬昆鹏.基于Android的智能家居系统终端软件设计研究[J].电脑知识与技术,2016(14):65-67.

  [3]杨利平.基于网络技术的远程智能家居系统[J].仪器仪表学报,2015(10):308-311.

  [4]宋小倩,周东升.基于Android平台的应用开发研究[J].软件导刊,2011(2):104-106.

  [5]黄智伟,王兵,朱卫华.STM32F32位微控制器应用设计与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2012.

  [6]张军,张洋,严汉宇.例说STM32[M].2版.北京:航空航天大学出版社,2014.

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