基于微信控制的智能家居系统研究与设计

2023-02-14

随着人们生活水平的不断提高, 人们对于家居生活环境的要求也不断提高, 安全和方便舒适成为越来越重要的需要。目前, 较为成熟的智能家居控制方案有两种, 一种是采用本地服务器的方式, 如control4的智能家居产品, 这种方式的系统, 数据的存储和处理功能都集中在本地的控制器上;另一种是基于云服务器的方式, 如南京物连传感的产品, 这种方式的系统, 数据的存储和处理功能放在云服务器上。这两种方式都需要设计用户端控制程序, 而且成本费用都很高。本项目提出了一种基于微信、无线传感网络、开放云平台、Wifi和internet网络的智能家居系统, 可实现对室内的环境温度、湿度、光照强度等信息的实时监测、对室内非法入侵及时报警、对家用电器开关进行控制。

1 系统整体结构设计

本系统主要由传感设备、控制设备、网关、路由器、云服务器和手机用户端组成, 系统结构图如图1所示。

智能家居系统的结构按照物联网的三层结构进行设计。

1.1 感知层

包括传感设备和控制设备。传感设备的主要作用是对家居环境数据进行实时采集与上传。传感设备采集的数据主要是温度、湿度、光亮度、烟雾浓度、可燃气体浓度等。控制设备的主要作用是对家用设备的控制, 包括对电视机、灯光、空调、门禁等的控制。网关是整个感知层的核心。网关的主要功能有:1) Zigbee网络的组建。2) 连接路由器, 网关通过WIFI连接路由器, 路由器通过Internet外部设备进行通信;3) 数据的处理和存储, 传感设备和控制设备的临时数据存储在网关里, 同时网关负责执行远端发送过来的控制指令。

1.2 网络层

网络层是数据传输的通道, 主要由路由器、WIFI、Internet和移动网络组成。其中, 路由器既和Internet与云计算服务器相连, 又通过WIFI和网关相连。手机或其他控制终端既可以通过WIFI与路由器相连, 也可以通过4G等移动网络与微信公众平台相连。

1.3 应用服务层

应用服务层在整个系统中处于顶层, 云计算服务器是数据存储计算的中心, 也是远程控制命令的中继。手机的微信用户通过关注公众号, 连接微信公众平台, 用户发送的控制命令经过微信后台转发到云计算服务器, 云服务器再转发到网关, 网关发送控制命令, 设备改变状态;设备的数据先传到云计算服务器, 然后经过微信服务器转发到微信客户端, 在客户端显示出数据。

2 系统硬件设计

系统的硬件设计主要包括传感设备的设计、控制设备设计和网关设计。传感设备和控制设备都采用模块化的设计方案。设备相同的部分做成基础控制模块, 通过添加不同的模块, 实现不同的功能。

2.1 基础控制模块

基础单元主要由CC2530 微处理器单元、LED显示电路、电源电路、GPIO接口和天线阻抗匹配电路构成。CC2530 微处理器单元由CC2530 及其外围电路组成。CC2530 内部集成了适应2.4 -GHz IEEE802.15.4 的RF收发器, 并且结合了德州仪器的业界领先的黄金单元Zig Bee协议栈, 提供了一个强大和完整的Zig Bee解决方案。只需极少的外部元器件, 就可实现多点对多点的无线传感网络。

3.2 传感器模块

传感器模块负责实现家居环境数据的感知与采集。传感器模块采集到的数据传送给基础模块。传感器模块包括温湿度传感模块、烟雾传感模块、光照传感模块、红外传感模块以及可燃气体传感模块等。

2.3 网关设计

网关的电路框图如图2 所示。在本系统中采用了易法半导体的STM32F105 作为主控制器。同时网关内还接入了Zigbee协调器和WIFI单元。网关的框图如图2 所示。

结束语

本文提出了一种利用微信控制的智能家居的物联网系统, 介绍了该智能家居系统的结构、功能和组成, 并详细介绍了系统硬件的设计方案。采用Zigbee、WIFI、Internet和移动通信技术, 构建了三层结构的智能家居系统。测试结果表明该方法具有成本低、功耗低、操作简便等的优点。该方案为智能家居系统的研究提供了一种新的研究方向。

摘要：提出了一种利用微信控制智能家居的物联网系统, 传感层采用了Zigbee技术、传输层使用WIFI技术、Internet和移动通信技术, 应用层利用云平台和微信。实现了家居环境温度、湿度、光照强度, 非法入侵报警的实时监控、家电的开关和红外控制等功能。系统既有良好的再塑造可扩展性, 又具有低成本、低功耗的特点。

关键词：智能家居,Zigbee,微信