基于微信控制的智能家居系统研究与设计

□聂佰玲　刘亚　李宇　林雅惠　杜新峰

（南京信息职业技术学院江苏南京210023）

基于微信控制的智能家居系统研究与设计

□聂佰玲刘亚李宇林雅惠杜新峰

（南京信息职业技术学院江苏南京210023）

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。

智能家居；Zigbee；微信

本文DOI：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.02.64

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。

图1　系统结构图

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 IEEE 802.15.4的RF收发器，并且结合了德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈，提供了一个强大和完整的ZigBee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。

图2　网关框图

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。

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1004-7026（2016）02-0097-02中国图书分类号：TP273.5

A

项目支持：2015江苏省大学生实践创新项目支持。