基于物联网的智能家居系统的设计与实现

杜强

摘要：本文首先介绍了在物联网时代下智能家居系统的发展与应用情况，介绍了智能家居系统的概念与要求，提出了一种以STC15F2K60S2芯片为处理核心的便捷化、自动化的解决方案，然后着重讲述了方案的设计理念、总体设计方案、各个模块的原理、系统的实现、上位机的功能等，最后对本方案进行了总结。

关键词：STC单片机 智能家居STC15F2K60S2 传感器 智能家居系统

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0175-02

21世纪是物联网的时代，在科技日新月异、生活水平大幅提高的今天，对于家居环境人们也提出了更高的要求！20世纪70年代美国就提出了智能家居的概念，发展到今天，家智能家居系统已颇为成熟。一般来说智能家居系统是利用网络技术、通信技术将家用电器、通信设备、安保装置等进行有机整合，并进行远程控制和管理的家居系统。智能家居正在日渐兴起，由于其便捷化、人性化、自动化、智能化的特点，受到越来越多的国人追捧。

1 设计方案

本系统设计采用STC15F2K60S2芯片为处理核心单片机作为控制核心，应用物联网技术将GSM模块、语音模块、温湿度传感器、土壤温湿度传感器、雨滴传感器、烟雾传感器、光线传感器、人体红外传感器、电机、按键、LED点阵屏、LCD12864液晶屏等功能模块有机融为一体，通过检测家居环境，并将检测到环境参数通过单片机控制以RS485通讯的方式传递给上位机，上位机根据检测到的环境参数作出相应反应，实现了室内外温湿度显示、制灯、窗、窗帘、浇水的自动控制、煤气、烟等有毒气体自动报警及防盗功能，提供了一个轻松、安全、舒适、快捷的家居环境解决方案。如图1所示。

2 系统的实现

2.1 GSM远程控制的实现

GSM模块是一个类似于手机的通讯模块，它可以发送短消息，通话等，GSM网络覆盖面非常广，并且不会受到距离的限制，成本也低，本系统中主要使用了消息通信功能。GSM模块通过使用AT指令进行控制，本系统用STC15F2K60S2单片机来对它进行控制，根据接收到的指令信息作出相应的指令动作。在本系统中GSM模块是最重要的通信模块，监控终端系统的通信大部分都是由GSM发送SMS短消息给下位单片机进行控制的模式来完成。如图2所示。

2.2 智能防盗报警模块的设计

智能防盗模块以人体红外线传感器、和震动传感器为核心，人体红外线传感器是依照热释电效应开发的一种传感器，这里不作详细介绍。当系统开机后，首先对串口进行初始化，人体红外传感器按设定的时间周期循环探测有无信号，采集到信号后，信号转换模块会将人体红外光谱转换了电信号，并把系统运行的参数通过编码成SMS短消息，并通过GSM网络将短消息传送给上位机。上位机按预设程序对信号进行判断是否为非正当操作，若系统依据预设判断为非法，则上位机发送报警指令给核心单片机控制声光报警模块进行报警。如图3所示。

2.3 温湿度控制功能的实现

此模块的主要功能是监控室内温湿度，系统由温湿度传感器、报警电路、显示电路、核心单片机组成。温湿度传感器作为系统的触角，实时地将室内的湿温度数据转换成数字信号后传输给STC15F2K60S2芯片，STC单片机对采集到的数据进行分析处理后通过报警电路将数据发送给报警系统进行处理。同时上位软件也会对数据进行分析，按预设的命令，根据温湿度信息自动的启动或关闭空调等电器设备，达到智能调节室内温湿度的效果。如图4所示。

2.4 烟雾控制模块

MQ5气体传感器采用二氧化锡（SnO2）作为气敏材料，相对其它气体材料，SnO2电导率低，反应灵敏。当传感器感应到监测点环境中存在如甲烷、一氧化碳、乙烯、氢气等可燃气体时，烟雾传感器根据电导率的变化反应出可燃气体浓度的变化。在固定的周期内，系统将取得的烟雾信号变成电信号，然后送出模拟信号，再给AD采集电路采集由单片机进行分析处理，判断是否超过预设报警值，系统是否启动报警。当烟雾浓度或温度超过报警设定值时，报警器会发出蜂鸣声，同时智能控制系统通过GSM通信方式，远程开启电动门窗和风扇，排出可燃气体，从而保障安全，避免火灾和爆炸事故的发生。如图5所示。

2.5 上位软件的制作

上位软件采用VC++语言开发，为用户提供了一个良好的人机对话界面，实现了对各个子系统的控制、管理、协调、通信、维护的作用，其最主要的功能核心是对各子系统中的下位单片机的通信控制。在本系统中主要包含安居安防模块、环境控制模块、家庭管理模块、远程控制系统和设备控制系统、家庭网络系统六个子系统组成。在室内网络与远程PC网络连通的情况下，用户可以通过对上位软件的操作，通过GSM远程控制家中各种电器设备。

3 结语

系统设计布线简单、功能灵活，扩展容易，成本较低，突破距离的限制，实现快速、实时地远程控制家用电器、室内外温湿检测、自动报警、烟雾监控等功能。在物联网技术快速发展，人民物质生活水平快速提高的今天，智能家居系统必将迎来新的发展机遇，各种功能也将越来越完善，为人们提供更加轻松、安全、有序、舒适、高效、智能的生活體验，必将成为未来家居模式的发展趋势。

参考文献

[1]南忠良，孙国新.基于ZigBee技术的智能家居系统设计[J].电子设计工程，2010（07）：117-119.

[2]徐瑞娜.基于无线传感器网络和CDMA的环境远程监测系统设计[D].西安电子科技大学，2010.

[3]SJ/T 11316-2005.家庭网络系统体系结构及参考模型[S].2005.