基于Yeelink的智能家居系统设计*

余红珍 李雪燕

(1.武汉外语外事职业学院 武汉 430083)(2.武汉科技大学城市学院 武汉 430083)

基于Yeelink的智能家居系统设计*

余红珍1,2李雪燕2

(1.武汉外语外事职业学院 武汉 430083)(2.武汉科技大学城市学院 武汉 430083)

系统利用ATmega328P单片机硬件平台,采集家居环境温度等数据信号,通过网络扩展模块W5500传送至Yeelink物联网平台,设计基于Android系统的APP,以智能手机为操作终端,实现家居环境参数的远程访问。系统具有操作方便、 成本低廉、扩展性好、实用性强等优点。

智能家居; 监测; 单片机; 物联网

1 引言

智能家居是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性,并实现环保节能的居住环境[1]。

传统智能家居基于PC技术,其稳定性、可扩展性受到限制。智能家居通过无线网络将各种家电设备互联起来,实现远程信息交互,采集家庭设备的信息,使得用户可以通过手机或网络等方式了解家庭内部状况,实现监视和控制,给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全的服务[2]。项目成果可惠及千家万户,有广泛的应用前景。对其它的类似系统具有普遍的研究意义和参考价值[2～3]。

Yeelink平台是目前国内第一家对公众开放的物联网公共服务平台,主要提供传感器数据的接入、存储和展现服务,为所有的开源软硬件爱好者、制造型企业,提供一个物联网项目的平台。使得硬件和制造业者能够在不关心服务器实现细节和运维的情况下,拥有交付物联网化的电子产品的能力。目标是服务中国的物联网爱好者,使得中小型的企业和电子爱好者们能够非常简单地使用物联网平台。

Yeelink平台的最大特点在于不仅仅能够提供数据的上行功能,还能够实现对家庭电器的控制功能,可以把采集到的数据提交到Yeelink,同时Yeelink会以一定的形式展现出来。平台的设计目的,就是要成为物联网世界的开放服务提供商,完成对传感器数据的接入管理、数据存储以及将数据随时显示给客户。

数据接入以后,在解决数据的存储方面,Yeelink使用了Hadoop这个分布式处理框架有针对性地搭建了一个高并发、海量存储、高可扩展性的云存储服务中心,针对传感器数据在时间上具有连续性,数据插入时速度相对恒定,数据需要快速取回等特点,Yeelink做了大量的优化工作,使得系统能够非常稳定健壮地提供数据存储的优质服务。

通过运用Yeelink物联网云服务平台,设计出一种基于物联网云服务的智能家居系统,实时采集家居温度数据,然后提交Yeelink物联网云服务平台,这样,无论人在何方,只要能接入互联网,就可以实时地在线监测温度[4～5]。

2 系统组成

本系统由微控制器、网络传输模块、Yeelink云服务器等部分组成。系统主要系统主要完成传感器数据的采集,存储和数据的加工和处理几项工作,实现的温度数据的采集、分析、显示和上传。系统通过用DS18B20传感器获取数据,再经过网络扩展模块,上传至Yeelink物联网平台。使用智能手机为操作终端,通过移动网络与物联网云服务平台实时互连,能远程实时查看实时温度,实现对温度的远程监测和处理[6]。

图1 系统结构图

3 系统硬件设计

3.1 ATmega328P单片机

ATmega328P单片机是一款高性能、低功耗的AVR(R)8位微控制器,采用先进的RISC结构,有131条指令,绝大多数为单时钟周期执行,有32个8位通用工作寄存器,全静态工作,且高达20MIPS的吞吐量,可选Boot代码区具有独立锁定位,在系统编程通过片上引导程序,真正地同时读、写操作,锁编程软件安全[7]。

3.2 太网控制芯片W5500

以太网控制芯片W5500整合了五层结构中的前四层,即物理层、数据链路层、网络层和传输层,并在内部利用硬件实现了TCP/IP协议栈。开发者无需专业的网络知识,使用W5500如同控制外部存储器一样简单,为用户提供了最简单的网络接入方法。全硬件TCP/IP协议栈完全独立于主控芯片,可以降低主芯片负载且无需移植繁琐的TCP/IP协议栈,便于产品实现网络化更新。

3.3 信号采集单元

本系统采用的信号采集单元DHT11,它是一款湿温度一体化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个 NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时地采集本地湿度和温度。 DHT11与单片机之间能采用简单的单总线进行通信,仅仅需要一个I/O口。传感器内部湿度和温度数据40Bit的数据一次性传给单片机,数据采用校验和方式进行校验,有效地保证数据传输的准确性。DHT11功耗很低,5V电源电压下,工作平均最大电流0.5mA。

4 数据采集与上传

4.1 数据采集

单片机读取DHT11采集的数据部分代码如下：

uint8 temp,temp1,temp2;

GPIO_DHT_Out_Mode();

GPIO_ResetBits(GPIOA,PA2);

Delay_ms(20);//延时20ms

GPIO_SetBits(GPIOA,PA2);

//延时等待20～40us后, 读取DHT11的响应信号

Delay_us(40);//延时40us

GPIO_DHT_Input_Mode();

//总线为低电平,DHT11发送响应信号

if(!rDHT11)

{ //从机发出的低电平响应信号是否结束

while(!rDHT11);

//DHT11发送响应信号后,后把总线拉高80us

while(rDHT11);

p[0]=DHT11_ReadData();//8位湿度整数数据

temp1=DHT11_ReadData();

p[1]=DHT11_ReadData();//8位温度整数数据

temp2=DHT11_ReadData();

temp=DHT11_ReadData();//8位校验和

4.2 数据采上传

首先进入Yeelink主页“http://www.yeelink.net/”注册一个自己的帐号,进入到设备管理界面,输入设备信息,设置设备图片,添加传感器填好以后,直接保存,该设备就已经准备好进行上传数据和使用Yeelink上申请到的API KEY、设备代号DECICEID和传感器代号SENSORID。Yeelink所要求的JSON数据格式,将API KEY、DECICEID和传感器代号SENSORID直接替代下面的字符串中即可[8]。

char postT[]={"POST /v1.0/device/17660/sensor/30686/datapoints HTTP/1.1 " //117660:DECICEID,30686:SENSORID

"Host:api.yeelink.net "

"Accept:*/* "

"U-ApiKey: 58fe320c3ada2ec84159d7b16594b01d "

//58fe320c3ada2ec84159d7b16594b01d :API KEY

"Content-Length:12 "

"Content-Type:application/x-www-form-urlencoded "

"Connection:close "

" "

"{”value”:xx} "

};

主函数完成了对单片机以及网络模块W5500的初始化工作,主循环里面完成向Yeelink平台提交数据。由于这个程序需要访问Yeelink平台,要确保给W5500配置IP地址能访问外网。

置W5500为客户端模式的调用过程:W5500_Init()-->Socket_Init(s)-->Socket_Connect(s),设置过程即完成,并与远程服务器连接。

连接后就可以发送数据,数据发送完成后,链接会被Yeelink断开,下次发送需要重新进行Socket_Init(s)-->Socket_Connect(s)的过程。

5 系统测试

按照要求连接电路和网线,将编译好的程序下载到单片机并启动运行。单片机就不断地将采集到温度数据通过W5500向Yeelink平台上传。智能手机安装基于Android系统的APP,就看到已图形化显示的实时数据曲线,结果如图2所示。

图2 手机温度曲线图

PC机上数据结果如图3所示。

图3 PC机温度曲线图

6 结语

通过运用Yeelink物联网云服务平台,设计出一种基于物联网云服务的智能家居系统,实时采集家居温度数据,然后提交Yeelink物联网云服务平台。本文的创新之处在于利用手机平台作为智能家居监控终端,系统具有操作方便、 成本低廉、扩展性好、实用性强等优点[9～10]。

[1] 郭稳涛,何怡刚.智能家居远程监控系统研究与设计[M].长沙:湖南大学出版社,2011:12-18. GUO Wentao, HE Yigang. Intelligent remote monitoring system research and design of [M]. Changsha: Hunan University press, 2011:12-18.

[2] 王晓玲.远程智能家电控制系统的研究[D].石家庄:河北工业大学硕士论文,2007. WANG Xiaoling. Research on remote control system of intelligent home appliances[ D]. Shijiazhuang: Master Dissertation of Hebei University of Technology,2007.

[3] 王志超,刘波,花锋. 基于移动4G与ZigBee无线传感网的网关设计[J]. 计算机测量与控制,2014(03):34-37. WANG Zhichao, LIU Bo, HUA Feng. Design of[J]. computer measurement and control system based on mobile 4G and ZigBee wireless sensor network computer measurement and control,2014(03):34-37.

[4] 巢玉江,袁红兵,冯锋.基于ZigBee与GSM技术的智能家居安防系统设计[J].机械制造与自动化,2014(01):104-107. CAO Yujiang, YUAN Hongbing, FENG Feng. Design and automation of intelligent home security system based on ZigBee and GSM technology[J]. mechanical manufacturing and automation,2014(01):104-107.

[5] 卫兵,郭玉堂,华玉鹏.一种基于无线传感网的新型智能家居控制系统[J].微型机与应用,2013(23):78-81. WEI Bing, GUO Yutang, HUA Yupeng. A new intelligent home control system based on wireless sensor network[J]. microcomputer and application,2013(23):78-81.

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[7] 李法春.C51单片机应用设计与技能训练[M].北京:电子工业出版社,2011:98-102. LI Fachun. C51 MCU application design and skills training[M]. Beijing: Publishing House of electronics industry,2011:98-102.

[8] 李群芳,张士军,黄建.单片微型计算机与接口技术[M].北京:电子工业出版社,2010:231-235. LI Qunfang, ZHANG Shijun, HUANG Jian. A single chip microcomputer and interface technology[M]. Beijing: Publishing House of electronics industry,2010:231-235.

[9] 陈宇轩,余红珍:基于物联网平台的温度实时监测系统设[J].软件导刊,2016(5):85-87. CHEN Yuxuan, YU Hongzhen: The real time temperature monitoring system networking platform design based on IOT[J]. software guide,2016(5):85-87.

[10] 王怡,鄂旭.基于物联网无线传感的智能家居研究[J].计算机技术与发展,2015(2):97-101. WANG Yi, E Xu. Home Research on Intelligent Home Furnishing Based on WSN[J]. Computer Technology and Development,2015(2):97-101.

Design of Smart Home System Based on Yeelink

YU Hongzhen1,2LI Xueyan2

(1. Wuhan College of Foreign Language & Foreign Affairs, Wuhan 430083)(2. Wuhan University of Science and Technology City Institute, Wuhan 430083)

The data of home environment temperature is collected by ATmega328P microcontroller hardware platform and transmitted to Yeelink networking platform through the network expansion module w5500. An android App is designed based on smart phones to access the environment parameters. The system has the advantages of easy operation, low cost, good expansibility, strong practicability and so on.

smart home, monitoring, single chip microcomputer, Internet of things Class Number TP277.1

2016年10月12日,

2016年11月25日

2016年湖北省教育厅科研计划指导项目(编号:B2016586)资助。

余红珍,女,硕士,副教授,研究方向:计算机控制技术、嵌入式系统应用。李雪燕,女,硕士,讲师,研究方向:智能计算、数据挖掘。

TP277.1

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.04.034