基于互联网的智能家居远程控制系统

(沈阳理工大学信息科学与工程学院 辽宁沈阳 110159)

基于互联网的智能家居远程控制系统

孟凡宇

(沈阳理工大学信息科学与工程学院 辽宁沈阳 110159)

智能家居是一个新兴产业，在一个稳定的成长期，大众消费的概念尚未形成，但随着智能家居的推广和消费者消费习惯的进一步普及，智能家庭市场的消费潜力巨大，智能家居行业前景广阔。与此同时，许多的智能家居产品也逐步走向市场，然而，这些产品大多数是将传统的家居设备升级，实现某个家电或者家居设备的智能化，其余的少数智能家居系统则价格不菲。本系统采用具有性价比的51芯片，通过最简单的控制实现很多高费用的技术，随着产品的成熟与大众消费观念的改变，我们有理由相信，智能家居的普及离我们不会太遥远。

1.引言

随着社会经济水平的发展，现代人们对生活质量的要求越来越高，生活环境变得更加舒服，安全，人性化，智能化。导致家庭智能需求的显着增加，不仅如此，由于计算机控制技术的发展和电子通信技术的发展，导致智能家居的诞生。智能家居影响人们生活的各个方面，改变人们的生活习惯，改善人们的生活质量，这将成为一个趋势智能家居作为一个新的产业，在一段时间和关键增长点。虽然居民对智能家居市场消费观念尚未形成，但随着智能家居市场的进一步普及，智能家居将会对我们的生活产生巨大影响。

2.系统的总体功能介绍

本系统是一个智能化的家居控制系统，它运用了语音识别、传感、通信、无线传输技术及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。它具有以下功能：

语音控制和短信远程控制家电的使用；

语音控制和短信远程控制灯光及插座的开关；

语音控制和短信远程控制窗帘的开关，以及窗帘在自动模式下根据光照强度自动开关；

具备安防功能，具备火灾、危险气体泄漏、外人闯入等突发状况的报警功能，当有突发状况时，通过短信方式向户主发出警报。

本系统主要特点是使用户在家中时能够方便地使用语音命令控制家电，灯光，窗帘等家居设备，解放了双手，新颖方便又实用。用户不在家中时，可以短信方式远程控制家中的家居设备，并且安防功能确保了用户不在家中时能第一时间知道家中发生的突发状况 ，大大减少突发状况对用户造成的损失。

3.系统总体实现方案

本系统按照设计功能的要求将各个模块整合为各个功能板块，其中包括：

语音命令板：语音命令板中主要包括12C5A单片机、语音识别模块、无线传输模块。语音识别模块识别语音命令之后与单片机通讯，单片机根据识别的语音命令再通过无线传输模块向其他功能板发送命令数据。

安防报警板：该功能板主要包括12C5A单片机、GSM模块、NRF24L01模块与传感器模块，分别检测火焰情况，危险气体泄漏，外人闯入这几种突发状况，传感器与单片机相连接，单片机与GSM模块和无线模块通讯。当传感器检测到有突发状况时，通过GSM模块向用户发送警报短信，并通过蜂鸣器发出警报声音。用户也可以向GSM模块发送相应的短信，控制家中的家电，灯光和窗帘。当GSM模块接收到用户的命令短信后，通过与单片机通讯，单片机再控制无线传输模块发送命令数据，从而实现短信远程控制的功能。

窗帘控制板：该功能板主要包括12C5A单片机、nrf模块、电机驱动模块和光敏传感器。无线传输模块接收命令数据，单片机根据接收的命令数据控制电机驱动模块驱动电机，开启或者关闭窗帘。在自动模式下，光敏传感器检测光照强度，在白天光照强度较强时，窗帘开启，晚上，光照强度弱时，窗帘关闭。

灯光及插座控制板：该功能板主要包括12C5A单片机、无线传输模块和继电器模块。无线模块接收命令数据后，通过单片机控制继电器的开关，从而控制灯光和插座的开关。

红外遥控板：该功能板主要包括12C5A单片机、无线传输模块和红外线发射头。单片机中内置控制空调及电视机红外程序，通过函数调用，即可从红外发射头中发射红外遥控命令。无线传输模块接收命令数据，单片机根据接收到的命令数据选择调用相应的红外遥控函数，从而控制电视及空调的使用

本系统各个模块分工明确，又通过无线传输模块相互联系，共同组成了一个实用的简易智能家居控制系统。

4.系统测试结果

在基于互联网的智能家居系统完成后，各个功能测试结果如下：

4.1.对语音识别板进行测试：

将语音识别模块开启，对其用普通话表达命令，测试语音识别的正确率。我们分别在不同的距离下，对语音识别模块用同样的声音大小说出不同的命令，每一个命令测试10次，记录下语音板识别成功的次数，结果如下表所示：

表1 语音识别板测试结果

由表格数据我们可以看出，nrf24L01通信距离越远，识别率越低。语音命令字数越多，语音识别模块识别率越低。我们可以采取增加咪头增益的方式来提升远距离的识别率，但是咪头增益太大，语音板接收到的噪音就越多，识别率反而下降。所以我们经过多次测试，选择了一个比较适宜的值。

4.2.对无线传输模块的传输距离测试：

将语音识别板放置在固定地点，将其他模块放置在离语音识别板距离分别为3m，5m，7m，10m，15m进行测试。测试结果为无线模块在距离10m内能正常接收/发送数据，实现模块间的相互通信。在15m时信号不稳定。我们分析原因为模块的发送功率不够，造成距离远收发信号不稳定。我们采取了识别到语音命令，则将此数据发送多次，防止信号不稳定，发送一次接受方未成功接受数据的情况发生。

4.3.对窗帘控制板进行测试：

在语音控制下，窗帘控制模块没有问题，我们主要对自动模式下的窗帘控制模块进行测试。当光强较弱时，到达一个临界值，电机开始转动，表示窗帘关闭，反之，当光强较强时，到达一个临界值，电机反转，表示窗帘开启。将光敏电阻上面的电位器进行调整，可以调整光敏模块被触发的光强临界值。

4.4.对灯光及插座板进行测试：

该板上用继电器模块来实现灯光以及插座的控制，经过多次试验，在无线模块正常接收数据范围内，该模块工作正常。

4.5.测试总结：

经过多次试验，本系统功能基本实现，基本达到设计要求。工作情况稳定，实用性较强。本系统的可扩展性好，此后还可以加入其它的功能。

5.系统的适用范围及市场前景

本系统可用于诸多家庭、旅店、小型商业店铺等，系统成本低廉，功能实用便捷，并且功能具有裁剪和扩展性，可以根据实际需要去除部分功能或者增加其他功能，以适应不同场合的要求。可以说本系统适用范围广阔。当下，国内智能家居产业正处于崛起阶段，大部分家庭所使用的还是传统家居设备，而本系统正是针对这种现状开发的，用户不需要对现有传统家居升级便可以使用本系统功能，可以说本系统的潜在市场非常巨大。本系统在经过完整的测试调整之后，是可以进行生产的，所以说本系统具有较好的市场前景。

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1007-6344（2017）04-0337-01

孟凡宇，男，沈阳理工大学信息科学与工程学院通信工程专业