基于WIFI的智能家居系统设计

王向军

(长沙学院计算机工程与应用数学学院，湖南 长沙 410022)

基于WIFI的智能家居系统设计

王向军

(长沙学院计算机工程与应用数学学院，湖南 长沙 410022)

智能家居在现代社会发展速度越来越快，将成为未来居家生活的重要组成部分.鉴于智能家居发展的未来前景，越来越多的企业投入开发智能家居系统.在总结前人成果基础上，以WIFI无线信息通信传输代替传统通信方式设计的一款智能家居系统.介绍了该系统的硬件结构设计、控制系统、客户端软件系统设计及性能测试要求.实践表明，该系统操作简单，且能实现了用户远程实时监控和管理，可应用于智能家居领域.

智能家居；WIFI；软件；系统设计

智能家居概念最早是由美国学者提出的，被称为Smart Home.智能家居作为新兴产业正在成为市场的新宠儿.国内智能家居市场发展迅速，由于智能家居实现家电、家居生活、互联网等有机结合，因此也被视为“互联网+”影响下科技对社会一大重要影响.国内已经有不少企业投入巨资进入智能家居系统设计领域.实现智能家居的关键技术是总线技术，通过该技术对家居住宅中的各类家电、通信、安防等设备实现智能管理与监控[1].随着科学技术的发展，现代智能家居是居家住宅为平台，以家中各种设备为控制对象，应用计算机技术、自动控制技术、通信技术等技术构建的家居智能控制系统.智能家居是实现生活智能化的关键技术，该技术的实现由硬件系统与软件系统两部分构成.

1 基于WIFI的智能家居系统硬件结构设计

图1 基于WiFi的智能家居控制系统结构图

基于WIFI技术应用需要，对于对系统的整体结构进行科学设计是关键.基于WIFI的智能家居系统工作原理是通过手机、电脑等设备收发无线控制信号，利用各类基于信号收发功能的传感器设备控制智能插座从而达到对家居设备的远程实时控制[2].为实现该功能，提出基于WIFI的智能家居硬件系统结构设计如图1

在该智能家居系统结构设计中，通过增加WIFI、3G无线通信方式，使系统智能化程度更高.WIFI通信技术有效解决了传统有线通信需要布置复杂线路的问题.综合了无线技术、云计算技术、互联网技术的WIFI通信技术成为智能家居控制系统信号收发的首先技术.3G无线通信技术则实现了家居智能远程控制，而且是非常安全的通信技术.该结构系统设计还需要解决一个关键问题，就是WIFI智能插座的设计.WIFI智能插座是实现用户通过WIFI控制插座继而控制家电设备的关键控制工具.

图2 WIFI智能插座设计

WIFI智能插座结构中，串口WIFI模块是信号收发及控制插座开关的功能部分.该WIFI智能插座的设计引入了TCP/IP协议，因此还科研实现家庭网关的Internet网络接入功能，这种能够随意转换的功能大大增加了智能插座的应用范围.

2 基于WIFI的智能家居控制系统结构设计

图3 智能家居控制系统结构设计

智能家居结构的设计中，用户通过Internet网络能够实现对智能家居的有效控制.另外，为适应现代社会用户的使用需求，设计能够安装在智能手机上的客户终端，更能提升用户的使用体验.根据设计需要，提出智能家居控制系统的设计，如图3.

控制系统的设计是整个智能家居系统设计的关键环节.控制系统是用户操作的终端，其结构设计的合理性直接决定了系统的客户使用体验，对智能家居系统的广泛推广有着决定性影响.本文提出的智能家居控制系统结构设计充分满足客户使用智能手机的习惯，将控制系统终端安装在客户手机上后就可以实现客户对家居电器的智能控制.从设计原理来看，控制系统的结构设计实现了智能家居系统硬件与硬件、硬件与软件之间的有效联系.作为智能家居系统设计的关键环节，控制系统的设计还需要实现用户对家居电器的高效控制[3].这些控制有时候甚至是超越空间、时间的控制.为了满足这样的使用要求，通过智能手机的3G/4G网络能够轻松实现用户连入Internet服务器，就实现了用户跨时间、跨空间的远程智能控制.对于用户发出的控制指令，能否对家电真正产生控制作用，基于WIFI技术的控制系统在其中发展了重要作用.在传统的智能家居控制设计中，由于没有成熟的WIFI技术，致使智能家居系统设计过程中一直难以有效实现软件对硬件的有效控制[4].得力于WIFI技术的发展，以WIFI技术为基础，以WIFI智能插座、智能传感器为媒介，实现了用户对智能电器控制系统的精准控制.中央处理器在智能家居控制系统中扮演了用户指令转化的重要功能[5].用户发出的指令传递到中央处理器，通过中央处理器的分析处理转化为能够识别WIFI控制指令，实现了控制系统控制指令的顺利传递.

3 基于WIFI的智能家居客户端软件系统设计

完成了WIFI智能家居系统硬件结构的设计，就需要设计相适应软件系统.软件系统的设计主要是实现用户对家居的智能控制.基于家居智能的使用特点，智能家居软件系统的设计需要满足方便、易操作的使用目标[6].结合目前智能手机的使用情况，设计出能在手机上操作的APP控制系统更能提升广大客户的使用体验.基于应用需要，提出了基于WIFI智能家居系统配套使用的APP软件系统设计结构如图4.

图4 基于WIFI智能家居APP功能模块设计

APP功能模块的设计满足了用户在手机上操作和管理家居各种设备的需要.报警设置模块起到了对家居各种设备的监控管理作用，使用户无论身居何地，都能实施实现对家居各种设备的远程监控.信息浏览模块满足了用户对家居设备信息的实时查阅需要.定时设置是家居各种设备管理的有效工具.无线通信模块实现了用户客户端与家居智能系统的连接通信功能.数据库模块是整个系统的中央处理数据库，通过该数据库的建立实现家居设备控制管理智能化.该APP最终的实现依赖软件编程来完成.基于WIFI的智能家居系统控制系统设计过程中，设计了专门的中央处理器.中央处理器是读取通信数据，对数据进行解析，转化为WIFI智能插座能够看懂的数据信号，实现对家居设备的控制操作.目前中央处理器通常采用QML语言编写.中央处理器的存在实现软件与硬件结构的信息交互，最终完成了智能化管理过程.

依据APP功能模块的设计，对用户端使用客户端界面的设计，如图5.

图5 客户端操作界面设计

客户端操作界面的设计需要重视并体系智能家居系统人性化服务的设计理念.因此在客户端操作界面设计中，强调简洁、清晰的设计需要.另外，作为一款智能家居系统控制终端，还需要满足不同人群的使用需求和使用喜好.客户端操作界面的设计直接决定了用户的使用体验，对整个智能家居系统的推广有着极为重要的影响力.图5提出的客户端操作界面设计是基于社会调研，通过与用户面对面的沟通最后确定的设计方案.该方案的特色就是非常简洁.无论老人、年轻人，通过登录界面就可以轻松登录控制系统.进入控制系统，用户只需要轻松点击家电控制界面就可以进行家电智能控制管理了.设置界面功能的设计主要是满足用户个性化使用需要设计的功能.用户在使用过程中还可以根据自己喜好，对界面进行一些个性化设计，例如：界面背景颜色、保密设置、系统亮度设置等等.

4 性能测试

基于WIFI的智能家居系统设计完成以后，还需要进行全面的性能测试.通过智能家居系统硬件、控制系统、软件系统等全面的设计，构建了基于WIFI技术的智能家居系统.该系统实现了用户对家居电器的智能远程控制，使生活更加舒适.智能家居的理念被提出已经有很多年了.智能家居系统的设计是实现智能家居理念至关重要的环节.WIFI技术的发展的智能家居系统设计发展有着决定性影响，是智能家居系统更加安全、高效.基于理论提出的设计理念最终被广泛推广应用，还需要对系统进行全面的性能测试.系统性能测试的目的，一方面确保系统设计的功能能够充分发挥作用；另一方面，全面的性能测试还能有效评估系统的稳定性.由于系统在应用中需要应对更加复杂的使用环境和使用条件，只有经过全面的性能测试，才能真正适应市场满足广大群众的使用需要.

测试的重点是测试手机通过WIFI无线网络与中央控制器的通信.在测试手机连入中央控制器之前，先要测试中央控制器与家庭网关的联入情况.ARM 开发板上进入root目录下，ping无线路由器的IP地址192.168.1.1，结果如图6，证明中央控制器连入家庭网关.

图6 中央控制器与家庭 WIFI 无线网络连通图

为了测试手机控制家居的效果，在距离测试家居10公里外通过手机登录家家居控制系统并发动控制指令，测试运行的服务器数据传输程序.结果证明手机软件与中央控制器实现通信.

对家居智能系统的性能测试要满足信号传输稳定、安全、准确的要求，系统的各种家居设备的控制要灵敏有效.此次智能家居控制系统设计的测试家电以电冰箱、洗衣机、微波炉、电视机、监控器等电器为主.对于使用过程中可能出现的某个设备异常能够及时预警.在满足以上测试要求后，才是一套具有市场投放价值的智能家居系统.本文对系统的性能测试由两方面组成.一方面是基于实验条件，对智能家居系统软件进行各项功能测试.测试过程中设置一些影响因素，判断系统工作的稳定性和可靠性.另一方面，在系统广泛推广前进行必要的系统市场检测.要求不同年龄、不同区域的用户进行系统使用检测.通过用户的使用真实反映系统存在的不稳定因素.最后，系统通过性能测试被广泛推广后还需要保留端口用于收集用户的使用反馈，为系统优化升级积累丰富经验.系统通过测试后就可投入使用.

5 总结

基于WIFI的智能家居系统设计是当前热门的设计课题.本文提出的智能家居系统设计就是满足WIFI使用需要，借助WIFI实现智能控制指令的有效传输，满足家居智能化服务需要.从该系统的设计可以肯定WIFI技术对智能家居技术发展的重要性.当然，本文提出的智能家居系统是市场应用中还将面临新的问题，基于市场需要不断优化该系统才能适应市场发展需要.

[1]南春辉.基于Web技术的嵌入式智能家居系统设计[J].电视技术,2013,(3):86-89.

[2]曹梦龙,邹云东.基于Internet和GSM的智能家居网关设计与实现[J].电视技术,2014,(3) :73-75.

[3]陈刚,付蔚,罗志勇.基于IEEE 802.15.4E的智能家居家电控制系统的研究与实现[J].电视技术,2012,(24) :23-25.

[4]朱欣颖,陈曦.基于WIFI智能家居控制系统的设计[J].智能计算机与应用,2014,(6):80-82.

[5]郑希,王一甲,周金治.基于WiFi的智能家居系统设计[J].微型机与应用,2016,(7):67-68.

[6]董思乔,赵荣建,孙通.基于WiFi构建的智能家居控制系统的设计[J].电视技术,2015,(4):89-91.

(作者本人校对)

Design of Smart Home System Based on WIFI

WANG Xiangjun

(College of Computer Engineering and Applied Mathematics, Changsha University,Changsha Hunan 410022, China)

Smart home, which is developing faster and faster in the modern society, will become an important part of the future home life. In view of the future prospects of smart home development, more and more enterprises invest in the development of smart home system. On the basis of summing up the achievements of previous people, a smart home system is designed with WIFI wireless information communication transmission instead of traditional communication. The hardware structure design, control system, client software system design and performance test requirements of the system are introduced. The practice shows that the system is simple to operate, can achieve user remote real-time monitoring and management, and can be applied to the field of smart home.

smart home; WIFI; software; system design

2016-10-21

长沙市科技局资助项目(计划编号：k1509018-11).

王向军(1979— )，男，黑龙江哈尔滨人，长沙学院计算机工程与应用数学学院讲师，硕士.研究方向：智能家居.

TP39

A

1008-4681(2017)02-0051-03