基于手机APP控制的智能家居系统设计

钟顺明，洪远泉，黄俊锋，陈思杰，周永明

基于手机APP控制的智能家居系统设计

钟顺明，洪远泉，黄俊锋，陈思杰，周永明*

（韶关学院物理与机电工程学院，广东韶关512005）

为了提升人们的生活质量，开发了一种基于手机APP可视化、移动、远程家居智能控制系统.系统由两部分组成，一是以STM32F103ZET6为核心，由摄像头、室内环境检测传感器、控制电机和GPS/WIFI模块等模块组成室内控制电路，可以进行本地监测与控制；另一是以手机作为可视屏，以手机APP作为移动、远程控制终端，通过网络可视化监测居室内的情况及环境参数，并进行在线控制，系统的设计与实现以期能给人们的生活带来更多的便利.

智能家居；环境参数；手机APP；远程可视控制；语音播报

随着科技的进步和人们生活水平的提高，可视化、移动、远程家居的室内防盗与监测、家居室内生活环境参数的检测与控制（包括煤气泄漏、空气质量、温度湿度等）、窗户与窗帘状态检测与控制等越来越受到人们的关注.传统的智能家居系统，只是简单地对室内生活环境参数进行检测和对家电进行控制，无法实现移动、可视化的功能［1-3］.笔者提出了可视化、移动、远程控制的家居安全智能监控系统的方案，并设计了一款利用现代电子智能控制技术，结合无线传输网络以及手机APP的智能家居系统.通过手机就可以监测室内状况，室内生活生存环境监测与控制，对窗户与窗帘进行方便开闭控制，可极大地增强人们在外工作与学习的安全感，提升生活与生存质量.经测试，系统工作稳定，可较好地实现移动、可视和远程相关设置与控制功能.

1系统总体结构

系统以STM32F103ZET6为核心，采用UCOSIII操作系统编程，结合传感器技术，实时监测室内的温湿度、空气质量指数、一氧化碳浓度、室内安全状况等参数，运用SIM900aGSM/GPRS无线模块、ESP8266WIFI模块及物联网云服务器，可远程传输数据到户主手机APP（见图1）；一旦室内出现意外情况，如小偷进屋、煤气泄漏、漏水等，现场会自动发出警报，同时通过无线网络通知出门在外的户主；户主还可通过手机APP远程控制室内家用电器的工作状况，了解室内的安全状况.

图1系统结构框图

2模块功能介绍与设计

2.1远程与本地相结合的防盗系统设计

传统的家居防盗系统，大多是室内进行检测，突发情况时会有室内报警［4-5］.本设计的防盗功能对传统的智能家居系统进行改进，设有空闲和布防两种模式，用热释电模块检测是否有人进入监控范围，结合红外线检测门锁状况，增加了人声模拟，摄像头拍照并远程传送相片的功能.空闲模式下，系统自动关闭防盗功能；当处于布防模式下，一旦可疑人物进入监控范围，并在监控范围内逗留一定时间同时出现门锁损坏的现象，系统就会自动进行拍照并用语音模块模拟室内有人在家的场景，抓住小偷心虚的弱点，让小偷闻风丧胆.并且自动拍照将相片转发到户主手机APP，提醒防盗，极大的增强了户主在外的安全感.

2.2室内PM2.5检测

室内PM2.5微小颗粒检测，采用GP2YAU1010OF传感器.该传感器有两个对射的二极管，通电待传感器工作稳定后，对射管检测到有微粒进入时，电压比较器采集对射二极管两端的电压变化，经过放大电路采集电压的变化值（见图2）.LED驱动周期T=10 ms，LED驱动时间Pw=0.32 ms，取样时间：0.28 ms，软件编程读取Vo引脚的输出电平，通过AD转换，测出室内PM2.5浓度大小.

图2PM2.5检测电路图

图3一氧化碳基本测试电路

2.3室内一氧化碳检测

MQ-7气敏传感器，用于检测室内一氧化碳的浓度，图3为MQ-7传感器基本测量电路.该传感器需要施加两个电压，加热电压（VH）和测试电压（VC）.其中，VH为传感器提供特定的工作温度；VC用于测定与传感器串联的负载电阻（RL）上的电压（VRL）.输出电压随室内一氧化碳浓度增加而加大.这种传感器具有轻微的极性，VC需用直流电源，在满足传感器电性能的前提下，VC和VH可以共用一个电源电路要到达更好的传感器性能，需要选择合适的RL值.

2.4家居系统可视化、移动、远程控制设计

以往智能家居的大多无法实现远程、移动、可视化控制功能［6-7］.系统利用下位机接口SIM900AGSM/GPRS模块，通过串口与主控部分相连，能很好地实现了这一功能特点.户主手机下载APP终端，打开APP可随时了解家居电器开关状态，室内环境参数（如煤气泄漏、温湿度、PM2.5浓度等）.同时，通过点击APP上相应的按钮，无线传输相关指令，触发相应的继电器，可实现控制家用电器工作的功能.

2.5其他功能设计

系统还可对家居中常见问题进行检测处理.例如检测到水阀、气阀异常，系统会自动语音报警，提醒室内人员，并在第一时间自动关闭水阀、气阀；温湿度传感器检测室内温、湿度，并进行比较，可自动加湿去湿，以达到智能加湿除湿的效果；亮度模块BH1750检测室内亮度，控制窗帘自动开合，为室内提供适宜的亮度环境；雨滴传感器检测雨水，当检测到下雨时自动关窗，以免雨水弄湿室内的家居，物品等.

2.6APP主界面设计

安卓APP软件使用AndroidStudio开发环境进行开发，主界面见图4，主要功能：实时环境及参数监控、紧急事件监控、家庭电器远程控制、环境数据详细介绍等［8］.

（1）APP主界面显示了室内传感器测量的相关参数、并用软件进行上下限设置，有相应的等级判别；（2）APP可以显示室内的环境情况，如是否发生火灾；门锁开关的状况；厨房煤气的是否泄漏；还有预留端口，以便系统的后续升级；（3）APP可获取客厅图像，进行相关远程家电控制，了解家居安全状况，了解家居健康知识等，点击相应的按钮实现想要的功能.

2.7系统程序设计

（1）APP程序开发流程有几个步骤（见图5）：①首先评估硬件系统的网络功能，对APP进行功能模块化设计规划；②进行用户界面（UI）的设计及实现；③使用HTTP协议与OneNet服务器建立连接，进行数据发送及接收测试；④汇总并编写所有APP所需功能的网络数据发送及接收、其他功能等代码；⑤对APP开发工程的所有项目（包括UI界面元素，功能代码等）进行封装，生成可安装程序包（APK文件）；⑥调试APP，修复BUG或APP界面，功能改进，发布可正常安装使用的APK程序包；⑦调试成功，结合下位机进行测试、使用.

（2）家居防盗系统软件设计流程：系统及摄像头功能初始化，当选择进入布防状态时，系统开启防盗功能.红外人体感应传感器检测是否有可疑目标进入设定范围，当条件成立时，被认定为盗窃事件成立，语音模块模拟有人在家的场景，自动进入拍照模式拍照.图像经过处理后，通过无线模块传到户主手机（见图6）；室内空气质量检测软件设计流程，空气质量模块检测室内空气质量，检测输出端的输出电平判断质量等级，如为设定的污染级别，就会触发继电器工作开启负离子空气清新剂，以达到净化室内空气的效果（见图7）.

图4系统APP主界面

图5 APP开发流程

3结语

图6防盗系统设计

图7空气质量检测

随着人们生活质量的不断提高，高科技智能家居产品逐渐代替传统的家居电器，而我国的智能家居相对国外起步较晚，研发集可视化、远程、可移动控制和本地控制为一体的智能家居控制系统具有现实意义.本设计较好的顺应了这一趋势，能最大限度的监测与协助人们控制生存与生活环境，解决后顾之忧.与传统家居相比，本系统多处体现了人性化的设计，大大增加了户主在外的安全感，具有一定的实用性及市场价值.

［1］曾松伟，章云，邱伟强.基于物联网的智能家居控制系统设计[J].现代电子技术，2011，34（9）：168-171.

［2］潘朝，罗小巧，黄佳，等.基于GSM短信的智能家居控制系统的设计[J].电子测量技术，2013，36（6）：121-124.

［3］崔斌，韩峻峰，梁晋昌，等.基于嵌入式系统的智能门窗设计[J].现代电子技术，2010，33（22）：78-80.

［4］曾剑，王玲.基于蓝牙的智能家居中视频防盗监控的设计与实现[J].电子技术应用，2007（11）：91-92，96.

［5］周结华，彭侠夫.基于公共电话网络实现智能家居的研究[J].现代电子技术，2009，32（4）：56-58.

［6］郑娟，王建华.基于ARM的智能家居安防监控系统的设计与实现[J].电子设计工程，2014，22（5）：183-186.

［7］邵鹏飞，王喆，张宝儒.面向移动互联网的智能家居系统研究[J].计算机测量与控制，2012，20（2）：474-476，479.

［8］周时伟，谢维波.基于Android的智能家居终端设计与实现[J].微型机与应用.2012，31（14）：10-13.

On the Design of the Smart Home System Based on Mobile Phone APP Controller

ZHONG Shun-ming,HONG Yuan-quan,HUANG Jun-feng,CHEN Si-jie,ZHOU Yong-ming*
（Department of Electronic Engineering,Shaoguan University,Shaoguan 512005,Guangdong,China）

In order to enhance people's quality of life,it developed an intelligent control system based on mobile phone APP visualization,movement and remote home.The system consists of two parts.One is the STM32F103ZET6 as the core,and the surrounding interface has a camera,an indoor environment detection sensor,a control motor and an interface module such as GPS/WIFI module,composed of indoor control circuit,which can be local monitoring and control.The other is with the mobile phone as a visual screen and with a mobile phone APP as a mobile,remote control terminal.Through the network visualization,it can monitor the indoor situation,detect the indoor environmental parameters,for instance,carbon monoxide concentration,indoor PM2.5,temperature and humidity, and take online control.The design and implementation of the system will bring more convenience to people's life, and have certain practical significance and market value.

smart home；environmental parameters；mobile phone APP；remote visual control；voice broadcast

TP277

A%%%

1007-5348（2017）03-0039-04

（责任编辑：欧恺）

2017-02-02

广东省自然科学基金项目(2015A030310510)；韶关市科技项目(2013CX/K55)；广东省大学生创新创业训练计划项目(201610576-15).

钟顺明（1995-），男，广东梅州人，韶关学院物理与机电工程学院学生；研究方向：智能控制电路设计应用.*通讯作者.