基于物联网的新型智能家居控制系统

王瑞 许文卓 陈远奇 马诗芯

摘要：随着大数据时代的推进，人们对于家居智能化的要求也越来越高，智能化家居系统也在不断的升级换代以此来满足大众化的需求。本文主要采用系统整体设计方案和实验测试相结合的方法，对基于物联网的新型智能家居控制系统进行研究，该设计主要采用RFID（射频识别）技术和指纹签到技术实现刷卡启动整个设备和有效的识别使用者与非使用者的身份，同时拥有温度传感器、烟雾传感器实时检测家庭温度情况，超声波传感器实现控制系统与物体间的距离测量，智能照明控制模块、蓝牙模块等满足个性化的需求，利用高清摄像头进行实时监控，视频通过Wi-fi模块发送到使用者的手机APP。该系统能够完成预期设计的各项性能测试，无需重新布线，性能可靠，功能强大，具有较好的推广价值。

关键词：新型智能家居；RFID射频识别技术；指纹签到；

中图分类号：TP18 文献标识码：B

1引言

随着我国的高新技术领域迅猛发展，智能家居类产品受到越来越多的关注。大量高科技，多功能的电子产品涌入人们的日常生活，信息的极大膨胀也对使用者的认知能力产生挑战。使用者更需要的是一些功能强大，体积微小，能够与手机相关联且操作方便的新型智能家居感应及控制设备。但从目前来看，我国国内市场关于智能控制系统类的产品应用于医疗领域较多，在智能家居等方面还并不常见。因此关于如何探索能够满足人们对家居环境安全性、舒适性、方便性、智能性的新型智能家居控制系统的需求，我们的团队亟待研究。

2系统总体设计方案

2.1功能要求

智能家居控制系统是以信息传输网络为硬件平台，各种网络技术为软件支撑平台，通过现场总线将家庭生活中所用的通信设备、家居设备和家庭安全防范设备连接起来的一种智能控制系统[1]。该设计可以装载在各种测量监控的传感器上，通过与手机蓝牙模块连接进行实时操控，然后通过GSM模块向手机发送火灾、烟雾等智能消息提醒，摆脱了传统的控制系统功能单一，操作繁琐的诟病。对于本项目的新型智能家居控制系统，技术成熟，操作简单，体积小巧轻便，可以安装在公共建筑及任何需要的家居建筑等地方。

2.2方案设计

本设计采用STM32高级单片机对整个系统进行主要控制，STM32单片机在接收到控制信号后，进行分析处理并发送控制命令给各控制单元，同时将开关量的反馈信号及环境信息显示到用户手机和触摸屏上[2]。通过RFID技术进行无线电讯号识别特定目标并读写相关数据、指纹签到平台通过特殊的光电转换设备和计算机图像处理技术，对活体指纹进行采集、分析和比對，迅速、准确地鉴别出个人身份、采用温度传感器和烟雾传感器实时检测家庭温度变化情况，利用超声波传感器实现控制系统与物体间的距离测量、同时安装有智能照明控制系统、高清摄像头、蓝牙等模块提供更加便捷人性化的服务。

系统总体设计图：

3系统详细设计方案

3.1硬件设计

3.1.1RFID技术

RFID技术又称为无线射频识别技术，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立的机械或光学接触。整个识别工作无须人工干预，因此可工作于各种恶劣环境，也可识别高速运动的物体并可同时识别多个标签，其整个工作过程操作快捷、方便[3]。实现了智能刷卡开启或关闭新型智能家居控制系统。

3.1.2指纹签到平台

指纹签到平台通过特殊的光电转换设备和计算机图像处理技术，对活体指纹进行采集、分析和比对，可以迅速、准确地鉴别出个人身份。该项目通过采用此技术，进行家庭人员的签到，例如当家长使用RFID刷卡开启整个设备后，小孩上下学可以通过使用指纹签到平台进行签到，家长可以使用签到平台查看小孩的签到记录并了解情况等，增加家庭安全感。

3.1.3各类传感器等模块

该新型智能家居控制系统由温度传感器、烟雾传感器、超声波传感器等传感器模块组成。采用DS18B2型号温度传感器，能够实时采集家中的温度数据并将其显示于液晶显示屏上。当家中的温度过高时（可能发生火灾或者其他异常时）发送警告信息至使用者的手机APP，使其知晓情况并及时处理。MQ-2型号烟雾传感器对家居中的安全隐患进行检测，如检测到异常利用蜂鸣器进行报警。超声波传感器实现控制系统与物体间的距离测量，可实现3cm-10m的非接触式距离感测功能，并将距离显示于液晶显示屏上。该设计可以让使用者根据距离的提示调整系统的合适安装位置。智能照明控制模块实现灯光根据实际情况开关，利用光敏电阻R13阻值变化控制照明灯自行开关。高清摄像头进行实时监控，视频通过Wi-fi模块发送到使用者的手机APP。蓝牙控制的音响设备通过与手机、平板、电脑和笔记本等蓝牙播放设备连接，达到方便、快捷的娱乐性目的。

3.2软件设计

走进数字化时代，产品设计逐渐趋向于电子化发展，主要随新型、智能化方向变化[4]。“智家居”APP的设计主要利用Android软件Eclipse+ADT编程来实现手机客户端APP的功能，能够下载安装于普通的Android手机等移动终端的控制界面，并且能够允许在手机上进行点击、触摸反应等相关操作进行发送指令，使得整个控制系统更加的完备。

“智家居”手机APP主要有烟雾预警、温度预警、照明控制、附近隐患预警、指纹签到提醒等功能，APP平台的开发模式是位于平台层的上方，具有较为优良的下行访问和兼容能力，可以与单片机生成的数据进行连通，充分的利用设备的资源，提供良好的智能体验。该手机APP的客户端界面如图所示：

4系统整体测试

该设计基于物联网的新型智能家居控制系统，详细计算系统中各个原件的参数，选择相应的器件制作实际的软、硬件平台。该项目相比于传统的物联网的智能家居控制系统来说，具有实用性强、可控性高、稳定性好等优势。不仅使用了各种传感器检测家中环境，能够采集数据的同时也可以将数据发送至使用者手机配套“智家居”APP，实现对家居智能化的控制。

首先使用者通过RFID无线射频识别技术进行智能刷卡开启整个设备，其它家庭成员例如儿童可以通过使用指纹签到平台进行签到，使用者可以利用“智家居”手机APP的签到平台查看小孩的签到记录并了解情况。利用烟雾、温度、附近可疑物等对新型智能家居系统各个传感器与STM高级单片机连接性能进行测试，同时通过APP对照明系统、蓝牙娱乐系统，实时监控系统进行进一步的测试。经反复模拟测试，该新型智能家居控制系统具有较好的实际操作性，能够完成预期设计的各项测试。

5 结论

我们所立项并完成的基于物联网的新型智能家居控制系统具有机动性高、操作方便、价格相对低廉的优点，相比于传统的智能家居系统创新性和智能化程度更高，能过满足人们日益增长的追求智能化生活的需求，虽然我们设计的新型智能家居控制系统也存在一定待改进和完善的地方，但是基于物联网的飞速发展新型的智能控制系统也将需要一个不断发展升级的过程。总的来说，我们的团队将致力于更加智能化和人性化的创新，使我们的成果更加完善。

参考文献：

[1]范明中.基于物联网的新型智能家居控制系统设计研究[J].科技与创新，2016（03）：92-93.

[2]吕磊，邢睿，李锦程，张滢涛.多功能智能家居控制系统[J].电工技术，2018（18）：1-2+11.

[3]张露蕊.RFID技术在图书馆中的应用研究[J].信息与电脑（理论版），2018（18）：169-171.

[4]赵敏，田水青，赵彦红.基于4G网络的新型智能家居远程监控系统探究[J].中国多媒体与网络教学学报（中旬刊），2018（05）：127-128.