基于物联网的智能家电控制方案设计

林泽佳

摘要

随着信息技术的不断发展和物联网技术的应用，家电产品越来越智能化。本文基于物联网的智能家电控制方案设计进行研究，先介绍智能家电物联网系统的组成和功能，再阐述智能家电设备接入物联网的研发开发流程，然后以智能空调为例，分析智能家电产品使用过程对应的技术原理，最后对智能家电物联网的前景和发展方向进行展望。

【关键词】物联网 智能家电 远程控制

1 智能家电物联网系统的组成

智能家电物联网系统主要由物联网云平台、网络中继设备、具备联网能力的家电设备、用户控制交互终端，四大部分组成。

1.1 物联网云平台

它定义了建立在其上的物联网系统的网络通讯机制和数据传输格式。云平台是家电设备和用户控制交互终端之间通讯的桥梁。云平臺的服务器会存储家电设备上报的状态数据和联网信息，并同步给用户控制交互终端。而用户在控制交互终端上设置的控制命令，会通过网络通讯，经过服务器转发到家电设备，从而实现远程控制家电设备。

1.2 网络中继设备

在常见的Wi-Fi家电物联网控制方案中，路由器或作为Wi-Fi热点的手机都属于这类设备。而在Lora家电物联网方案中，网络中继设备是Lora网关。它们的功能都是为家电设备接入网络提供通道，从而使家电设备能接入网络，实现与服务器进行通讯。

1.3 具备联网能力的家电设备

主要由家电控制板和联网模块组成，常见的联网模块有Wi-Fi模块，蓝牙模块，LoRa模块等。

1.4 用户控制交互终端

常见的有手机APP，微信公众号，网页后台。它是用户与家电设备交互的界面。用户通过它来显示家电设备的状态数据、联网情况等，同时用户在控制交互终端上进行设置，实现远程控制家电设备。

2 智能家电接入物联网的研发开发流程

以下以变频智能空调通过Wi-Fi模块接入物联网为例，说明智能家电接入物联网的研发开发流程。

2.1 选择物联网云平台

物联网云平台的选择是整个开发过程重要的一环，选择云平台主要考虑以下因素：

（1）需考虑家电产品的目标使用地区地理位置;

（2）需考虑云平台提供的功能是否满足完全需求产品需求;

（3）需考虑平台的收费成本，服务品质等。

2.2 在云平台后台创建家电产品项目

在云平台创建家电产品项目，定义产品的数据点，再生成对应的产品唯一特征识别码和产品秘钥。云平台会根据创建时填写的信息，自动生成通讯协议。

其中数据点定义了传输数据的格式和对应含义。可自由定义多个产品的数据点。比如，以创建智能空调项目为例，定义一个代表空调的开关机状态的数据点，数据点名为Onoff，格式为布尔（Bool）类型，则云平台会在通讯协议中对应为它分配一个ID码。家电设备通过这个ID码上报开关机状态，同时服务器也通过这个ID码来下发控制命令，控制空调开机或关机。

2.3 智能家电设备控制板的软件开发

家电设备控制板需要根据云平台生成通讯协议对应进行软件设计，以实现通过Wi-Fi模块与服务器进行通讯。此部分软件开发主要包括以下几个部分：

（1）家电控制板发送配网命令使Wi-Fi模块进入可配网状态;

（2）家电控制板获取Wi-Fi模块连接路由器和连接网络的状态;

（3）家电控制板上报家电设备的产品唯一特征识别码和产品秘钥给服务器，与服务器后台进行匹配;

（4）家电控制板上报家电设备状态给服务器;

（5）家电控制板接收并解析服务器下发的控制命令，对应控制家电设备。

3 智能家电产品使用过程的技术原理分析

智能家电产品首次进入用户家中时，用户需要进行一些设置，才能使用手机APP等用户控制交互终端去控制家电设备。以智能空调用手机APP的使用过程为例，分析使用过程的技术原理。

（1）用户将空调接入电源后，需要将空调的Wi-Fi模块触发进入配网状态，通常通过按遥控器特定按键来触发，并通过空调显示灯板来提示这一状态。

家电控制板在收到遥控器特定按键触发后，发送配网命令给Wi-Fi模块，使Wi-Fi模块进入可配网状态。一般设计是，如果Wi-Fi配网一直没成功，数分钟后Wi-Fi模块自动退出可配网状态。

（2）用户将手机连接到家中路由器Wi-Fi，打开APP，选择添加空调设备，再输入家中路由器密码。当Wi-Fi模块进入配网状态后，APP点击开始设备配对。此时APP会将配置的路由器名称和密码配置到空调的Wi-Fi模块中，并将APP与此Wi-Fi模块完成设备绑定。

完成设备绑定，说明云服务器已经完成对空调设备的产品唯一特征识别码和产品秘钥的匹配;APP中绑定的设备，也与服务器后台的项目完成对应关联。

（3）用户打开APP界面，可观察到空调的联网状态，开关状态和温度等数据。这是空调通过Wi-Fi模块，向服务器上报了所有的数据点数据。从而APP从服务器端同步到了所有数据。

（4）用户通过APP控制界面，设定空调开机或关机。这是因为用户通过APP设置时，APP上报对应指令到服务器，服务器经过网络下发控制命令到空调的Wi-Fi模块。而空调在接收到控制命令后，执行对应动作。

4 智能家电物联网系统的设计优化和前景展望

目前市场上常见的智能家电物联网产品中，存在一些设计不足，用户使用时不够方便。比如配网的方式设计得不够方便，每台手机都需要先进行配网，完成APP与家电设备配对绑定，然后才能通过APP控制。如果一个家庭中有多人，每个人都需要进行一遍配网操作，非常不方便。可以优化设计，将配网和设备绑定分为两个步骤。家电产品出厂时，根据Wi-Fi模块的信息生成唯一的二维码标签，贴于产品外壳或说明书中。第一个人对家电完成配网设置后，其他成员只需扫二维码即可直接进行设备绑定，方便快速控制家电设备。

随着如今物联网和人工智能技术的蓬勃发展，智能家电有极大的发展前景。智能化的生活需要智能家物联网。物联网技术能够实现家居整体感知、信息可靠传递和数据智能处理。越来越多的人工智能传感器将应用到家电产品中，来替代人为的判断和操控，以满足人们对快节奏生活和高品质家居环境的需求，使生活方式变得更加智能化。

参考文献

[1]邱惠昌，龚政，尚林.基于物联网的智能家居远程监控子系统软件设计[J].通讯世界，2017（03）：27-28.

[2]赵勇.基于物联网的智能家居远程监控子系统软件设计分析[J].数字技术与应用，2016（04）：162+165.