基于开源硬件开发平台的智能家居系统研究

朱书仪 刘庆全

摘要：智能家居产品已经快速融入到我们生活中。智能家居综合利用先进的各项混合智能技术，将与家居生活领域相关的家庭电器设备有机结合，将每一个电气设备当做一个子系统。该文选取开源硬件平台进行智能家居系统设计，通过远距离通信与近距离通信相结合，有线通信与无线通信相结合，使得手机随时随地能够控制家电。该套智能家居控制管理系统，具有价格便宜、性能优越等特点，具有非常大的市场规模与潜力。

关键词： 智能家居；开源硬件平台；计算机技术；家居电器

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）09-0303-02

1引言

智能家居产品已经快速融入到我们生活中，比如早上可以被舒缓的音乐叫醒起床，比如可以随心控制的智能灯光，中央控制，人到灯亮，人走灯灭的系统，智能门锁、可视对讲等，这些都在我们的生活发挥着重要的作用（如图1所示）。智能家居通常可以设定为一个综合性的管理系统（如图2所示），具有智能化、信息化、节能化以及人性化等特點。

当下比较有名的智能家居系统有小米推出的米家系统（以小米制造的智能硬件与手机APP为中心），苹果公司的HOMEKIT（授权第三方厂家生产兼容的智能硬件）等等。小米，苹果等大型公司有着强大的技术优势，并且推出的智能家居产品已经初步形成了一定的市场规模。近年来，网络开源硬件领域也出现了大量针对控制家电的开源程序，利用自带的类库就可以开发出一个简单的手机控制LED灯或是实现手机遥控空调；在智能家居社区论坛上有很多智能家居参考案例。但是其所采取的实现手段千差万别，又比较零散。仅仅就通信方式来说，就有蓝牙通信、WiFi通信、zigbee通信、串口通信等等。本文选取网络硬件开源平台，进而降低程序编写的难度，快速实现了智能化的智能家居系统。

本文将专注于构建一个家电控制平台，采用开源的硬件平台通过手机APP实现对室内灯光，温度，湿度等参数的控制。智能家居目前是一个具有发展潜力的新生产业，今后随着智能家居产品的推广普及的进一步落实，消费需求愈发多样化，智能化。因此，智能家居市场的消费潜力必然是巨大的，产业前景光明。

2 基于硬件开源平台的智能家居控制系统

智能家居系统综合各项常规技术（比如智能控制技术、线性系统技术、布线技术、网络技术、音频智能技术等）实施有机集成，不断提高智能家居系统的简洁方便。本文设计的基于硬件开源平台的智能家居控制系统主要技术方案是首先完成网络开源硬件平台搭建，同时编写开源控制程序与手机端的操控软件。该系统的硬件构成为：控制主板，传感器模块，家用电器，继电器/无线开关/智能插座模块（用于控制非红外遥控家电），红外信号发射模块（用于控制红外遥控家电），蓝牙模块（用于构建蓝牙内网），传感器模块（收集室内信息），WiFi模块（连接外网）。硬件整体框架如图3所示，整个产品的工作原理是：传感器收集室内信息传给主板，通过外网与手机交互，返回指令信息，通过蓝牙内网传递信息给红外信息发射模块和继电器/无线开关/智能插座模块，从而控制家电。蓝牙内网由主板（上位机）、下位机、HC-05蓝牙模块组成。开源硬件平台与蓝牙模块通过串口连接，蓝牙模块间进行无线通讯。软件功能设计框架见图4。程序发出的箭头指向其要实现的功能。针对不同的功能，合理运用网络上的开源类库，开发手机端时将仔细研讨人性化操作界面设计方案，尽可能让软件容易上手，较好的控制了软硬件成本，易实现价格低廉、性能较为优越的智能家居系统。

本文设计的基于开源硬件平台的智能家居系统具有较多优势与特点，具体如下：1）利用网络开源硬件开发平台，成本更低，研发周期更短，程序修改调试更容易，新功能开发也比较便利，后期软件维护难度较低。举个例子，如果产品的开发硬件开源板出了故障，用户甚至不需要电子技术基础，按提示购入一块新板并按指示烧写程序到板上即可。2）远距离通信与近距离通信相结合，有线通信与无线通信相结合，可以灵活调整下位机，上位机数量，改进室内网络结构。避免单一通信方式带来的安全性问题。3）不需要购买昂贵的配套的智能家电，适应性较强，大大降低了消费者的支出，尤其是住宅里电器较多的情况。不仅可以在手机端控制，也可以通过电脑访问网站控制，比起米家系统还有HOMEKIT系统更加灵活方便。

3结语

本文设计了一套基于开源硬件平台的智能家居系统，通过网络化综合智能控制和管理，实现全新家居生活体验。根据国务院发布的新一代人工智能发展规划，到2020年底，中国在人工智能（AI，Artificial Intelligence）相关核心领域的主要产业值达到1万亿元，带动相关产业规模超过10万亿元。在这其中，家居作为与大众日常生活联系最紧密的产业之一，无疑是人工智能产业发展的一个重点。智能家居产品现在已经成为了家居行业的发展的重要趋势，智能家居产品技术的水平的不断提高，以及安装工艺的不断累积，可以让更多的用户看到智能产品的优质性能。

参考文献：

[1] 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（02）：474-476.

[2] 李群亮. 物联网在智能家居中的应用[J] . 商品与质量，2015（49）：31-32.

[4] 王诚华 . 情感化设计下的交互产品设计程序方法探究[J]. 设计，2015（11）：72-73.

[5] 孔超，许晓云 . 智能家用电器中的情感化设计策略探究[J]. 设计，2014（9）：25-26.

[6] 朱雅琴. 物联网技术在智能家居中的应用[J] . 电脑知识与技术，2017，13（19）：152-153.

[7] 贾艳星. 探究“SANSAN上上”家居产品中的情感化设计[J]. 设计，2016（13）：108-109.

[8] 李宇， 王卫星， 陈润泽. 基于ZigBee的物联网智能家居系统[J].电子测试，2016（05）：71-75.