无线智能家居控制系统设计研究

郑元杰 朱梓涵 杨德瑞 杨伟

摘 要：本文是对智能家居控制系统的市场现状、硬件设计、软件设计以及未来前景的综合分析，目的在于给那些准备学习和刚开始研究智能家居的工作者一些帮助。

关键词：智能家居;控制系统

随着社会的进步和科技的发展，家不再是简简单单的为人们提供一个吃穿住的私人环境，人们在日常生活上更加追求数字化、信息化、智能化，而智能控制技术的发展越来越成熟，智能家居由此诞生。智能家居的目的就是让家庭变得更加舒适、便捷，为人们的休息和娱乐提供一个良好的环境。

1 智能控制技术研究现状

智能控制是近年来一个十分热门的研究项目，该项目将计算机，自动控制，嵌入式开发等技术与机械电子工程相结合。一开始，智能控制技术主要运用于工业加工和农业灌溉上。而随着数字信息及网络等技术迅速发展，智能控制技术逐渐走进了更多人的视野，同时将这项技术运用于其他的新技术和新设备上，则会产生了更多的新专业方向。

2 智能家居研究现状

随着智能控制技术的迅猛发展，越来越多的家居开始引进智能化系统和设备。因为智能化操作系统的引入，各个智能家居就能够统一管理了，也正是因为如此，使得用户的操作能够更加的便捷。不过现在的主流控制系统和设备，都是由现在制造智能家居的各大品牌厂商所制造。因为品牌的原因，一方面：智能控制系统平台成本会更高;另一方面：因为各大品牌厂商为了便于销售，他们便制订了自己品牌的标准，而使那些购买了不同品牌的用户很是头疼，因为不同的品牌智能家居很难统一管理，但想要购置一整套支持智能家居系统的家具的价格则十分昂贵。

3 智能家居控制系统设计目标

通过调查，人们对于这种智能家居的需求还是挺高的，人们都想要舒适、便捷和安全的居住环境。在调查后，應该构建一个做到如下要求的智能家居系统：

即时控制，装置基于微控制器进行控制，对家居做到即时调节，使用者可以自由的改变家庭环境的模式，以达到自己想要的环境;操作简单，容易上手，通过智能APP，让控制平台的人机交互更加方便。同时，该装置可以将设备联入了服务器，能够让使用该平台的用户，随时随地都能够获取测试环境数据，并且能够控制测试环境中的智能家居;安全性高，装置中对温度等传感器预设阈值，当超过该值，装置会及时做出反应和调节反馈给使用者，做到舒适便捷且安全;成本低，性价比高，使大部分家庭都可以承担的费用。兼容性强，该装置可以连接各种智能家具，并能够同时运行不发生冲突。

4 智能家居控制系统的设计原理

智能家居控制系统其实就是微控制器搭载各种传感器以及无线传输控制器件达到智能控制的目的。因此研究者就需要知道，如何通过微控制器去获取传感器的各种数据，将其做处理和分析，从而根据设定来通知用户或者直接控制智能家居，达到智能的目的。

5 系统硬件选材以及设计

目前微控制器的选择有很多，而作为一个设计项目，只要微控制器的资源够设计者使用就行了，可以采用目前国产的增强型8051单片机，比如STC的15系列1T的单片机，价格低廉、并且资源完全够用。对于传感器方面，目前的传感器种类很多，要选择的器件一定要便于编程控制，并且数据转换速度适中就可以了，因为智能家居控制系统的实时性一般用户的要求都不会太高，这种延迟速度用户是感受不出来的，这样一来也能节约一部分设计的成本。最后，便是无线传输器件了，因为既然是要作为控制智能家居的控制平台，就需要通过无线传输器件来将这些数据处理了并将各种处理结果和数据发送到用户能够查询和控制的平台，这个平台可以是各种APP、网页、或者独立的显示端口都可以。因此无线传输器件的选择是十分重要的。这种器件的传输方式可以选择使用蓝牙、ZigBee、和wifi等，当然各个方式有各个方式的优缺点，在这里推荐的方式是wifi的方式，因为目前智能家居发展形势来看，用户所追求的理想方式是真正达到无线，随时随地都能够去获取家庭的环境信息，以及能够自由的去控制家居。所以wifi的方式是最佳的。这个器件，推荐使用ESP8266这个可以通过串口来控制的wifi器件，即方便编程控制，同时价格低廉。器件选择完毕后，就需要根据所选微控制器来具体分配其资源，并设计所需器件的驱动电路，一步一步对基本的器件进行单独的调试，完成后就可以将总的硬件电路设计出来了。

6 系统软件设计

因为智能家居控制系统对实时性要求的并不高，所以可以采用精简的非实时性操作系统，比如KEIL公司免费的RTX-51系统还是很不错的，还有一个就是推荐采用状态机的方式在裸机上设计，也是十分方便的。软件设计方面的需要注意的就是要多从用户舒适的到人机交互角度去分析编程，这样才能变得更加智能和人性化。在编写各种驱动程序的时候要多封装成接口，便于驱动和以后的调试。

7 发展前景

智能家居是一个正在成长的技术，目前所能研究的只是冰山一角，因为群众的需求高。该项目的发展潜力很大。同时因为5G网的推行，在今后这项技术将更加大众化，简洁化，并且成本更低，兼容性更强。智能控制技术在发展的同时也将进入更多的领域当中。

参考文献：

[1]梁景凯，曲延滨.智能控制技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社出版.

[2]张齐，朱宁西.单片机应用系统设计技术[M].北京：电子工业从出版社，2009.

[3]黄惟公，邓成中，王艳.单片机原理与应用技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007.

作者简介：郑元杰（1998-），男，四川南充人，本科，四川轻化工大学通信工程专业，研究方向：嵌入式设计;朱梓涵（1998-），男，汉族，四川自贡人，本科，四川轻化工大学通信工程专业，研究方向：计算机网络技术;杨德瑞（1998-），男，汉族，四川彭州人，本科，四川轻化工大学通信工程专业，研究方向：计算机网络技术;杨伟（1997-），男，汉族，四川绵阳人，本科，四川轻化工大学通信工程专业，研究方向：集成电路设计。