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基于ESP8266与机智云的物联网智能家居

2023-03-22管嘉诚李晓烽黄志芳吴培炜苏妙燕

物联网技术 2023年3期
关键词:机智手表家居

管嘉诚,李晓烽,黄志芳,吴培炜,苏妙燕

(嘉应学院,广东 梅州 514015)

0 引 言

传统家电产品性能已发展到极限,难有大幅度上升。传统家电行业急需创新产品,时下最热门的人工智能便成了行业突破口。因此,智能家居成为了家电大厂和互联网巨头的必争红海[1]。随着智能家居相关技术的不断成熟与发展,智能家居系统的发展前景将更加广阔。移动互联技术在智能家居系统中扮演着重要角色,能够有效地对家居环境进行远程监控和管理,对智能家居系统设计有着至关重要的作用。因此研发出一套价格适合、稳定性高的智能云家居显得非常紧迫和重要。

本文设计的智能云家居系统能够将传感器采集到的信息通过ESP8266传输到机智云物联网平台的服务器,再通过智能手表对其进行远程监控和管理。本系统采用的传感器较为常见且价格低廉,配件来源广且精准度高,可扩张且移植性强,从而降低了硬件成本,大幅提高了产品的性价比[2]。

1 系统的硬件组成结构

本系统第一部分硬件结构如图1所示,它以STM32F103ZET6单片机作为核心,搭载温湿度传感器、气体传感器、光强传感器、烟雾传感器、继电器、电机,并将ESP8266作为数据云传输的通信模块等。

图1 硬件系统框架

为了使系统数据传输更加稳定可靠,本系统采用了意法半导体的STM32F103ZET6微控制器。此款微控制器主频能达到72 MHz,拥有4通道PWM、13个通信接口和16位定时器等资源,能够满足本设计的要求[3]。

本系统第二部分硬件结构实物如图2所示。WT-32-SC01是一款以ESP32为核心的可视化触摸屏,采用这块开发板作为智能手表的核心,通过连接机智云平台对家居进行远程监控和管理。

图2 WT-32-SC01实物

ESP32是乐鑫公司的一款产品,它集成了电源管理、功率放大、RF balun、滤波器、接收低噪声器等于一体,可以实现强大的处理性能和WiFi功能。

1.1 智能家居数据云传输

本系统的数据云传输功能采用的是乐鑫公司的ESP8266,它自成体系又有完整WiFi网络解决方案。ESP8266在AP模式下能够接入无线服务,例如路由器等,从而与机智云的云端互联。本系统的主控芯片会将采集到的各种信息分析处理后,通过ESP8266传输到机智云的云平台上[4]。

1.2 智能手表远程监控

本系统设计的智能手表采用ESP32作为核心,在ESP32的STA模式下连接到路由器上,进而连接到移动互联网;通过访问机智云云端的IP地址,读取智能家居在云端存储的各项信息,实时反馈显示到智能手表上,以达到远程监控的目的。智能手表监控端如图3所示。

图3 智能手表监控端

1.3 智能手表远程管理功能

本系统的智能家居在正常运行时,可以通过智能手表上的触摸屏对智能家居进行远程管理。通过触控显示屏,智能手表会将命令实时反馈到机智云平台上,智能云家居会读取机智云的命令,进行自检并执行命令。例如,远程开启电风扇和LED照明灯等[5]。

1.4 智能家居智能调节

本系统在正常运行状态下会开启智能调节功能。该系统利用温湿度传感器检测室内的温湿度,当温度超过所设定的阈值时,系统将会自动打开风扇,对室内进行降温;当室内二氧化碳浓度达到阈值时,继电器将驱动排气扇,进行通风换气;当光照强度低于所设定的阈值时,自动点亮LED照明灯;当室内产生大量的一氧化碳时,系统将会报警并通风,排尽室内的一氧化碳。智能调节的所有阈值均可根据情况调整[6]。

2 软件设计与实现

2.1 智能云家居系统采集数据

本系统的单片机会对各个传感器进行初始化,传感器将采集到的温湿度、二氧化碳浓度、光照强度、一氧化碳浓度等信息传输到主控芯片上,主控芯片会对接收到的数据进行分析处理并等待发送。智能云家居数据采集流程如图4所示。

图4 智能云家居数据采集流程

2.2 智能云家居数据云传输

主控芯片通过定时器设定好每次发送数据的时间间隔,可有效提高系统稳定性。主控芯片将处理好的数据通过ESP8266连接互联网再传输到机智云平台。智能云家居数据云传输流程[7]如图5所示。

图5 智能云家居数据云传输流程

2.3 智能手表远程监控

智能手表通过接入移动互联网进而读取机智云平台的数据,手表端的主控芯片ESP32将数据实时显示在触控屏上[8]。智能手表端显示数据流程如图6所示。

图6 智能手表端显示数据流程

2.4 智能手表远程管理

通过触控屏的触摸反馈,ESP32实时将命令传输到机智云平台,最后再传输给智能云家居系统。智能手表端触摸反馈发送命令流程如图7所示。

图7 智能手表端触摸反馈发送命令

2.5 智能调节

本系统在正常运行状态下自动开启调节系统,主控芯片通过分析各个传感器传输的数据,判断各个状态是否处于阈值中,进行智能调节。智能调节流程如图8所示。

图8智能调节流程

3 实验结果

系统实物如图9所示。对系统进行硬件和软件测试,本系统采用沙盘建筑为载体,将各个功能模块固定在沙盘建筑的各个位置上,通过智能云家居数据采集系统测试、数据云传输测试、智能手表远程监控测试、智能手机远程管理测试、智能云家居智能调节测试,证明系统均能够正常运行[9]。智能手表远程实时显示“正常启动”,与智能家居采集到的数据一致,系统的响应时间约为1 s。系统对温湿度、烟雾浓度、一氧化碳浓度超过阈值的处理误差为1%~5%,符合设计要求[10]。

图9 智能家居实物

4 结 语

我国老龄化现象严重,面对这一问题,需要把年轻人从繁琐复杂、高重复率的日常家务中解放出来,让他们专注更有价值、更具创造性的事务。本文研究开发的智能云家居系统可安装于绝大多数家庭的家居中,具有可扩张性高、稳定性强、性价比高等优点,能够有效提高人们的生活品质。

本文方案还可以从以下方面进行优化:优化数据传输系统,降低数据延迟时间,使之能够更快地在智能手表上实现显示数据;增加手机APP远程监控管理功能,目前智能手机的使用率很高,是不错的远程监控管理平台。

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