(沈陽理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧沈陽 110159)

基于互聯(lián)網(wǎng)的智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

孟凡宇

(沈陽理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧沈陽 110159)

智能家居是一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，在一個(gè)穩(wěn)定的成長(zhǎng)期，大眾消費(fèi)的概念尚未形成，但隨著智能家居的推廣和消費(fèi)者消費(fèi)習(xí)慣的進(jìn)一步普及，智能家庭市場(chǎng)的消費(fèi)潛力巨大，智能家居行業(yè)前景廣闊。與此同時(shí)，許多的智能家居產(chǎn)品也逐步走向市場(chǎng)，然而，這些產(chǎn)品大多數(shù)是將傳統(tǒng)的家居設(shè)備升級(jí)，實(shí)現(xiàn)某個(gè)家電或者家居設(shè)備的智能化，其余的少數(shù)智能家居系統(tǒng)則價(jià)格不菲。本系統(tǒng)采用具有性價(jià)比的51芯片，通過最簡(jiǎn)單的控制實(shí)現(xiàn)很多高費(fèi)用的技術(shù)，隨著產(chǎn)品的成熟與大眾消費(fèi)觀念的改變，我們有理由相信，智能家居的普及離我們不會(huì)太遙遠(yuǎn)。

1.引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，現(xiàn)代人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來越高，生活環(huán)境變得更加舒服，安全，人性化，智能化。導(dǎo)致家庭智能需求的顯著增加，不僅如此，由于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和電子通信技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致智能家居的誕生。智能家居影響人們生活的各個(gè)方面，改變?nèi)藗兊纳盍?xí)慣，改善人們的生活質(zhì)量，這將成為一個(gè)趨勢(shì)智能家居作為一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)，在一段時(shí)間和關(guān)鍵增長(zhǎng)點(diǎn)。雖然居民對(duì)智能家居市場(chǎng)消費(fèi)觀念尚未形成，但隨著智能家居市場(chǎng)的進(jìn)一步普及，智能家居將會(huì)對(duì)我們的生活產(chǎn)生巨大影響。

2.系統(tǒng)的總體功能介紹

本系統(tǒng)是一個(gè)智能化的家居控制系統(tǒng)，它運(yùn)用了語音識(shí)別、傳感、通信、無線傳輸技術(shù)及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。它具有以下功能：

語音控制和短信遠(yuǎn)程控制家電的使用；

語音控制和短信遠(yuǎn)程控制燈光及插座的開關(guān)；

語音控制和短信遠(yuǎn)程控制窗簾的開關(guān)，以及窗簾在自動(dòng)模式下根據(jù)光照強(qiáng)度自動(dòng)開關(guān)；

具備安防功能，具備火災(zāi)、危險(xiǎn)氣體泄漏、外人闖入等突發(fā)狀況的報(bào)警功能，當(dāng)有突發(fā)狀況時(shí)，通過短信方式向戶主發(fā)出警報(bào)。

本系統(tǒng)主要特點(diǎn)是使用戶在家中時(shí)能夠方便地使用語音命令控制家電，燈光，窗簾等家居設(shè)備，解放了雙手，新穎方便又實(shí)用。用戶不在家中時(shí)，可以短信方式遠(yuǎn)程控制家中的家居設(shè)備，并且安防功能確保了用戶不在家中時(shí)能第一時(shí)間知道家中發(fā)生的突發(fā)狀況 ，大大減少突發(fā)狀況對(duì)用戶造成的損失。

3.系統(tǒng)總體實(shí)現(xiàn)方案

本系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)功能的要求將各個(gè)模塊整合為各個(gè)功能板塊，其中包括：

語音命令板：語音命令板中主要包括12C5A單片機(jī)、語音識(shí)別模塊、無線傳輸模塊。語音識(shí)別模塊識(shí)別語音命令之后與單片機(jī)通訊，單片機(jī)根據(jù)識(shí)別的語音命令再通過無線傳輸模塊向其他功能板發(fā)送命令數(shù)據(jù)。

安防報(bào)警板：該功能板主要包括12C5A單片機(jī)、GSM模塊、NRF24L01模塊與傳感器模塊，分別檢測(cè)火焰情況，危險(xiǎn)氣體泄漏，外人闖入這幾種突發(fā)狀況，傳感器與單片機(jī)相連接，單片機(jī)與GSM模塊和無線模塊通訊。當(dāng)傳感器檢測(cè)到有突發(fā)狀況時(shí)，通過GSM模塊向用戶發(fā)送警報(bào)短信，并通過蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲音。用戶也可以向GSM模塊發(fā)送相應(yīng)的短信，控制家中的家電，燈光和窗簾。當(dāng)GSM模塊接收到用戶的命令短信后，通過與單片機(jī)通訊，單片機(jī)再控制無線傳輸模塊發(fā)送命令數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)短信遠(yuǎn)程控制的功能。

窗簾控制板：該功能板主要包括12C5A單片機(jī)、nrf模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和光敏傳感器。無線傳輸模塊接收命令數(shù)據(jù)，單片機(jī)根據(jù)接收的命令數(shù)據(jù)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)，開啟或者關(guān)閉窗簾。在自動(dòng)模式下，光敏傳感器檢測(cè)光照強(qiáng)度，在白天光照強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，窗簾開啟，晚上，光照強(qiáng)度弱時(shí)，窗簾關(guān)閉。

燈光及插座控制板：該功能板主要包括12C5A單片機(jī)、無線傳輸模塊和繼電器模塊。無線模塊接收命令數(shù)據(jù)后，通過單片機(jī)控制繼電器的開關(guān)，從而控制燈光和插座的開關(guān)。

紅外遙控板：該功能板主要包括12C5A單片機(jī)、無線傳輸模塊和紅外線發(fā)射頭。單片機(jī)中內(nèi)置控制空調(diào)及電視機(jī)紅外程序，通過函數(shù)調(diào)用，即可從紅外發(fā)射頭中發(fā)射紅外遙控命令。無線傳輸模塊接收命令數(shù)據(jù)，單片機(jī)根據(jù)接收到的命令數(shù)據(jù)選擇調(diào)用相應(yīng)的紅外遙控函數(shù)，從而控制電視及空調(diào)的使用

本系統(tǒng)各個(gè)模塊分工明確，又通過無線傳輸模塊相互聯(lián)系，共同組成了一個(gè)實(shí)用的簡(jiǎn)易智能家居控制系統(tǒng)。

4.系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

在基于互聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)完成后，各個(gè)功能測(cè)試結(jié)果如下：

4.1.對(duì)語音識(shí)別板進(jìn)行測(cè)試：

將語音識(shí)別模塊開啟，對(duì)其用普通話表達(dá)命令，測(cè)試語音識(shí)別的正確率。我們分別在不同的距離下，對(duì)語音識(shí)別模塊用同樣的聲音大小說出不同的命令，每一個(gè)命令測(cè)試10次，記錄下語音板識(shí)別成功的次數(shù)，結(jié)果如下表所示：

表1 語音識(shí)別板測(cè)試結(jié)果

由表格數(shù)據(jù)我們可以看出，nrf24L01通信距離越遠(yuǎn)，識(shí)別率越低。語音命令字?jǐn)?shù)越多，語音識(shí)別模塊識(shí)別率越低。我們可以采取增加咪頭增益的方式來提升遠(yuǎn)距離的識(shí)別率，但是咪頭增益太大，語音板接收到的噪音就越多，識(shí)別率反而下降。所以我們經(jīng)過多次測(cè)試，選擇了一個(gè)比較適宜的值。

4.2.對(duì)無線傳輸模塊的傳輸距離測(cè)試：

將語音識(shí)別板放置在固定地點(diǎn)，將其他模塊放置在離語音識(shí)別板距離分別為3m，5m，7m，10m，15m進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果為無線模塊在距離10m內(nèi)能正常接收/發(fā)送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模塊間的相互通信。在15m時(shí)信號(hào)不穩(wěn)定。我們分析原因?yàn)槟K的發(fā)送功率不夠，造成距離遠(yuǎn)收發(fā)信號(hào)不穩(wěn)定。我們采取了識(shí)別到語音命令，則將此數(shù)據(jù)發(fā)送多次，防止信號(hào)不穩(wěn)定，發(fā)送一次接受方未成功接受數(shù)據(jù)的情況發(fā)生。

4.3.對(duì)窗簾控制板進(jìn)行測(cè)試：

在語音控制下，窗簾控制模塊沒有問題，我們主要對(duì)自動(dòng)模式下的窗簾控制模塊進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)光強(qiáng)較弱時(shí)，到達(dá)一個(gè)臨界值，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，表示窗簾關(guān)閉，反之，當(dāng)光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，到達(dá)一個(gè)臨界值，電機(jī)反轉(zhuǎn)，表示窗簾開啟。將光敏電阻上面的電位器進(jìn)行調(diào)整，可以調(diào)整光敏模塊被觸發(fā)的光強(qiáng)臨界值。

4.4.對(duì)燈光及插座板進(jìn)行測(cè)試：

該板上用繼電器模塊來實(shí)現(xiàn)燈光以及插座的控制，經(jīng)過多次試驗(yàn)，在無線模塊正常接收數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，該模塊工作正常。

4.5.測(cè)試總結(jié)：

經(jīng)過多次試驗(yàn)，本系統(tǒng)功能基本實(shí)現(xiàn)，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。工作情況穩(wěn)定，實(shí)用性較強(qiáng)。本系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好，此后還可以加入其它的功能。

5.系統(tǒng)的適用范圍及市場(chǎng)前景

本系統(tǒng)可用于諸多家庭、旅店、小型商業(yè)店鋪等，系統(tǒng)成本低廉，功能實(shí)用便捷，并且功能具有裁剪和擴(kuò)展性，可以根據(jù)實(shí)際需要去除部分功能或者增加其他功能，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求?？梢哉f本系統(tǒng)適用范圍廣闊。當(dāng)下，國(guó)內(nèi)智能家居產(chǎn)業(yè)正處于崛起階段，大部分家庭所使用的還是傳統(tǒng)家居設(shè)備，而本系統(tǒng)正是針對(duì)這種現(xiàn)狀開發(fā)的，用戶不需要對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)家居升級(jí)便可以使用本系統(tǒng)功能，可以說本系統(tǒng)的潛在市場(chǎng)非常巨大。本系統(tǒng)在經(jīng)過完整的測(cè)試調(diào)整之后，是可以進(jìn)行生產(chǎn)的，所以說本系統(tǒng)具有較好的市場(chǎng)前景。

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G322

A

1007-6344（2017）04-0337-01

孟凡宇，男，沈陽理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院通信工程專業(yè)