物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)

陳炳宏 黃萍 韋向成 王清生 李菲菲

摘 要：為了使人們享受更加安全、方便、智能化的家居生活環(huán)境，本文系統(tǒng)集人臉識別自動開門、危險氣體檢測、室內(nèi)光照強度檢測與控制、室內(nèi)溫濕度檢測等功能于一體化并能通過PC端控制的智能家居系統(tǒng)。使用STM32單片機作為主控CPU，配合ESP8266物聯(lián)網(wǎng)模塊，以及攝像頭、氣體檢測、光照強度檢測、溫濕度檢測等模塊來對室內(nèi)環(huán)境各參數(shù)進行實時監(jiān)測。通過對環(huán)境的自動檢測并返回環(huán)境數(shù)據(jù)給單片機，實現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵字：智能化 ?STM32 ?物聯(lián)網(wǎng)模塊 ?智能家居控制系統(tǒng)

1引言

5G時代，從萬物互聯(lián)到萬物智能的黃金時代。如果說5G是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的堅實基礎(chǔ)，人工智能則是物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的催化劑，成為了推動人類進入萬物智能時代的決定性力量?？萍几淖?nèi)藗兊纳罘绞?，使人們可以在生活的各個方面享受到科技發(fā)展帶來的便利。對居家生活質(zhì)量也有了更高的要求。隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能家居越來越引起人們的關(guān)注。人們的生活水平提高后，對生活質(zhì)量也有了更高的要求。人們希望通過手機、電腦等智能電子設(shè)備來控制家里的電氣設(shè)備，觀察家里的安全等。智能家居正是按照“安全、方便、舒適、智能化”來設(shè)計的，用現(xiàn)代科技滿足人們的生活需求，并帶來全新的體驗。

當前，“互聯(lián)網(wǎng) +”時代已然來臨算機技術(shù)進展迅速，網(wǎng)絡(luò)信息化廣泛運用，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為新技術(shù)主角。就字面意思來說，物聯(lián)網(wǎng)就是物與物之間有著聯(lián)動，是計算機技術(shù)的一部分，是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的延展，也是信息化技術(shù)應(yīng)用在實踐中的具體化表現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過多種傳感技術(shù)及裝置，按照預(yù)先預(yù)定的協(xié)議或程序，將網(wǎng)絡(luò)與各類物體進行連接，動態(tài)收集、監(jiān)控物體狀態(tài)。

目前，網(wǎng)絡(luò)上盛傳許多模擬式的智能家居系統(tǒng)，但現(xiàn)實生活中，真正安裝在家庭里的智能家居系統(tǒng)缺沒有普及。本系統(tǒng)致力于設(shè)計一款具備高安全度、高舒適度、高智能化的智能家居系統(tǒng)，以實現(xiàn)人們對科技生活的體驗。

2 整體系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采用的是Cortex-M4內(nèi)核的STM32ZET6芯片作為主控，并調(diào)用OpenMV4實現(xiàn)人臉辨認，利用氣體檢測模塊、光照強度模塊、溫濕度檢測模塊、穩(wěn)壓源、舵機、直流電機等模塊相配合用以實現(xiàn)智能監(jiān)測并處理家居環(huán)境信息。將信息顯示在LCD屏幕上并通過ESP8266模塊將信息發(fā)送到手機上。如果檢測到CO值超過正常值則蜂鳴器警報、發(fā)信息到手機上提醒并自動啟動風(fēng)扇以提供換氣功能。采集室內(nèi)環(huán)境光照度，在低于設(shè)定值時則自動開啟燈光，高于則關(guān)閉燈光，以起到節(jié)能作用。可用手機控制窗戶的升降。最后人臉識別技術(shù)進行開關(guān)門設(shè)計，并且有語音播報。

3 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

機械結(jié)構(gòu)主要是設(shè)計卷簾式的窗簾，以及人臉識別的自動門鎖。卷簾式的窗簾的升降主要由電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來完成，通過連軸器將直流電機的主軸與窗簾的直桿穩(wěn)固鏈接實現(xiàn)同步傳動的效果，以實現(xiàn)直流電機正反正帶動窗簾升降的功能。

自動門鎖主要是把原來手把控制鎖芯的來回運動，通過360°旋轉(zhuǎn)舵機來控制。當人臉識別信息正確后，將信息反饋給STM32單片機來進行處理。

4軟件功能設(shè)計

人臉識別方法：預(yù)先將雪要識別的人臉進行圖片采集錄入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，并分別分析保存其特征點。在進行人臉識別時，將采集的人臉信息與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中預(yù)先錄入的人臉信息進行相似度比對，返回人臉相似度分數(shù)。

危險氣體檢測：采用MQ-7一氧化碳模塊以及MQ-2煙霧氣敏傳感器對室內(nèi)環(huán)境氣體進行檢測。兩個模塊返回的電信號參數(shù)都是電壓值，通過對電壓值的換算得到相應(yīng)氣體在空氣中占的百分比含量。再將正常情況下該氣體在空氣中的含量作為一個預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)檢測到超過該預(yù)設(shè)值時則返回一個電信號，蜂鳴器開始發(fā)出警報聲音，并通過WIFI模塊將信息發(fā)送到用戶手機上。

光源信號采集：通過使用BH1750FVI光照強度傳感器對室內(nèi)光照強度信號進行采集。

5結(jié)束

面向物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)的硬件平臺為單片機、PC 主板，包括家電控制模塊、報警信號采集模塊等多個模塊，借助無線及有線網(wǎng)絡(luò)有效連接不同家電設(shè)施，將遠程監(jiān)控家電設(shè)備變?yōu)榱爽F(xiàn)實。網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的智能家居環(huán)境已經(jīng)成為未來主要的發(fā)展趨勢，具有廣闊運用前景，但是還需要不斷開展探索和研究工作。

通過綜合調(diào)試與供電，系統(tǒng)的總體運行比較順利，各個傳感器模塊的信息采集也非常準確穩(wěn)定，各個部分之間的工作搭配協(xié)調(diào)有序。

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