基于物联网平台的智能家居监控系统设计

区玉俊（中山大学 新华学院 广东 东莞　523133）

基于物联网平台的智能家居监控系统设计

区玉俊
（中山大学 新华学院 广东 东莞523133）

为了提高家居环境的智能化，设计一种基于物联网平台的智能家居监控系统，选用STM32作为为系统控制核心，结合无线网络、无线传感技术与嵌入式技术，以分块设计实现监测和监控功能，定时地对目标环境进行检测，并通过物联网平台yeelink将采集到的信息发给用户，用户可以实时接收到并得知家居环境参数，并且可以通过远程控制家居设备状态。通过对该系统多次现场模拟实验，系统能够稳定运行、实时传输数据到终端，相对于传统智能传输系统稳定性和数据处理能都有提高。

家居监控；物联网；传感器；实时

如今无线通信、传感器等技术的快速发展以及人们安全意识的不断提高，智能家居的设计被提出并深入研究［1］。智能家居集电子信息技术和计算机控制与一体，通过在家居中设计安装各类传感器，如视频监控、温湿度采集等，再通过物联网平台将采集到的数据实时传输到用户终端，并可以远程操控家居中的设备运行状态。但传统的智能监控设备，由于采用布线方式，系统比较繁琐，一定程度限制了其发展［2］。为此，本文选用以ARM内核的STM32控制器，以物联网平台为基础，设计出一种基于物联网平台的智能家居监控系统。

1　系统功能架构

物联网家居环境信息检测及设备控制系统由：环境信息采集传感器模块、无线传输模块、物联网平台与系统的核心控制模块4个部分构成，总体架构利用模块式的构建模式，系统的构建与总体连接功能如图1所示。图中的传感器单元包括温度传感器、湿度传感器、有害气体检测等模块，采用以太网网络负责将采集到的信息传输到终端上位机显示，采用最新的socket程序库，提高系统数据在网络传输的稳定性和可靠性，实现对数据的采集、传输、显示功能，实现智能化、网络化［3］。

图1　系统的总体结构图

2　系统硬件设计

2.1微控制器

本系统的设计中使用 STM32F103作为核心处理器，STM32F103是一款内核为32位处理器的单片机［4］，其最高工作频率为72 MHz，数据处理速度高速，片上集成丰富的资源，具备多个外部中断源，能够同时处理多路中断，提高处理器的资源利用率，3路 URAT，I2C、PWM、SPI等多路通信接口，片外存储器的接口拓展有 Nor Flash、SDRAM，通过总线方式与微处理器相连，拓展储存数据空间，并且具有高数据传输的DAM通道。STM32芯片通过SPI接口和RS-232接口与无线通信模块以及其他传感器单元模块进行数据的交换［5］。与其他单片机相比拥有性能高、成本低、功耗低等特点。主控制器内部结构图如图2所示。

图2　STM32内部结构图

2.2数据传输模块

本系统的数据传输是通过无线网络桥梁来实现的，对家居中采集到的数据通过无线网络传输到用户终端，提高了通讯的效率和协调化。在电路搭建中其主要研究的是STM32单片机与W5500之间的数据交换、扩展NRF2410无线传感模块和传感器之间的数据接收、处理与发送［6］。主控制器与W5500模块建立网络连接，W5500通过SPI串行外部接口与主控器芯片相连进行通讯，实现将数据通过无线传输到物联网平台yeelink，最终能与用户的终端进行信息交互。选用2.4GHz无线收发NRF2410模块与各类传感器连接，实时采集传感器数据变化，并将数据传输到主控制器。图3为网络通信模块W5500与主控制器的通信连接方式。

图3　W5500与主控制器连接方式

3　软件设计

本系统软件设计的核心部分是主控制器与网络通信模块的设计部分，无线通信模块作为数据通信的中间桥梁，连接物联网平台yeelink平台［7］。W5500具有80MHz的告诉SPI接口，支持8个Socket连接，支持TCP、ICMP与PPPoE协议、支持高速串行外设接口。W5500的接口速度完全能满足STM32的最大SPI速度，如下是以太网W5500通过SPI接口连接STM32主控制器初始化部分代码，实现将数据实时传传输到物联网平台［8］。

初始化W5500端口：

W5500_Write_Register（Sn_CR（s），Sn_CR_CLOSE）；

while（W5500_Read_Register（Sn_CR（s）））；//等待关闭命令完成

W5500_Write_Register（Sn_IR（s），0xFF）；//清除中断

W5500写入命令：

u8 Listen（SOCKET s）

｛u8 status=0；/*只有 Sn_SR寄存器变为 SOCK_INIT之后，才可以进行LISTEN和CONNECT命令*/

if（W5500_Read_Register（Sn_SR（s））==SOCK_INIT）

｛W5500_Write_Register（Sn_CR（s），Sn_CR_LISTEN）；// 往Sn_CR中写入LISTEN命令

while（W5500_Read_Register（Sn_CR（s）））；//等待指令完成

4　系统测试

家居智能监控系统的设计中主要具有以下功能：用户登陆模块、家居环境监控模块、家居设备工作状态监控模块、各电器操控模块、报警处理模块、系统维护模块与用户管理系统模块。用户登录模块用于用户验证身份，确认用户的个人登录。室内环境监控模块用于室内的温度、湿度、亮度与气体的监测，用户根据该软件模块可以具体地观察到家中的室内环境。家电工作状态监控模块主要用于观察各个家电当前的工作状态，用户能在软件中观察到家中电器是否已经关闭或者开启。电器操控模块用于让用户能够便捷地开关与调节电器，为整个控制系统的核心部分［9-10］。报警处理模块用于当家中出现不能处理的特殊情况及时给用户发送紧急状态信息，给予用户一个准确的当前紧急状态提醒。系统维护模块是为该软件设置的模块，该模块能使得软件更加地具有健康性，能让用户得到更好的体验。用户管理系统模块用于用户添加新的权限账号与新的家居监控与控制子系统，使得软件具有更大的可适应性。终端设备界面窗口设计如图4所示，系统测试如图5。

5　结束语

文中设计了基于物联网平台的智能家居监控系统，通过引入多种传感器单元和无线通信模块，能够完成数据的采集、传输和处理。系统通过多次模拟测试，系统稳定运行，能够检测和监控家居中的设备，可以大大提高家居的安全性。系统以STM32作为系统核心控制器、具有低功耗、数据处理速度高效等特点，随着嵌入式和传感器的不断发展，智能家居会得到更好的发展与应用。

图4　终端界面窗口

图5　系统测试

［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（2）:474-479.

［2］高小平.中国智能家居的现状及发展趋势研究［J］.低压电器，2013，11（4）:125-126.

［3］王超，骆德汉，郑魏.基于STM32的嵌入式智能家居无线网关设计［J］.计算机技术与发展，2013，23（3）:241-244.

［4］陈致远，朱叶成，周卓泉，等.一种基于STM32的智能家居控制系统［J］.计算机技术与应用，2012，38（9）:138-140.

［5］毛明毅，蒋元恒，陈志成.智能家居远程Web管理控制平台的设计与实现［J］.微电子学与计算机，2013，30（5）:121-124.

［6］付蔚，唐鹏光，李倩.智能家居语音控制系统的设计［J］.自动化仪表，2013（35）:46-50.

［7］蒋峰.家居智能安全远程无线监控系统的设计［J］.计算机测量与控制，2012，20（9）:2435-2442.

［8］Dario Bonino，Giuseppe Procaccianti.Exploiting semantic technologies in smart environments and grids:Emerging roles and case studies［J］.Science of Computer Programming，2014 （95）:112-134.

［9］李泊锋，王亚刚.基于ZigBee无线技术的智能家居系统设计［J］.电子科技，2016（3）:86-89.

［10］侯洪凤，王立娟，何丹丹，等.智能家居系统体系架构设计［J］.电子设计工程，2016（3）:14-15.

Smart home monitoring system based networking platform

QU Yu-jun
（Sun Yat-sen university，Xinhua College，Dongguan 523133，China）

In order to improve the intelligence of the home environment，to design a smart home monitoring system networking platform based on STM32 chosen as the control center for the system，with a wireless network，wireless sensor technology and embedded technology to block designed and implemented monitoring and control function，regularly the target environment for testing，and through networking platform yeelink the collected information to the user，the user can receive real-time and that the home environment parameters，and remotely control the home device status.Several on-site simulation experiments，the stable operation of the system through the system，real-time transmission of data to the terminal，compared to traditional intelligent transmission system stability and data processing can have improved.

home monitoring；networking；sensors；real-time

TN99

A

1674－6236（2016）11-0157-03

2015-06-30稿件编号：201506250

区玉俊（1992—），男，广东佛山人。研究方向：无线网络、网络与系统安全。