WiFi平板智能家居控制系统

彭卫星+邹文欢+毋茂盛

摘 要：随着网络技术和通信技术的发展，利用移动通信设备控制家居技术成为人们目前的研究热点。由于平板具有显示屏幕大等优点，用平板控制家居，操作更方便，特别适合老年人群。文中开发了一个平板App程序和对应的硬件电路，实现了通过WiFi和ZigBee技术控制家中电灯、空调与门锁等设备的目的。

关键词：App；WiFi；红外；智能家居；

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）12-00-03

0 引 言

随着互联网技术和3G、4G通信技术的不断发展，WiFi已成为目前最普遍的无线通信方式之一。如今90%以上的家庭都拥有WiFi，主要用于手机上网。利用WiFi通信，无需布线，因此，利用WiFi进行智能家居的自动化控制成为目前工程师们研究的热点。由于老年人反应迟钝，视力欠佳，操作手机时，经常会因看不清或抖动出现按错键的情况，更有甚者可能无法操作手机，而平板具有比手机更大的屏幕，因此，本文开发了一个基于平板和WiFi技术的智能家居监控系统，通过在平板电脑上“指指戳戳”实现开灯、开门和开关空调。

1 系统结构与功能

1.1 总体设计

系统的总体硬件结构如图1所示。

1.2 系统的工作原理

平板通过ESP8266 WiFi模块与基于CC2530的协调器相连。WiFi选择AP模式，默认的IP地址为：192.168.4.1；通过AT指令可以查看或修改WiFi模块的IP地址（具体方法见ESP8266中AT指令手册）。为了控制空调、电灯和门锁等设备，采用积木式结构，每个设备对應一个终端节点，终端节点与CC2530协调器之间通过ZigBee协议进行组网通信。不同的终端节点具有不同的硬件电路和控制功能，由此最终实现通过平板对家中设备如电灯、空调以及门锁的控制。

2 系统硬件设计

系统硬件主要由基于CC2530的协调器和基于CC2530的终端节点组成，其工作原理如图2所示。

CC2530是由美国TI公司设计的SoC芯片，它采用8051内核，含有可编程闪存、8 KB RAM、UART和SPI接口等，最重要的是具有采用ZigBee协议进行数据无线发射和接收的功能，适用于智能家居、工业控制等特定场合，能够省去连线的麻烦，被广泛应用于物联网技术领域[1]。本项目中用CC2530分别设计了协调器和终端节点，两者之间通过ZigBee进行无线通信。协调器作为平板和终端节点之间的桥梁，用以转发各种命令和数据；终端节点用于数据采集或执行平板发送的命令，实现室内温度数据采集、控制电灯开关、开启门锁和空调等。对于不同的终端节点，仅焊接相关的电子元件即可。

2.1 WiFi模块

WiFi模块的主芯片为高性能无线 SOC esp8266-01，在较小尺寸封装集成了业界领先的 Tensilica L106 超低功耗 32 位 MCU以及WiFi MAC/ BB/RF/PA/LNA等，支持 16 位精简模式和RTOS，支持标准的 IEEE 802.11 b/g/n 协议和完整的 TCP/IP 协议栈。WiFi模块的工作电路如图3所示。

2.2 空调控制电路设计

为了控制空调，用CC2530的P2.0通过电阻外接三极管9013的基极，9013的集电极接红外发光二极管。通过CC2530的P2.0引脚输出脉冲可以开启和关闭空调。

2.3 电灯和开锁电路设计

用CC2530的P1.3和 P1.5 输出两路控制信号，经三极管驱动后接继电器，由继电器控制灯泡的220 V电源和12 V开锁电源，最终实现开关灯泡和门锁。

2.4 室内温度采集电路设计

DS18B20是美国DALLAS半导体公司设计的数字温度传感器[2]，它可直接将温度转换成数字温度值，温度测量范围为 -55 ～ 125℃；采用1-Wire 接口。可以编程设置上限和下限报警温度和温度转换分辨，使用方便。在本系统中，CC2530的P1.1 接DS18B20的数据线，可实现室内温度的采集。

3 系统软件设计

线性布局（Linear Layout）是一种比较灵活的布局方式，具有操作简单、修改方便以及界面友好等特点[3]。因此，该平板APP的设计采用线性布局的方法实现。首先，将页面母板分成若干部分，母板Linear Layout使用Android：orientation="vertical"将各个部分垂直分布；然后，每个部分中的对象通过Android：orientation="horizontal"实现横向分布。且采用了TextView，Editext，ToggleButton ， Button，ImageView等控件。通过对每一个Button设置setOnCheckedChangeListener（）语句实现对该控件的监听。当Button被按下时，会触发一个事件。平板App软件大致分为3个模块，分别是连接模块、控制模块和接收模块。App运行界面如图4所示。

3.1 IP连接模块设计

App默认端口号为8080，默认IP地址为：192.168.1.1，如果需要也可以在IP地址栏输入新的IP。点击连接，会触发Socket事件，进行Socket通信。连接成功后，App与硬件的通信都通过Socket进行，进而控制硬件操作。具体开启线程代码如下：

toggleButton2.setOnCheckedChangeListener（new

CompoundButton.OnCheckedChangeListener（） {

public void onCheckedChanged（CompoundButton buttonView， boolean isChecked） {endprint

toggleButton2.setChecked（isChecked）；

if（isChecked == true）

{

socket = null；

ReceiveMessageThread r1 = new ReceiveMessageThread（）；// 开启客户端线程

r1.start（）；

//延时让子线程执行完毕后再执行下方程序

for（int i=1；i<10000；i++）

for（int j=1；j<10000；j++）；

if（socket ！= null）

Toast.makeText（MainActivity.this，"正确连入"， Toast.LENGTH_SHORT）.show（）；

else {

Toast.makeText（MainActivity.this， "失败连入"， Toast.LENGTH_SHORT）.show（）；

}

}else{

socket = null；

Toast.makeText（MainActivity.this，"断开连接"， Toast.LENGTH_SHORT）.show（）；

}}}）

3.2 控制模块

控制模块包括电灯控制，门锁控制，空调控制等。灯与门锁通过继电器控制，空调则用红外控制。软件通过Socket中的BufferedWriter将携带的所有控制信息发送给硬件。实现代码如下：

BufferedWriter writer = new BufferedWriter （new

InputStreamWriter（socket.getOutputStream（）））

开关控制代码如下：

switch1.setOnCheckedChangeListener（new

CompoundButton.OnCheckedChangeListener（） {

public void onCheckedChanged（CompoundButton

buttonView， boolean isChecked） {

Toast.makeText（LampActivity.this， "LED1"+isChecked，

Toast.LENGTH_SHORT）.show（）；

if（isChecked == true）

{

String up1 = "@LED1UP"；

try {

writer2.write（up1）；

writer2.newLine（）；

writer2.flush（）；

} catch （IOException e） {

e.printStackTrace（）；

}catch（Exception e）{

System.out.println（e.toString（））；

}}else{

String down1 = "@LED1DOWN"；

try {

writer2.write（down1）；

writer2.newLine（）；

writer2.flush（）；

} catch （IOException e） {

e.printStackTrace（）；

}catch（Exception e）{

System.out.println（e.toString（））；

}}}}）

3.3 温度采集显示模块

连接后，温度采集终端节点每秒采集一次温度，通过Socket缓冲区BufferedReader将温度实时上传到平板。具体代码如下：

线程：class ReceiveMessageThread extends Thread {

public void run（） {

try {

s1 = ed1.getText（）.toString（）.trim（）；

//s1是文本框填写的IP地址

socket = new Socket（s1，8080）；

reader = new BufferedReader（new

InputStreamReader（socket.getInputStream（）））；

while（（valueString1=reader.readLine（）） ！= null）{

Message message1 = new Message（）；

message1.what = UPDATE_RECEIVEMSG；

handler.sendMessage（message1）； }

} catch （IOException e） {

e.printStackTrace（）；

}}}

在onResume（）中運行以下代码：

Handler handler = new Handler（）{

public void handleMessage（Message msg） {

switch（msg.what） {

case UPDATE_RECEIVEMSG：

ed2.setText（valueString1.toString（））；

valueString1 = null；

break；

default：

break；

}}}

4 结 语

本文研究了基于平板的家居智能控制技术，通过WiFi和ZigBee无线方式传送命令和数据，省去了布线的麻烦。一方面，通过平板可以开门，由于电插锁安装在室内，使得想通过开锁行窃的盗贼望而却步，起到了防盗的作用。另一方面，特别是夏天，用户无需打开蚊帐，躺在床上即可用平板开关电灯和空调，避免蚊子钻入蚊帐中，使生活变得非常方便。本文设计的系统经过实际使用，取得了良好的效果，所研究的技术具有非常重要的意义和广阔的应用前景。

参考文献

[1]董泽龙，毋茂盛. SPI/UART与ZigBee协议转换模块设计[J].物联网技术，2015，5（12）：32-34.

[2]毋茂盛.单片机原理与开发[M].北京：高等教育出版社，2015.

[3]郭霖.Android第一行代码[M].北京：中国工信出版集团， 2016.

[4]王健权，王蒙.基于WiFi的智能家居的设计与实现[J].科技风，2016（2）：61-62.

[5]何文乐.基于物联网和wifi的智能家居移动控制系统[J].信息通信，2016（2）：90-91.

[6]朱祥贤.基于Android和ZigBee的智能家居系统设计[J].数字技术与应用，2014（9）：131-133.

[7]薛誓颖，李捍东.基于ZigBee技术智能家居安防监控系统[J].物联网技术，2017，7（7）：68-70.

[8]鲁玉军，刘振.ZigBee技术在智能家居系统中的应用[J].物联网技术，2017，7（4）：40-43.endprint