基于WiFi控制的智能云家居系统

杨雨鑫 尤国强

摘要：遥控器上按键太小，找不到遥控按钮或容易按错按键;夏天睡前要打开蚊帐下床去关灯、关风扇或关空调，这样有可能会让蚊子钻入蚊帐;不想半夜起床摸黑开灯;出门后才想起忘了关家里的电器，插线板挤在狭小空间，手伸不进去不便插拔……相信不少人都有过类似的困扰，而基于WiFi控制的智能云家居系统可以解决这些不便，只需要一部随身携带的手机或平板，通过在清晰的屏幕上“指指戳戳”就能方便地用智能云模式控制家中的一切电子设备，为人们带来更便捷的生活。

关键词：WiFi控制;智能云;家居系统

中图分类号：TP311    文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）23-0142-02

1 引言

当前家电设备的控制方式主要采用物理按钮控制或触摸控制等方式，对于电器的操控必须要近距离用手完成。这样的控制方式既麻烦，又有触电的危险。如果将各种家电的控制方式升级，集各种控制于一个基于WiFi控制的手机智能云平台上[1]，借助手机屏幕上的虚拟按键就可以远程控制各种家电，省略了人为的操作，不仅省略了距离的限制还能增加效率，增加家庭生活的幸福感。

随着互联网技术和4G、5G通信技术的不断发展、移动智能设备的普及，和WiFi技术的发展与之应运而生的就是物联网的迅速崛起，在物联网迅速发展的大环境下，智能家居作为物联网的代表也日益成熟，在WiFi通信的推动下，利用手机等移动设备的终端控制系统诞生了，而智能家居系统的应用便是其中之一。WiFi已成为目前最普遍的无线通信方式之一。相比于普通家居，智能家居在普通家居的基础上，还拥有智能化、易安装、易维护、性价比高等特点。

智能家居网络的核心就是无线传输技术，而WiFi恰好能满足智能家居网络的所有要求。作为现阶段应用最广泛的无线通信技术，WiFi可以与所有智能家居进行连接，并且与家庭网络连接，让手机等终端设备在联网状态下可以随时随地完成对智能家居的直接控制。省略了不同控制信号之间的互相转换，拥有开发难度低、传输速度快、易操作的特点。

如今90%以上的家庭都拥有WiFi，利用WiFi通信，无需布线，在安装便捷的同时还有易维护的优点。同时，利用WiFi作为智能家居网络的纽带，还能够将所有的智能家居连接到一起，实现一对多的优势，具有高灵活性，可移动性的特点。所以，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。本项目研究的基于WiFi控制的智能云家居可以实现家电控制、照明控制、安全检测、智能识别等多功能一体化的目的。

2 国内外发展现状

20世纪80年代，美国建造出了世界上第一栋真正意义上的智能建筑，该智能建筑具有通信数据化、控制自动化的优点。自此，智能家居系统逐渐成为家居行业的热门发展方向，且功能越来越复杂和强大。

智能家居系统中最为关键的核心技术之一是嵌入式智能处理系统的设计。近年来，随着新型传感器技术、物联网技术和人工智能技术的快速发展和成熟应用，融入这些新技术的智能家居系统已在整体功能和智能程度上有了本质的提升。在新技术高速发展的背景下，加上国内社会经济发展、人民生活水平提高、房产市场活跃以及国家政策扶持等有利因素，我国智能家居行业目前也进入了高速发展的快车道。

虽然目前智能家居行业有着良好的未来发展势头，但该行业仍存在着一些亟待解决的问题。首先，国内的产品标准化程度不高，各企业产品没有形成统一规范的行业标准。由于我国智能家居行业起步较晚，因此虽然目前市场上的产品类型很多，但在行业间缺乏沟通联系，没有制定出规范统一的行业标准，使得不同企业品牌的智能家居系统软硬件无法彼此兼容通用，令用户在选择和使用产品方面没有衡量标准，且增加了各企业的产品生产和维护成本，造成智能家居市场发展受限的困境。第二，目前市场上很多智能家居产品的操作界面和使用步骤过于烦琐，看似丰富全面的功能其实大部分并不实用，且过于复杂的智能设备出错率也比较高，这严重降低了智能家居产品的便捷性。第三，由于大多数的智能家居产品都具有复杂的软硬件组成结构，当这些不同的组成结构分别由不同厂家提供时，由于这些厂家产品质量参差不齐，就使得智能家居系统的整体性能不能得到稳定的保证，且令智能家居系统的维护成本大大上升，特别对于综合布线型的物联智能家居系统更是如此，故上述缺点大大影响了智能家居产品的普及和推广。另外，由于当前国内绝大部分智能家居产品均模仿国外已有产品进行设计生产，没有针对我国生活习惯和家庭状况开展深入的调研，从而一些高端智能家居产品并不符合国人的日常使用习惯。很多智能家居产品仅将家庭的安防传感器系统、门禁系统、视频监控系统和整体照明控制系统等进行简单整合，缺乏大家居范畴的整体规划，系统的舒适性和智能性不高。最后还有一个容易被人们忽视的方面，由于智能家居产品在家庭个人数据的保护方面没有受到足够的重视，且数据的非法交易难以有效监管，故使用智能家居产品时反而可能会导致家庭安全信息和个人隐私的泄露，从而让智能家居系统难以让用户放心使用，因此，相比于前面的各种问题，对数据的保护这个方面是更为迫切需要解决的问题[2]。

3 智能云家居系统的整体软硬件设计方案

智能云家居系统整体结构由云平台、主控制器、ESP 8266 WiFi模块和室内家居系统等部分组成，整体结构如图1所示。其中，移动设备的App云平台通过WiFi热点或路由器与WiFi模块连接，WiFi模块通过串口与主控制器连接，主控制器与各个家居设备通过总线相连，并由云平台主通过WiFi模块与主控制器无线通信从而实现对室内家居系统的控制。当主控制器通过WiFi 模块与家居系统中的各设备连接时，不但能够实现移动终端对家居系统的智能化控制，还可以实现主控制器对家居系统中各传感器参数的获取功能。

系统主控制器选用性价比较高的STC15F2K60S2单片机。该单片机的主要性能为：2048字节片内RAM存储器;增强型8051内核，运行速度比传统51单片机快7至12倍（因为运行速度为12T，故比STC早期的1T系列单片机运行速度大幅提高）;包含低速模式、空闲模式和掉电模式的低功耗节能运行模式;高精度內部R/C时钟;±1% 温飘（-40℃～+85℃），常温下温飘仅为5‰;工作频率范围为5～35MHz（由于运行速度可为12T，故频率范围相当于传统8051单片机的60～420MHz）;32K字节的片内Flash存储器，擦写次数可达10万次以上。当将该款单片机设置为空闲模式运行时，可以大大降低控制系统在日常没有任务执行时的电量消耗，从而仅用普通电池就能维持系统的长时间运转。

系统的无线WiFi通信器件选用ESP 8266模块，并采用该模块的AP+Station模式和主控制器进行无线连接。该WiFi通信模块拥有近80MHz的32位主频处理器，并内置WiFi模组，可以完成无线连接的高主频高性能网关工作。

本文的软件设计主要包括智能云平台的移动设备端App设计和主控制器的智能控制程序设计。其中，移动设备端的App设计包含前端人机交互界面设计和后台java程序设计;而主控制器智能控制程序的核心是通过对传感器数据进行分析，来判断家居设备的当前运行环境，并对各家居设备发送相应的控制指令。

图2为本文设计的智能云家居系统主控制器的控制程序流程图。

4 结束语

本文设计的智能云家居系统具有易操作、易实现和低成本的特点，同时还具有灵活性和可移动性，为家庭生活带来了极大的便利，提高了居家生活的幸福感和舒适感。本系统具有其他智能家居没有的灵活性、安全性和易操作性，更具智能和发展前景。

参考文献：

[1] 许奎.智能家居通信协议综述[J].仪器仪表用户，2017，24（2）：109-111.

[2] 丁函，罗军，陆文骏，等.智能家居控制APP系统的设计与实现[J].计算机技术与发展，2017，27（1）：121-125.

【通联编辑：梁书】