浅谈智慧家居的移动物联网系统设计与应用

杨 帆

（广东省职业技能服务指导中心 广州 510115）

引言

随着我国经济的快速发展和科学技术的不断进步，人民的生活水平得到显著改善，作为战略新兴产业之一的“智慧家居”以不可阻挡的趋势快速崛起，各大传统家电厂商和新兴科技企业积极布局。各类智慧家居产品已从过去的展览馆已开始走入一般家庭。另外一个方面，物联网在民生各个应用领域中也占据着越来越重要的位置。智慧家居产品的应用已遍及到窗帘、灯、门以及电视等家用电器智能化、人性化，便于人们远程控制管理。使人可以随时了解家中电器、门禁等设备的状况，极大地满足大众的生活需求，为用户带来便利。

1 移动物联网的定义和优势

1.1 移动物联网的基本定义

物联网是指基于红外感应器、RFID射频识别技术、全球定位系统、激光扫描器等信息感知设备，按照约定的通信协议，通过网络实现物与物之间信息的交换，从而实现智能化定位、跟踪、识别、监视和管理的技术的总和。移动物联网是基于NB-IOT 、移动通信技术等无线通信技术实现物联网应用。物联网的网络架构包括感知层、网络层和应用层。网络层的作用是信息传输，通过各种网络技术将感知层收集、传输来的信息传递并汇总到应用层。物联网三层架构中，网络层的实现技术有很多种，包括蓝牙、WiFi、移动通信等技术；网络层的作用相当于人的神经系统，负责将感知层收集的信息传递给大脑。而应用层的作用则相当于人的大脑，负责对传输层传递来的信息进行综合分析，并且做出判断和决策。当物联网的网络层采用各种移动通信技术，比如 NB-IoT、 4G、5G、技术来实现时，就称之为移动物联网。感知层可以类比做人的鼻子、眼睛、耳朵、皮肤等感知器官，用于感知和收集外部世界的信息。应用层的作用是对传输层传递来的信息进行汇总和分析，并且做出智能判断和决策。

2 移动物联网的智慧家居的框架设计

2.1 移动物联网智慧家居的定义

为人们生活起居营造更加安全、舒适、健康的家居生活环境，移动物联网智能家居是指通过手机智能终端，经由移动通信网络，对各种智能设备，如温度湿度传感器、位置等进行统一的管理和控制，实现这些智能设备之间的信息交互、信息共享。

本文选有的ESP8266是一种低成本的WiFi模块，具有一个内置的微处理器和一个1MB的闪存，通过协议使其能可以连接到WiFi进行通信。其引脚功能如图1。

图1 ESP8266模块引脚功能

2.2 移动物联网智能家居的框架结构

本系统设计的移动物联网智能家居框架结构如图2。

图2 移动物联网智能家居框架结构图

3 移动物联网的智能家居的软硬件设计和搭建

3.1 硬件搭建方面

3.1.1 房间空调控制器

改造已有的空调，让其能继续使用普通遥控器遥控，也能使用网络控制。而且使用遥控器控制的结果，也能通过网络查询到。

1）通过单片机控制空调：买一个红外发光二极管，接在ESP8266的一个引脚上，另一脚接地。

2）监控空调的工作状态：找到空调遥控接收板上的红外接收管，找出数据线，焊接出来，接在ESP8266的一个引脚上，在这个脚上打开外部中断，取得空调工作状态。

3.1.2 用电功率监视器

“交流功率测量盒”。这个测量盒可以测量一台空调的功率，也能测量整个家庭的功率。 买三个组合起来，还能测量三相动力电的功率。测量结果通过TTL串口读取出来，功率，电流，电压，电量这些信息都有。

3.1.3 房间灯光控制器

双控一盏灯，既能传统的手动控制，也能用网络控制的方法。

用ESP8266+继电器做一个控制器，就可以通过网络控制这个继电器。

然后单片机一个引脚接出来，接一个普通墙壁开关。单片机程序写一下，这个开关的状态变化一次，就把继电器的状态变一下（不用管开关到底是开，还是关，只检测开关的变化）。这样不仅仅可以传统手动控制，而且手动控制之后的状态，也可以通过网络看到。

3.1.4 SIM800通信模块

SIM800C是一款城堡孔封装的四频GSM/GPRS模块，能适用于本项目移动物联网智能家居产品设计需求。使用到的功能包括：GSM短信收发，GPRS数据传输，TCP/IP协议数据传输，LBS信息的定位，http的java接口调用，FTP的无线升级，模块BT的串口协议传输[3]。

3.2 软件设计方面

3.2.1 用ESP8266作为服务器和节点，包含节点采集到的数据和状态（比如：温度，湿度，空调开关）。

3.2.2 ESP8266服务器收到节点更新后，回复一个UDP命令包，包含发送给节点的控制命令（比如：开灯，关灯），并缓存节点的IP地址信息。

3.2.3 ESP8266另开web服务，手机电脑均可访问，可以查看状态，也可以控制，在家通过局域网访问，不依赖互联网，在外需要做一个端口映射（申请公网IP）。

3.2.4 收到web的控制命令后，立即给节点发送命令UDP包（之前已经缓存了节点IP信息），可以做到空调一按就亮，几乎无延时。

智慧家居的移动物联网系统过程控制如图3。

图3 智慧家居的移动物联网系统过程控制图

过程控制代码如下：

实践证明该方式能通过移动通信网络，实现对各种智能设备，如温度湿度传感器、位置等进行统一的管理和控制，实现这些智能设备之间的信息交互、信息共享，达到远程对设施设备的智能管理，并具有极大的可拓展性。

4 结语

本文主要论述了智慧家居的移动物联网系统设计方法。在现代社会的发展中，智慧家居带来了诸多便利。智慧家居不仅提高了人们的生活品质，满足了人们的生活需求；通过移动物联网系统可以实现对全宅空调、灯光、门禁、温湿度监控等多种的智能管理和应用。智能窗帘模块可以调节室内光照强度，平衡室内温度，在功能上满足客户需求。