机智云AIoT+ESP8266+物联网智能家居控制系统

本文介绍的智能云家居控制系统是由嘉应学院管嘉诚等人设计开发完成。该系统通过 ESP8266 与机智云物联网平台的服务器互联，使用智能手表远程控制解决老式家居联网问题。该智能云家居共有两大部分：第一部分采用了 STM32F103ZET6 作为主控芯片，由数据采集系统、数据处理系统、数据云传输系统以及智能家居智能调节系统构成；第二部分采用了 ESP32 作为主控芯片，由数据接收系统以及控制系统构成。

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引 言

传统家电产品性能已发展到极限，难有大幅度上升。传统家电行业急需创新产品，时下最热门的人工智能便成了行业突破口。因此，智能家居成为了家电大厂和互联网巨头的必争红海。随着智能家居相关技术的不断成熟与发展，智能家居系统的发展前景将更加广阔。移动互联技术在智能家居系统中扮演着重要角色，能够有效地对家居环境进行远程监控和管理，对智能家居系统设计有着至关重要的作用。因此研发出一套价格合适、稳定性高的智能云家居显得非常紧迫和重要。本文设计的智能云家居系统能够将传感器采集到的信息通过ESP8266传输到机智云物联网平台的服务器，再通过智能手表对其进行远程监控和管理。本系统采用的传感器较为常见且价格低廉，配件来源广且精准度高，可扩张且移植性强，从而降低了硬件成本，大幅提高了产品的性价比。

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系统硬件组成结构

本系统第一部分硬件结构如图1所示，它以STM32F103ZET6单片机作为核心，搭载温湿度传感器、气体传感器、光强传感器、烟雾传感器、继电器、电机，并将ESP8266作为数据云传输的通信模块等。为了使系统数据传输更加稳定可靠，本系统采用了意法半导体的STM32F103ZET6微控制器。此款微控制器主频能达到72MHz，拥有4通道PWM、13个通信接口和16位定时器等资源，能够满足本设计的要求。

图1 硬件系统框架

本系统第二部分硬件结构实物如图2所示。WT-32-SC01是一款以ESP32为核心的可视化触摸屏，采用这块开发板作为智能手表的核心，通过连接机智云平台对家居进行远程监控和管理。

 

ESP32是乐鑫公司的一款产品，它集成了电源管理、功率放大、RFbalun、滤波器、接收低噪声器等于一体，可以实现强大的处理性能和WiFi功能。

◆ 智能家居数据云传输本系统的数据云传输功能采用的是乐鑫公司的ESP8266，它自成体系又有完整WiFi网络解决方案。ESP8266在AP模式下能够接入无线服务，例如路由器等，从而与机智云的云端互联。主控芯片会将采集到的各种信息分析处理后，通过ESP8266传输到机智云的云平台上。◆ 智能手表远程监控本系统设计的智能手表采用ESP32作为核心，在ESP32的STA模式下连接到路由器上，进而连接到移动互联网；通过访问机智云云端的IP地址，读取智能家居在云端存储的各项信息，实时反馈显示到智能手表上，以达到远程监控的目的。智能手表监控端如图3所示。

图3 智能手表监控端

◆ 智能手表远程管理功能本系统的智能家居在正常运行时，可以通过智能手表上的触摸屏对智能家居进行远程管理。通过触控显示屏，智能手表会将命令实时反馈到机智云平台上，智能云家居会读取机智云的命令，进行自检并执行命令。例如，远程开启电风扇和LED照明灯等。◆ 智能家居智能调节系统在正常运行状态下会开启智能调节功能。该系统利用温湿度传感器检测室内的温湿度，当温度超过所设定的阈值时，系统将会自动打开风扇，对室内进行降温；当室内二氧化碳浓度达到阈值时，继电器将驱动排气扇，进行通风换气；当光照强度低于所设定的阈值时，自动点亮LED照明灯；当室内产生大量的一氧化碳时，系统将会报警并通风，排尽室内的一氧化碳。智能调节的所有阈值均可根据情况调整。

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软件设计与实现

 

◆ 智能家居系统采集数据

本系统的单片机会对各个传感器进行初始化，传感器将采集到的温湿度、二氧化碳浓度、光照强度、一氧化碳浓度等信息传输到主控芯片上，主控芯片会对接收到的数据进行分析处理并等待发送。智能云家居数据采集流程如图4所示。

 

图4 智能云家居数据采集流程

 

◆ 智能家居数据云传输

主控芯片通过定时器设定好每次发送数据的时间间隔，可有效提高系统稳定性。主控芯片将处理好的数据通过ESP8266连接互联网再传输到机智云平台。智能云家居数据云传输流程如图5所示。

 

图5 智能云家居数据云传输流程

◆ 智能手表远程监控

智能手表通过接入移动互联网进而读取机智云平台的数据，手表端的主控芯片ESP32将数据实时显示在触控屏上。智能手表端显示数据流程如图6所示。

 

图6 智能手表端显示数据流程

 

◆ 智能手表远程管理

通过触控屏的触摸反馈，ESP32实时将命令传输到机智云物联网平台，最后再传输给智能云家居系统。智能手表端触摸反馈发送命令流程如图7所示。

 

 

图7 智能手表端触摸反馈发放命令

 

◆ 智能调节

本系统在正常运行状态下自动开启调节系统，主控芯片通过分析各个传感器传输的数据，判断各个状态是否处于阈值中，进行智能调节。智能调节流程如图8所示。

 

 

图8 智能调节流程

 

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实验结果

系统实物如图9所示。对系统进行硬件和软件测试，本系统采用沙盘建筑为载体，将各个功能模块固定在沙盘建筑的各个位置上，通过智能云家居数据采集系统测试、数据云传输测试、智能手表远程监控测试、智能手机远程管理测试、智能云家居智能调节测试，证明系统均能够正常运行。智能手表远程实时显示“正常启动”，与智能家居采集到的数据一致，系统的响应时间约为1s。系统对温湿度、烟雾浓度、一氧化碳浓度超过阈值的处理误差为1%～5%，符合设计要求。

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总 结

针对我国老龄化现象问题，需要把年轻人从繁琐复杂、高重复率的日常家务中解放出来，让他们专注更有价值、更具创造性的事务。本文研究开发的智能云家居系统可安装于绝大多数家庭的家居中，具有可扩张性高、稳定性强、性价比高等优点，能够有效提高人们的生活品质。本文方案还可以从以下方面进行优化：优化数据传输系统，降低数据延迟时间，使之能够更快地在智能手表上实现显示数据；增加手机APP远程监控管理功能，目前智能手机的使用率很高，是不错的远程监控管理平台。