本文介紹的智能云家居控制系統是由嘉應學院管嘉誠等人設計開發完成。該系統通過 ESP8266 與機智云物聯網平臺的服務器互聯，使用智能手表遠程控制解決老式家居聯網問題。該智能云家居共有兩大部分：第一部分采用了 STM32F103ZET6 作為主控芯片，由數據采集系統、數據處理系統、數據云傳輸系統以及智能家居智能調節系統構成；第二部分采用了 ESP32 作為主控芯片，由數據接收系統以及控制系統構成。

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引 言

傳統家電產品性能已發展到極限，難有大幅度上升。傳統家電行業急需創新產品，時下最熱門的人工智能便成了行業突破口。因此，智能家居成為了家電大廠和互聯網巨頭的必爭紅海。隨著智能家居相關技術的不斷成熟與發展，智能家居系統的發展前景將更加廣闊。移動互聯技術在智能家居系統中扮演著重要角色，能夠有效地對家居環境進行遠程監控和管理，對智能家居系統設計有著至關重要的作用。因此研發出一套價格合適、穩定性高的智能云家居顯得非常緊迫和重要。本文設計的智能云家居系統能夠將傳感器采集到的信息通過ESP8266傳輸到機智云物聯網平臺的服務器，再通過智能手表對其進行遠程監控和管理。本系統采用的傳感器較為常見且價格低廉，配件來源廣且精準度高，可擴張且移植性強，從而降低了硬件成本，大幅提高了產品的性價比。

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系統硬件組成結構

本系統第一部分硬件結構如圖1所示，它以STM32F103ZET6單片機作為核心，搭載溫濕度傳感器、氣體傳感器、光強傳感器、煙霧傳感器、繼電器、電機，并將ESP8266作為數據云傳輸的通信模塊等。為了使系統數據傳輸更加穩定可靠，本系統采用了意法半導體的STM32F103ZET6微控制器。此款微控制器主頻能達到72MHz，擁有4通道PWM、13個通信接口和16位定時器等資源，能夠滿足本設計的要求。

圖1硬件系統框架

本系統第二部分硬件結構實物如圖2所示。WT-32-SC01是一款以ESP32為核心的可視化觸摸屏，采用這塊開發板作為智能手表的核心，通過連接機智云平臺對家居進行遠程監控和管理。

ESP32是樂鑫公司的一款產品，它集成了電源管理、功率放大、RFbalun、濾波器、接收低噪聲器等于一體，可以實現強大的處理性能和WiFi功能。

◆智能家居數據云傳輸本系統的數據云傳輸功能采用的是樂鑫公司的ESP8266，它自成體系又有完整WiFi網絡解決方案。ESP8266在AP模式下能夠接入無線服務，例如路由器等，從而與機智云的云端互聯。主控芯片會將采集到的各種信息分析處理后，通過ESP8266傳輸到機智云的云平臺上。◆智能手表遠程監控本系統設計的智能手表采用ESP32作為核心，在ESP32的STA模式下連接到路由器上，進而連接到移動互聯網；通過訪問機智云云端的IP地址，讀取智能家居在云端存儲的各項信息，實時反饋顯示到智能手表上，以達到遠程監控的目的。智能手表監控端如圖3所示。

圖3智能手表監控端

◆智能手表遠程管理功能本系統的智能家居在正常運行時，可以通過智能手表上的觸摸屏對智能家居進行遠程管理。通過觸控顯示屏，智能手表會將命令實時反饋到機智云平臺上，智能云家居會讀取機智云的命令，進行自檢并執行命令。例如，遠程開啟電風扇和LED照明燈等。◆智能家居智能調節系統在正常運行狀態下會開啟智能調節功能。該系統利用溫濕度傳感器檢測室內的溫濕度，當溫度超過所設定的閾值時，系統將會自動打開風扇，對室內進行降溫；當室內二氧化碳濃度達到閾值時，繼電器將驅動排氣扇，進行通風換氣；當光照強度低于所設定的閾值時，自動點亮LED照明燈；當室內產生大量的一氧化碳時，系統將會報警并通風，排盡室內的一氧化碳。智能調節的所有閾值均可根據情況調整。

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軟件設計與實現

◆智能家居系統采集數據

本系統的單片機會對各個傳感器進行初始化，傳感器將采集到的溫濕度、二氧化碳濃度、光照強度、一氧化碳濃度等信息傳輸到主控芯片上，主控芯片會對接收到的數據進行分析處理并等待發送。智能云家居數據采集流程如圖4所示。

圖4智能云家居數據采集流程

◆智能家居數據云傳輸

主控芯片通過定時器設定好每次發送數據的時間間隔，可有效提高系統穩定性。主控芯片將處理好的數據通過ESP8266連接互聯網再傳輸到機智云平臺。智能云家居數據云傳輸流程如圖5所示。

圖5智能云家居數據云傳輸流程

◆智能手表遠程監控

智能手表通過接入移動互聯網進而讀取機智云平臺的數據，手表端的主控芯片ESP32將數據實時顯示在觸控屏上。智能手表端顯示數據流程如圖6所示。

圖6智能手表端顯示數據流程

◆智能手表遠程管理

通過觸控屏的觸摸反饋，ESP32實時將命令傳輸到機智云物聯網平臺，最后再傳輸給智能云家居系統。智能手表端觸摸反饋發送命令流程如圖7所示。

圖7智能手表端觸摸反饋發放命令

◆智能調節

本系統在正常運行狀態下自動開啟調節系統，主控芯片通過分析各個傳感器傳輸的數據，判斷各個狀態是否處于閾值中，進行智能調節。智能調節流程如圖8所示。

圖8智能調節流程

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實驗結果

系統實物如圖9所示。對系統進行硬件和軟件測試，本系統采用沙盤建筑為載體，將各個功能模塊固定在沙盤建筑的各個位置上，通過智能云家居數據采集系統測試、數據云傳輸測試、智能手表遠程監控測試、智能手機遠程管理測試、智能云家居智能調節測試，證明系統均能夠正常運行。智能手表遠程實時顯示“正常啟動”，與智能家居采集到的數據一致，系統的響應時間約為1s。系統對溫濕度、煙霧濃度、一氧化碳濃度超過閾值的處理誤差為1%～5%，符合設計要求。

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總 結

針對我國老齡化現象問題，需要把年輕人從繁瑣復雜、高重復率的日常家務中解放出來，讓他們專注更有價值、更具創造性的事務。本文研究開發的智能云家居系統可安裝于絕大多數家庭的家居中，具有可擴張性高、穩定性強、性價比高等優點，能夠有效提高人們的生活品質。本文方案還可以從以下方面進行優化：優化數據傳輸系統，降低數據延遲時間，使之能夠更快地在智能手表上實現顯示數據；增加手機APP遠程監控管理功能，目前智能手機的使用率很高，是不錯的遠程監控管理平臺。