许冰昕 蒋馨荷 韩克军 李鹏萱 刘俊杰 沈行良

摘要：“互联网+”是创新2.0下的互联网发展新业态，即通过计算机网络之间的数据传输和存储去实现智能化监控和管理的一种网络。将其应用于传统家居后，在一定程度上可以满足用户多样化的需求和对高品质生活的追求。应用智能管理系统来实现家居的远程控制的设计采用单片机作为主控系统，根据软件程序的设计可对传感器收集并反馈给云端的数据进行监控并可以无线为媒介上传数据到云端，软硬件协调配合对系统完美运行有根本的保障，达到智能控制效果。

关键词：云端服务器；智能家居；远程控制

中图分类号：TP391 文献标识码： A

Design of smart home remote control based on the Internet plus

XU Bingxin ， JIANG Xinhe ，HAN Kejun ，LI Pengxuan，LIU Junjie ， SHEN Xingliang

（College of Electrical Engineering， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620，China）

Abstract： "Internet plus" is a new development form under the innovation Internet 2， which is a network to realize intelligent monitoring and management through data transmission and storage. If applied to the traditional home， it is to a certain exten could meet the diverse needs of users and the life pursuit of high quality. In this paper ，the remote control design applying intelligent management system uses microcontroller as host sysem， meanwhile according to the software design monitors the data information acquired by sensors and sent to the cloud， furtherly uploads data to the cloud through wireless media. It is conclued that the coordination of hardware and software is the fundamental guarantee for the system perfect operation，and intelligent control effect is ultimately achieved.

Key words： Cloud Server ； Smart Home ； Remote Control

0 引言

随着科技的发展，人们对家居品质追求日趋高端，重视增强，而智能家居以其舒适、安全、便利、智能等特点正逐渐进入中国种种的视野选择范畴。而且，时下的中国家庭小型化和核心化愈发明显，光纤宽带开始普及，远程控制已经具备，加上中国制造业能力强，居住条件和家庭消费的改良升级即使得智能家居成为一个蓝海项目，前景不可估量。本研究则以互联网+、云服务器为背景再配以单片机为核心，而将各传感器作为辅助设计提出了一套可以远程监测、控制室内温度/湿度、和人体感知而即时变换灯光颜色及强度的照明系统联合组成的的现代智能家居。为此，本文探讨了基于“互联网+”下的智能家居的开发与实现，分别从总体设计、功能模块、设计原理多角度进行了全面阐述与分析。

1总体方案设计

1.1 系统整体结构

系统以单片机为核心，云服务器连接手机端和家居终端进行数据的存储和处理，以及功能模块的加装，可以实现对家中的湿度、温度、空气质量等各数据的远程监测控制并传输到云服务器形成大数据，用户通过实时监测、跟踪研究对象在互联网上产生的海量行为数据，利用挖掘分析，揭示出规律性的内容实质，提出研究结论和对策。不仅如此，在主人允许时，也可以经由数据分析根据不同人群在家居设置上想要达到的标准值通过传感器检测后将可自动转换变温、除湿、改善空气质量、改变室内光线等操作。本文中，研究系统的总体构架如图1所示。

MCU是智能家居核心，是智能家居控制功能实现的基础。基于互联网+下的智能家居的研究与设计可整体氛围如下3个步骤：

1）安装在家庭内部的各个传感器开始收集数据，搜集获取的室内温湿度变化、空气质量等情况通过无线技术连接至云端并传入云端服务器。

2）家用电器设备各分项传送至云端后，再推送到用户的智能终端上，使用手机远程控制家用电器的运行情况。即根据各个传感器接收的传感信号，由此触发预设控制命令或者经过用户手动操纵对应的智能设备来触发或收回控制命令。

3）对于红外线家电的控制，将控制信号通过红外线输入模块转化成对应的红外指令，也可达到预设效果。

1.2 系统功能模块

智能家居远程控制包括： DHT11温湿度检测模块、EMW3162 wifi无线通信模块、智能空气质量检测模块TPM-300E、单片机STM32 F103、可变色led。可实现的主要设计功能有：

1）远程手机控制。用户根据需要发送具体控制指令。

2）无线通信模块。近距离通信，为分模块与主模块提供互动联系，主模块则综合处理分模块通过无线模块发送的数据。

3）无线红外。控制家居系统状态或设置系统参数。

4）温湿度模块、空气检测模块。可以实时了解家中状况，便于指定是否修改的命令决策。

5） 单片机STM32 F103。作为主控芯片，高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计，编程导入后可获得所需功能的控制设计。

6）可变色led。每盏灯都与智能系统互联，利用针对性的动态光，营造氛围，并生成设计所需的最佳照明。

智能家居的设计过程中，主要由核心控制器、Android studio语言编写的app软件、SQlite轻型数据库构造交接、并协同组成。智能家居系统的体系架构示意如图2所示。

1.3实现智能家居操作模式

智能家居系统的核心重点在于通讯机制，包含抓取、分析、执行、反馈等4个步骤。手机终端、无线模块、MCU和云端的通讯机制可详述如下：

手机终端与wifi模块以UDP、TCP协议达成互通模式，以串口通信协议与MCU相通，而手机终端与wifi模块均以sub、pub协议与云端相连。首先，给定设备联网配置，用户将触发传感模块进入无线模式，再手动切换至系统设置无线网络界面配置到同一wifi下，此时用户向手机输入wifi网络的身份验证，手机会自动向模块发送验证信息作为入网配置，模块成功回应后手机会提示用户配置成功。配置过程后模块即会向手机自行发送数据帧，更新用户手机内设备列表，成为用户选择是否支配设备的依据。其次，签订安全控制协议，设备和用户应分别注册并绑定关联，用户在设备中会发现可用控制界面且触发模块，在一定时间内可获取密保绑定手机，手机、模块会自动进行密保的获取和回复，手机收到响应后会向云端发送绑定手机用户的请求，云端则将操作结果返回用户。若用户对空调进行控制，手机会与温湿度模块建立TCP连接，并同时发送登录指令，只有模块回复结果后手机端才会进入控制界面。

2 智能家居系统远程控制关键部分设计

2.1数据信息传输

智能家居系统主要是通过互联网对传感器采集到房间内的信息数据进行处理，并将重要指定的信号转换成电信号，再利用A/D单元转换成数字量送入MCU采集分析，其结果数据则与每个用户配置的不同的Product key 一起打包远传至云端，云端就能根据汇集的现场数据展开分析、处理和存储，同时这些数据还可有效辅助设计智能响应与决策，云端会根据用户提供的数据实时改变室内温湿度变化，并调整光照的强弱，从而调试出适合用户的工作光线；而且，设置一键智能后，若空调使用时间过长导致室内干燥将可自动调节适宜的湿度，用户手动调整温湿度的数据也存入云端，用于日后的智能化调整。

2.2远程控制设计

远程控制功能是在用户允许下，向主模块发送指令控制或监测智能家居开启或关闭变温、除湿、改变光照强度等各种功能。也可以按照配置的标准定制改变运行状态。设计过程将重点围绕命令发射系统和命令执行系统而展开。命令发射基本是以传感器作为技术主题，传感器在进行数据收集中发挥了至关重要的作用，传感器传递给单片机或传送至云平台，平台则根据用户的设置条件自动触发控制。单片机可对数据开启实时监控，而当其智能控制时就可以利用不同的灯光颜色而选择不同操作判断，使操作人员可以优势速度及时了解受控的信息。为了符合智能化要求，系统采用STM32F1作为中央处理器，手机控制端与主控系统由EMW3162 wifi无线通信模块在wifi模式下连接在一起，实现互动控制以及数据传递，从而整合发展为用户和主控系统的远程控制功能。在家居内部，通过继电器可建立家居与单片机的联系，以便用户控制电气设备。本系统内部还需要对各设备的红外遥控信号进行识别、储存、还原和控制。通常，遥控编码脉冲信号即由不同脉宽的高低电平组成，可标志脉冲的开始，并且其高低电平将呈现不断交替变化，可通过单片机的定时器测量脉冲宽度，进行储存或还原实现红外线功能。

手机远程控制系统是在系统中自动运行调节，因而具有自动离线、上线、复位功能，也就是命令执行系统。命令执行有2种运行状态，即内网和外网。MCU中无线wifi模块同时还加入了收发功能，在互联网状态下，手机终端可利用4G或wifi接收数据，并传入到云端，完成数据传输过程。若处于无网状态，wifi模块将会自立为热点，搭建内网与系统内部相连接。

2.3系统实现

在Andriod studio集成开发环境下使用Java语言来编写制作APP软件，用户可以在APP上注册账户，添加设备。因为本次设计目标是嵌入式的，而SQLite在嵌入式设备中占用的资源非常低，即使得所有的用户账号信息、家居系统使用记录都将存放在SQLite这个轻型数据库中。硬件研究方面，先是规划改进控制家居系统的遥控器，为此选用带有以太网模块的STM32单片机作为核心控制器，用来接收移动通信终端发送的一切请求。安装在wifi无线网络环境下STM32接收到控制命令后，将通过芯片输出1（高电平）0（低电平）来控制引脚，不同的引脚则会连接到家居系统的不同家电遥控器的按键上，从而提供一对一的控制。然后遥控器通过物理方法控制家居开关，选择模式，调制温度升降等等功能。当然，随着科技进步，还可以直接将STM32嵌入到家居系统中，通过远程移动通信终端直接对处在wifi无线网络环境下的家电本身发出远程指令，此时，移动通信终端将可以完全取代遥控器，并且能实现远程控制。程序流程如图3所示。

3 结束语

信息时代，智能家居可使家庭生活飞速迈入智能化，不论身处何地都能实时监控家中情况并提供个性化调整，不仅给人们带来了极大的便利，更是对生活品质的有效改良与提升。本文由整体到局部详细而具体地对系统设计展开分析，完善了智能家居的远程控制。本文研究曾国不仅改变了传统家居监控分离的状况，而且将大幅推动智能家居的功能质量升级步伐，并在一定程度上产生可观经济效益。

参考文献

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[3]刘群群.基于移动互联网的智能控制的研究与开发[D].广州：华南理工大学，2013.