钟静宇 李进 樊英明

【摘要】本文主要研究了一种基于Android的智能家居控制系统，采用带有无线通信模块ESP8266的单片机与手机进行无线通信，使用温湿度传感器、光敏电阻、雨滴传感器等采集当前环境的温湿度、光照度和雨水情况，将数据发送至手机端，手机APP显示当前家居环境的温湿度、雨水、光照度等数据状态，从而控制家居环境中的各家用设备。

【关键词】智能家居;ESP8266;Android;

随着物联网技术的发展，智能家居产业已经让位于新的发展。越来越多的公司和学者投入了足够的精力与热情来研究和开发智能家居的新技术产品。一个拥有智能家居系统的家庭被称为智能家居。智能家居是智能住宅社区和智慧城市的重要实践点，在智慧城市发展中发挥着重要作用。为此，本文主要研究了智能家居的综合控制方法，并开发了一套基于Android的智能控制系统，通过集成控制系统来控制这些住宅设备和显示数据信息。这些家用电器主要指使用互联网技术的设备和收集信息，如灯光和数据信息的显示等。

1. 系统硬件设计

智能家居控制系统的设计目是能够通过物联网实时的远程采集家居状态，远程控制家居设备运行，本系统中远程采集的信息包括光照度、温湿度、雨水情况，采用LED灯的远程控制模拟家居设备控制，系统框图如图1所示。

系统中MCU控制模块是整个系统的核心，它负责整个系统的控制、组网及信息处理，光照采集模块电阻、温湿度检测模块、雨滴检测模块分别采集家居环境的光照度、温湿度、雨水情况信息，采用对LED灯的远程控制模拟家居设备控制;互联网通信模块用于系统网络通信数据的处理和收发。

2. 系统硬件电路设计

2.1 MCU控制模块设计

MCU的选择是系统设计的一个重点，在芯片选取上因为我们使用到组网、数据的发送，属于局域网的无线通讯，所以在选择上我们使用了TI公司推出的CC2530芯片，因此它是一款通用性极强的芯片高级计量智能能源、家庭与适用于包括消费类电子、照明、工业控制与监控、保健与医疗等在内的许多市场。CC2530引脚如图2所示。

2.2 光照检测模块设计

系统采用光敏电阻作为光照检测元件，其具有灵敏度高，反应速度快，光谱特性及阻值一致性好等特点。在高温以及潮湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性。光敏电阻对光线十分敏感，其在无光照时呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5MΩ，随着光照强度的升高，电阻值迅速降低，亮电阻值可小至1KΩ以下。光照检测电路如图3所示。

图中RA1一端与3.3V连接，另一端与CC2530的PA00连接;RA2为光敏电阻，其一端与地连接另一端与CC2530的PA00连接，由于其阻值会随着光照强度的变化而发生变化，故输入PA00的电压也将相应发生变化，系统就可以根据PA00端的输入电压判断家居环境的光照强度。

2.3 温湿度检测模块设计

系统设计采用DHT11数字温湿度传感器检测家居环境的温湿度，该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点，其采用单线制串行接口，信号传输距离可达20米以上，使系统集成变得简易快捷。温湿度检测电路如图4所示。

电路中，R3为上拉电阻，其一端与3.3V电源连接，另一端与CC2530的PA07相连，温DHT11将温湿度数据通过单总线以串行通信方式传输至CC2530。

2.4 雨滴检测模块设计

系统采用高品质FR-04雨滴传感器检测家居环境是否有雨水情况，该传感器采用双面材料，超大面积5.0*4.0CM感应板，并用镀镍处理表面，抗氧化，导电性好，寿命长;比较器单线数字输出，信号干净，波形好，驅动能力强。

电路中，雨滴传感器4脚和1脚分别与电源VCC和地相连，3脚为数字输出脚，与CC2530的PA01相连。当感应板上没有水滴时，3脚输出为高电平，当检测到有水滴时，3脚输出为低电平。

2.5 网络通信模块设计

系统中MCU与手机间的各通信信息（包括各检测模块检测的家居状态信息和手机端发出的远程控制命令）是通过互联网进行通信从传输。本设计中。采用ESP8266完成这一功能，该芯片是一款超低功耗的UART-WiFi 透传模块，拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理设备连接到Wi-Fi 无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。

ESP8266支持STA/AP/STA+AP 三种工作模式。

STA模式：ESP8266模块通过路由器连接互联网，手机或电脑通过互联网实现对设备的远程控制。

AP 模式：ESP8266模块作为热点，实现手机或电脑直接与模块通信，实现局域网无线控制。

STA+AP 模式：两种模式的共存模式，即可以通过互联网控制可实现无缝切换，方便操作。

本设计采用STA+AP模式完成系统网络通信任务。

电路中，ESP8266采用3.3V电源供电，其6脚、7脚分别通过电阻R1、R2与电源VOUT相连，8脚直接与电源VOUT相连;其1脚、3脚与GND相连;5脚为数据发送，与USB接口的3脚相连，4脚为数据接收与USB接口的4脚相连，USB接口与CC2530的相应通信接口相连。

3. 系统软件设计

3.1 手机APP界面设计

本系统的手机APP是基于Android系统开发的，采用手机APP可完成智能家居环境的状态信息显示和控制命令的发放，其界面显示信息包括本地的IP地址和端口号，家居终端获目标设备的IP地址与端口号，家居环境当前状态信息（温度、湿度、光照强度、雨滴状况），界面控制信息包括各LED灯（用于模拟各受控智能家居）开关状态。APP界面如图7所示。

3.2 Android程序设计

软件运行后，首先执行连接路由器的程序，然后进入wifi接收通信数据程序，如果没有进行参数设置则转入参数设置程序，如果已经设置了则转入wifi发送数程序，然后再判断是否要进行参数设置，重复上述流程。流程图如图8所示。

4. 结语

本文设计了一种低成本，高效能基于Andriod的物联网模式的智能家居系统，该系统不但功耗低而且成本也低，方便操作开发。系统结合了物联网软硬件技术，通过ESP8266模块与手机互连通信，手机APP发送控制指令控制用于模拟家居设备的LED灯，并显示当前家居环境的各项数据状态。

参考文献：

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[6]邱寄帆主编.数字电子技术[M].北京：高等教育出版社，2015

作者简介：钟静宇 山东烟台人，17级在校大专学生;李进 山西人，副教授，硕士，研究方向：物联网应用技术。