一、緒論1.1課題來源智能家居對于現(xiàn)代城市并不陌生。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能家居正越來越多地進(jìn)入現(xiàn)代生活。智能家居出現(xiàn)于1980年左右，在歐美國家通常用Smart

Home來稱呼。所謂智能家居就是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備連接起來。隨著人們生活水平的顯著提高，人們對方便、便捷、智能的家居生活越來越向往，尤其是對智能家居的無線控制，使得無線智能家居成為一個研究熱點。1.2課題的研究目的及意義智能家居可以在保持傳統(tǒng)家居功能的基礎(chǔ)上，讓家居更自動化、智能化。無線智能家居系統(tǒng)不僅僅是具有住房功能，而且設(shè)計更加符合人們?nèi)粘２僮鬟壿?，使整個家居變得更智慧、安全和舒適。原本需要人們參與的繁雜家務(wù)，現(xiàn)在可以通過智能自動化設(shè)備來完成，讓人們走出瑣碎的家務(wù)活，享受科技帶來的舒適便捷的智能生活。人們在上下班的路上可以遙控家里的電飯煲，下班回家就能吃上一頓豐盛的飯；上班時，可以查看家電是否已關(guān)機(jī)，這樣既省時又節(jié)省資源。本系統(tǒng)以Android平臺為基礎(chǔ)，通過無線通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)實現(xiàn)智能家居的遠(yuǎn)程監(jiān)控。它給家庭帶來了更舒適、更方便、更安全的生活方式。賦予普通家電生命力，讓科技不再是冰冷突兀的存在，而是圍繞著居住者的需求。用戶可以用手拿著Android設(shè)備監(jiān)視在家中的電器設(shè)備。該系統(tǒng)允許用戶隨時隨地遠(yuǎn)程監(jiān)控家用電器，并與家庭保持密切聯(lián)系，使在室內(nèi)外信息交流更加便捷流暢，改善人們的生活方式，增加家庭生活的安全性并節(jié)省資金和資源。1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀智能家居的發(fā)展分為三個階段：首先是電子化階段的家庭，這一時期主要是針對一個家用電器，并且家用電器之間沒有關(guān)聯(lián)。其次，住宅自動化階段，此階段主要是處理用戶想要實現(xiàn)的特定操作。一些家用電器形成簡單的連接。形成這一連接的原因是為了滿足用戶的需求。最后一個階段是家居智能化階段，即實現(xiàn)多個用戶想要實現(xiàn)的功能，將這些功能連接成一個完整的系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)不同的功能。該系統(tǒng)通過家庭服務(wù)分配總線對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中各種信息相關(guān)的通信媒體、家用電器和報警系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，保持家用電器與環(huán)境的協(xié)調(diào)，提供生活、工作、學(xué)習(xí)娛樂等各種優(yōu)質(zhì)服務(wù)，打造出一個溫馨且舒適的家。國外智能住宅的研發(fā)開始的較早，在國外由于大多數(shù)住宅樓是分布式的，大多數(shù)家庭系統(tǒng)直接與城市系統(tǒng)相連，因此，國外大多數(shù)智能家居系統(tǒng)都是獨(dú)立設(shè)置的，且可高度定制。在研究智能家居系統(tǒng)時，美國和幾個歐洲國家一直走在前列。近年來，國外一些知名企業(yè)紛紛在微軟、蘋果、谷歌、三星的領(lǐng)導(dǎo)下也逐步進(jìn)入智能家居的研發(fā)領(lǐng)域。在我國，智能家居的發(fā)展相對緩慢。由于國內(nèi)住宅多數(shù)是以小區(qū)的形式存在，因此人們通常以某個小區(qū)智能化的角度來看待整個家庭智能化，住宅小區(qū)是我國流行的“智能小區(qū)”。盡管我的智能家居起步較晚，因此擁有其他國家地區(qū)豐富的智能家居開發(fā)和技術(shù)支持方面經(jīng)驗。在智能家居方面，相關(guān)技術(shù)得到了改進(jìn)。隨著我國智能家居系統(tǒng)的逐步發(fā)展，越來越多的家庭意識到當(dāng)前的智能社區(qū)系統(tǒng)不再能夠很好地表達(dá)人們對于家居個性化定制的追求的。在某些家庭中，智能家居系統(tǒng)不再能夠滿足個人的需求，監(jiān)控系統(tǒng)變得更加重要，而其他家庭也將更加關(guān)注智能的家用電器，這意味著智能家居的發(fā)展正逐步朝著個性化和人性化方向發(fā)展。1.4本文研究內(nèi)容第一章簡略分析無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的意義及其國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r。第二章介紹了無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)以及技術(shù)優(yōu)勢。第三章主要是對各個參考方案進(jìn)行比較以及總體方案的選擇。第四章主要是對硬件的設(shè)計，包括微控制器芯片的選型，傳感器的選型以及Wi-Fi模塊的選型等。第五章對智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件終端界面設(shè)計，以及對傳感器節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)配置的設(shè)計。第六章對無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)仿真以及創(chuàng)新的想法。第七章總結(jié)本課題的完成過程以及個人對此期間的收獲和感悟。二、智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)2.1基于Android系統(tǒng)平臺智能家居的優(yōu)勢Android系統(tǒng)現(xiàn)在是使用最多的移動操作系統(tǒng)。它不僅應(yīng)用在手機(jī)和平板電腦上，也越來越多的應(yīng)用在電視機(jī)、車機(jī)上。據(jù)統(tǒng)計，在中國的移動操作系統(tǒng)市場領(lǐng)域，谷歌的Android操作系統(tǒng)的市場份額為75.44%，而蘋果的iOS的市場份額僅僅為22.49%，Android操作系統(tǒng)遙遙領(lǐng)先。此外，大多數(shù)Android移動終端的價格都比IOS移動終端便宜，擁有龐大的用戶群，所以會為引入智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)做出更多貢獻(xiàn)。圖1.12019年中國市場移動操作系統(tǒng)市場占有率作為全球最流行的手機(jī)操作系統(tǒng)，Android操作系統(tǒng)具有以下特點：具有開放性。因為Android系統(tǒng)平臺本身就是基于開放源代碼的應(yīng)用程序，所以為了遵循開放源代碼軟件的原則，Android操作系統(tǒng)為開發(fā)人員提供了一個源代碼，供開發(fā)人員根據(jù)自己的想法修改應(yīng)用程序。豐富的硬件資源。由于Android的開放性，手機(jī)制造商為了贏取更多的用戶，手機(jī)制造商紛紛推出各種特色產(chǎn)品以贏得更多用戶的青睞，但這絲毫不會影響數(shù)據(jù)同步以及軟件兼容性。開發(fā)自由。為了允許更多的開發(fā)人員參與，Android平臺為開發(fā)人員提供了無限的軟件開發(fā)環(huán)境。設(shè)計人員僅需使用Android的統(tǒng)一數(shù)據(jù)界面自定義相關(guān)服務(wù)內(nèi)容并開發(fā)滿足制造商和用戶需求的軟件產(chǎn)品。綜上所述，Android系統(tǒng)平臺的優(yōu)勢是顯而易見的，無論用戶使用多少，系統(tǒng)的開放性還是未來的發(fā)展前景，Android系統(tǒng)平臺相比其他平臺都有很大的優(yōu)勢，因此本文選擇Android手機(jī)作為用戶端。2.2Android系統(tǒng)平臺的研究與分析2.1.1Android系統(tǒng)平臺的架構(gòu)Android是Google于2007年11月提出的基于Linux內(nèi)核的開源移動設(shè)備軟件開發(fā)平臺。Android開發(fā)平臺包括六個主要組件：操作系統(tǒng)、虛擬機(jī)、運(yùn)行時、框架、開發(fā)工具和應(yīng)用軟件。經(jīng)過多次的版本迭代，優(yōu)化更新和改進(jìn)，Android開發(fā)平臺已升級到Android11，并已成為世界上最大的智能終端之一。Android平臺使用分層體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)由四層組成，即：操作系統(tǒng)，中間件，用戶界面和應(yīng)用程序。每一層的功能和結(jié)構(gòu)十分的清晰明了。圖2.1Android系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)2.1.2Android平臺的特性 從圖2.1所示能了解到，Android操作系統(tǒng)平臺從低到高分為四層，分別是Linux核心層(LINUXKERNEL)、系統(tǒng)運(yùn)行層(LIBRARIES)、應(yīng)用程序框架層(APPLICATIONFRAMEWORK)及應(yīng)用程序?qū)?APPLICATIONS)。系統(tǒng)運(yùn)行層主要含有系統(tǒng)庫和運(yùn)行環(huán)境，一般稱它是中間層。以下是對Android系統(tǒng)平臺的五個組成部分進(jìn)行介紹。應(yīng)用程序?qū)舆@一層位于結(jié)構(gòu)最頂層，所有的應(yīng)用程序都是手機(jī)廠商根據(jù)市場反饋，利用Android系統(tǒng)的開源開發(fā)的。Android系統(tǒng)還附帶了一些應(yīng)用軟件，如Call、SMS等。這些應(yīng)用程序是用Java語言編寫的。應(yīng)用程序框架這一層位于結(jié)構(gòu)的第二層，需要使用系統(tǒng)提供的API接口開發(fā)，這種方法不僅提供了應(yīng)用程序開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，而且降低了底層和應(yīng)用程序?qū)拥膹?fù)雜性。系統(tǒng)運(yùn)行層這一層位于結(jié)構(gòu)的第三層，該層處于整個層次關(guān)系的中間層，其主要作用是為應(yīng)用框架層提供服務(wù)。該層不是用Java語言編寫的，因此可以通過各種程序輕松，快速地調(diào)用。Linux核心層Linux核心層是用戶空間和內(nèi)核空間的邊界。Linux核心層是內(nèi)核空間的一部分，其他三層是用戶空間，這一層也是Android操作系統(tǒng)代碼的核心，是軟件和硬件之間的抽象層。它是用C語言開發(fā)的。2.3Wi-Fi技術(shù)簡介2.3.1Wi-Fi技術(shù)概述Wi-Fi，中文也叫“行動熱點”，是Wi-Fi聯(lián)盟廠商的商標(biāo)，是產(chǎn)品的品牌認(rèn)證。Wi-Fi是一種高頻無線信號，可以將終端設(shè)備（例如手機(jī)，平板電腦和電視）彼此無線連接。Wi-Fi是在IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中創(chuàng)建的無線LAN技術(shù)，目前已經(jīng)發(fā)展到第六代即Wi-Fi6，Wi-Fi6最多可與8個設(shè)備通信，最大速度為9.6Gbps。目前，Wi-Fi技術(shù)幾乎無處不在，給人們的日常生活帶來了極大的舒適。人們利用Wi-Fi技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)，擺脫網(wǎng)線的束縛，為人們提供舒適無憂無慮的上網(wǎng)體驗。2.3.2Wi-Fi技術(shù)的特點 1.覆蓋范圍廣。其半徑半徑可以達(dá)到100米，這為智能家居系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)提供了保證。 2.速度不僅快，而且具有可靠性。其最新的Wi-Fi6技術(shù)最高速率可以達(dá)到9.6Gbps，傳輸速度非?？臁?3.無需布線。傳統(tǒng)的智能家居需要預(yù)先布線，Wi-Fi的優(yōu)勢在于它不需要布線，因此不受布線的限制，并且具有廣闊的市場前景。 4.健康安全。IEEE802.11所設(shè)定的發(fā)射功率低于100mw，實際發(fā)射功率大概在60~70mw，因此對人體完全沒有危害。 基于以上分析，選擇Wi-Fi技術(shù)作為一種無線通信技術(shù)來發(fā)送數(shù)據(jù)符合實際需要。2.4本章小結(jié)本章研究了智能家居無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)所需的技術(shù)。首先，對Android系統(tǒng)平臺進(jìn)行了研究和分析，介紹了Android平臺的體系結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢，為軟件開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。它還介紹了此系統(tǒng)中使用的Wi-Fi通信技術(shù)，該技術(shù)為后續(xù)的硬件和軟件設(shè)計提供了技術(shù)支持。

三、智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計3.1系統(tǒng)的設(shè)計概述智能家居設(shè)計的初衷是為傳統(tǒng)家庭帶來更高級且具有“明天屬性”的生活方式。為每一臺獨(dú)立的家用電器注入新的靈魂，使這些家用電器不再是冰冷的機(jī)器，讓它們更加“了解”人們的需求，將“以人為本”的理念滲透其中。智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟、硬件兩部分都需要擁有先進(jìn)性，從而延長它的使用生命周期，更長時間的為人們服務(wù)。我們還應(yīng)該保證超高的性價比，從而獲得市場的良性反饋，增加人們對智能家居的更換欲望，將高科技帶來的舒適的生活走進(jìn)普通家庭。該系統(tǒng)的設(shè)計過程應(yīng)充分考慮現(xiàn)階段人們對智能家居和舒適生活的需求，并且還應(yīng)考慮將來的功能改進(jìn)和升級。3.2系統(tǒng)的需求分析3.2.1系統(tǒng)的目標(biāo)本文將無線通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。智能家居系統(tǒng)要求手機(jī)APP能通過Wi-Fi連接家中的各個電器，比如空調(diào)、窗簾、電視、電冰箱等，智能家居通過無線網(wǎng)絡(luò)從用戶那里接收指令，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。手機(jī)APP可以顯示智能家電所感應(yīng)到家中的溫濕度、煙霧濃度變化的具體信息。本系統(tǒng)Wi-Fi技術(shù)采用ESP8266模塊，從而實現(xiàn)傳達(dá)出用戶控制指令的功能。終端系統(tǒng)采用Android操作系統(tǒng)，它具有很多優(yōu)點和廣泛的用戶基礎(chǔ)。用戶可以使用任何Android操作系統(tǒng)來監(jiān)控智能家居設(shè)備。和傳統(tǒng)的智能家居管理系統(tǒng)比較，它無需重新布線，成本更低，因此使市場推廣更加容易，讓舒適的智能家居融入了普通用戶的生活。3.2.2系統(tǒng)的功能性需求智能家居系統(tǒng)要求用戶使用Android手機(jī)上的應(yīng)用程序，通過無線網(wǎng)絡(luò)控制家中的智能家電。無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)要求用戶使用Android手機(jī)中的APP通過Wi-Fi/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)控制智能家居。智能家電接收用戶指令，給予用戶反饋，并將其轉(zhuǎn)換為開/關(guān)兩種物理狀態(tài)。圖3.1系統(tǒng)功能性需求模塊圖移動終端系統(tǒng)的功能應(yīng)該具有電器設(shè)備控制、智能監(jiān)控報警。以下是具體的功能設(shè)計：1.用戶可以通過手機(jī)監(jiān)視和控制家庭中各種電器（例如照明，空調(diào)等）的當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，然后可以執(zhí)行相應(yīng)的開關(guān)控制。2.通過Android操作系統(tǒng)的移動終端，用戶可以實時監(jiān)控家中傳感器的數(shù)據(jù)，如溫度變化、煙霧濃度等。用戶可以根據(jù)移動終端顯示出來的異常狀態(tài)及時的做出判斷并采取相應(yīng)措施。3.2.3系統(tǒng)的性能要求1.系統(tǒng)的反饋速度用戶通過移動終端發(fā)出指令后，系統(tǒng)必須及時響應(yīng)以滿足用戶的使用需求。2.系統(tǒng)的易用性系統(tǒng)的操作界面盡可能的簡單易懂，用戶的操作界面必須清晰明了，降低用戶的學(xué)習(xí)成本，符合用戶的使用習(xí)慣和操作邏輯。3.系統(tǒng)的適用性對不同特點的家電產(chǎn)品進(jìn)行了集中化、智能化管理，對不同品牌的智能家電產(chǎn)品具有一定的適應(yīng)性。3.3系統(tǒng)總體設(shè)計方案在此無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，ESP8266模塊通過無線Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)連接到云端服務(wù)器以進(jìn)行訪問數(shù)據(jù)，Android手機(jī)或者平板電腦通過各種無線網(wǎng)絡(luò)連接到Wi-Fi模塊，數(shù)據(jù)收集終端的每個終端都通過GPIO連接到ESP8266模塊。當(dāng)單片機(jī)接收到來自Android系統(tǒng)平臺的操作任務(wù)時，完成分配的工作，并在Android系統(tǒng)平臺上反饋家電的狀態(tài)以及家中環(huán)境的數(shù)據(jù)變化。圖3.2無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的整體系統(tǒng)框圖。圖3.2無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的整體系統(tǒng)框圖3.4本章小結(jié) 本章主要概述了系統(tǒng)的設(shè)計，并闡明了系統(tǒng)的功能和性能要求，最后簡要說明了系統(tǒng)的總體設(shè)計。四、智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1系統(tǒng)硬件總體設(shè)計該系統(tǒng)以AT89C52控制器為核心，并使用ESP8266的Wi-Fi模塊和云平臺服務(wù)器來協(xié)調(diào)信息反饋的遠(yuǎn)程操作。首先，將各種傳感器收集的周圍環(huán)境數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器。服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后，用戶可以使用Android系統(tǒng)終端來遠(yuǎn)程控制智能家居，然后將傳感器采集到周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)閾值進(jìn)行比較，若出現(xiàn)異常，用戶的Android系統(tǒng)終端將會收到報警提醒，用戶可以發(fā)出指令，處理相應(yīng)的異常情況。圖4.1所示為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖。圖4.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖4.2微控制器芯片的選型從目前對物聯(lián)網(wǎng)的使用需求來看，選擇微控制器應(yīng)考慮其用途，其主要目的是收集和控制系統(tǒng)信息，它所處理的只是一些簡單的數(shù)據(jù)，因此不需要追求太強(qiáng)大的計算能力。由于單片機(jī)在信息采集、處理和控制領(lǐng)域具有低成本、高效率和低功耗的特點，已成為物聯(lián)網(wǎng)最重要的硬件參與者。該系統(tǒng)使用AT89C52處理器作為單片機(jī)平臺。AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)含8k字節(jié)的可反復(fù)擦寫的閃存芯片和256字節(jié)的隨機(jī)讀寫芯片，元器件采用愛特梅爾公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，并且和MCS-51機(jī)器語言相兼容，在電子行業(yè)中通常會應(yīng)用到AT89C52。4.2.1AT89C52最小系統(tǒng) 時鐘電路(包括晶體振蕩器、電容C19、C20)和復(fù)位電路構(gòu)成AT89C52的最小系統(tǒng)。1.AT89C52晶體振蕩器 晶振電路的功能是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號，該開發(fā)板包含一個晶振，它是一個12MHz高速無源晶振，它為中央處理器提供時鐘信號，分別與單片機(jī)的18，19引腳XTAL1，XTAL2連接。圖4.1所示為晶振電路。圖4.1晶振電路2.復(fù)位電路 該開發(fā)板復(fù)位信號為高電平有效，區(qū)別于stm32單片機(jī)的低電平復(fù)位。根據(jù)復(fù)位電路可以看出，RST為芯片的復(fù)位引腳信號，芯片復(fù)位引腳接通GND，其中的電容的功能是儲能，當(dāng)開發(fā)板上電瞬間，電容開始充電，加至復(fù)位引腳一個高電平信號，復(fù)位引腳為高電平，所以上電瞬間開發(fā)板會復(fù)位重啟，復(fù)位引腳上的高電平持續(xù)時間由電容C的充電時間來決定。圖4.2所示為復(fù)位電路。圖4.2復(fù)位電路4.2.2微控制器的優(yōu)點1.豐富的資源。AT89C52具有許多資源，可以提供許多復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。2.成本低廉。在成本敏感度高的市場AT89C52非常受歡迎。3.速度快，低功耗。擁有低功耗空閑和掉電模式。4.3傳感器的選型及電路設(shè)計傳感器的主要作用是監(jiān)測環(huán)境參數(shù)。系統(tǒng)的傳感器包括溫度傳感器和圖像傳感器。為了降低成本并簡化系統(tǒng)硬件的組成，系統(tǒng)使用數(shù)字傳感器。4.3.1數(shù)字溫度傳感器 溫度傳感器采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器。DS18B20具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、性價比高等特點。而且，由于DS18B20接線方便，封裝之后就可以應(yīng)用于多種場合與其它系統(tǒng)集成非常簡單，操作方便，因此可以作為最佳選擇。如圖4.4所示為DS18B20電路圖。圖4.4DS18B20電路圖4.3.2圖像傳感器 視頻監(jiān)控模塊的設(shè)計是為了完成對家庭安全狀態(tài)的用戶監(jiān)控，使用者能實時監(jiān)控家庭里各種異常的發(fā)生。視頻監(jiān)控模塊使用OV7670攝像頭來收集視頻數(shù)據(jù)。 圖像傳感器OV7670為小型傳感器，運(yùn)行電壓低。它提供VGA相機(jī)和圖像處理器的所有功能。產(chǎn)品VGA圖像可以達(dá)到每秒30幀，用戶可以完全控制相片清晰度、圖片的格式和傳輸?shù)男问?。如圖4.5為OV7670電路圖。圖4.5OV7670電路圖4.4LED燈光電路設(shè)計 超高亮LED是一種新型LED，其亮度是普通LED發(fā)光二極管的近百倍。高亮度LED燈具有以下優(yōu)點：穩(wěn)定，維修成本便宜，而且連續(xù)工作時長可達(dá)105萬小時，比鎢絲燈泡的連續(xù)使用時長長103小時；其發(fā)光效率可達(dá)80%～90%，比節(jié)能燈提高25%；并且它色彩鮮艷，點亮速度很快。 本文選擇了上述的發(fā)光二極管作為照明設(shè)備。各個房間的燈光控制的主要功能是接收用戶手機(jī)端發(fā)出的指令，控制燈的亮滅，調(diào)節(jié)燈光的明暗。高亮LED照明電路原理圖如圖4.6所示。加電阻的作用是保護(hù)發(fā)光二極管，避免通電后，出現(xiàn)電流過大使得發(fā)光二極管被燒毀。當(dāng)IO端口輸入為低電平時，燈具亮起，當(dāng)輸入高電平時，燈具熄滅。 圖4.6高亮LED照明電路原理圖4.5Wi-Fi模塊的選型本系統(tǒng)Wi-Fi通信模塊選用ESP8266芯片，ESP8266在更小的封裝中集成了行業(yè)里較為先進(jìn)的TensilicaL106超低功耗32位微型MCU，具有16位緊湊模式，主頻率支持80MHz和160MHz，支持RTOS，集成了Wi-FiMAC/BB/RF/PA/LNA，板載天線。支持標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11b/g/n協(xié)議，完整的TCP/IP協(xié)議棧。用戶可以使用這個模塊將網(wǎng)絡(luò)功能添加到現(xiàn)有的設(shè)備中，或者構(gòu)建一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)控制器。ESP8266是一個高性能的無線SOC，具有很高的性價比，而且相對較小，性能穩(wěn)定，非常適合這個系統(tǒng)。如圖4.7所示為ESP8266原理圖。圖4.7ESP8266原理圖4.6繼電器以及電機(jī)控制電路設(shè)計繼電器是一種電控制器件，本系統(tǒng)的繼電器主要是用來控制家用電器例如加濕器、空調(diào)、熱水器等等的開關(guān)控制。如圖4.8所示為繼電器的電路圖。圖4.8繼電器的電路圖電機(jī)驅(qū)動芯片選用L298N，本設(shè)計電機(jī)的主要用途是驅(qū)動窗簾的開和關(guān)，L298N是一款能承受高電壓的電機(jī)驅(qū)動器，直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)都可以驅(qū)動。L298N的輸入端可以直接與AT89C52單片機(jī)連接，因此可以很容易收到單片機(jī)的控制。如圖4.9所示為L298N的電路圖。圖4.9L298N的電路圖4.7本章小結(jié) 本章闡述了基于Wi-Fi的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計，并且介紹了本系統(tǒng)所需要的微控制器、傳感器、繼電器、電機(jī)和Wi-Fi模塊。

五、智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計 在前面的章節(jié)中，介紹了系統(tǒng)的總體架構(gòu)，所需傳感器的選擇以及系統(tǒng)的總體框架。在此基礎(chǔ)上，本章將研究和設(shè)計無線智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的終端軟件功能模塊。5.1智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件終端的功能設(shè)計導(dǎo)航通過對無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能分析，可以得到智能家居系統(tǒng)的功能導(dǎo)航圖。從圖中可以看出，本系統(tǒng)的主模塊為智能控制模塊和監(jiān)控報警模塊。智能控制模塊又分為三種模式，分別是：添加房間、編輯房間和每個房間的設(shè)備控制，此功能主要是適應(yīng)不同用戶居住的不同類型房屋。每個房間的設(shè)備控制主要包括窗簾控制、燈光控制、溫度和視頻監(jiān)測。圖5.1為無線智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的軟件終端導(dǎo)航圖。圖5.1無線智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的軟件終端導(dǎo)航圖5.2主程序設(shè)計首先進(jìn)行AT89C52單片機(jī)的外設(shè)初始化，然后對云端平臺協(xié)議進(jìn)行重新啟動，以確定ESP8266Wi-Fi模塊是否與云端平臺相連，如果已經(jīng)連接，則進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送到反饋屏上，同時系統(tǒng)將數(shù)據(jù)上傳云端服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給Android系統(tǒng)平臺的客戶端，用戶通過Android客戶端收到信息后，系統(tǒng)判斷用戶是否發(fā)出控制命令，如果發(fā)出控制命令，則執(zhí)行相應(yīng)的命令，如果沒有，則執(zhí)行相應(yīng)的命令，按原始順序執(zhí)行。圖5.2為主程序流程圖。圖5.2主程序流程圖5.3傳感器節(jié)點設(shè)計5.3.1溫度傳感器節(jié)點設(shè)計本系統(tǒng)對于溫度和濕度的監(jiān)測為在線監(jiān)測。溫度傳感器DS18B20采集用戶家中的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)AT89C52單片機(jī)簡單處理后發(fā)送到云端平臺。用戶可以通過Android平臺客戶端實時查看當(dāng)前室內(nèi)溫度測量數(shù)據(jù)。當(dāng)測得的溫濕度數(shù)據(jù)超過用戶事先設(shè)定的正常測量范圍時，DS18B20可以實時將后臺會向用戶客戶端發(fā)送信息，讓用戶了解家中溫度的變化。圖5.3為溫濕度采集的軟件流程圖。圖5.3溫度采集的軟件流程圖5.3.2圖像傳感器節(jié)點設(shè)計 該系統(tǒng)的圖像傳感器使用OV7670。圖像傳感器實時錄制室內(nèi)各種動態(tài)。用戶可以通過Android客戶端接收到圖像傳感器視頻數(shù)據(jù)，實時察看房屋內(nèi)的動態(tài)變化，以便用戶及時做出應(yīng)對措施。圖5.4為圖像傳感器監(jiān)控流程圖。 圖5.4圖像傳感器監(jiān)控流程圖5.3.3開關(guān)控制節(jié)點設(shè)計 所有家用電器包括燈、窗簾、空調(diào)、加濕器等等都可以通過Android移動終端點擊相應(yīng)的按鈕實現(xiàn)開啟或者關(guān)閉，當(dāng)用戶向云端平臺發(fā)出開啟的指令后，單片機(jī)收到指令，繼電器開關(guān)閉合，相應(yīng)的家用電器做出相應(yīng)的動作。如圖5.5所示為家用電器開關(guān)控制軟件流程圖。 圖5.5家電的開關(guān)控制軟件流程圖5.4網(wǎng)絡(luò)配置設(shè)計 在無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)啟動后，ESP8266Wi-Fi模塊首先需要檢測附近用戶之前存儲的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)信息，如果有，則會連接當(dāng)前Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，建立TCP/IP連接到云端服務(wù)器，然后用戶可以執(zhí)行以后需要的操作。若ESP8266Wi-Fi模塊之前沒有輸入過用戶的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)信息，用戶需要通過Android平臺的客戶端將Wi-Fi信息導(dǎo)入ESP8266Wi-Fi模塊，然后連接到網(wǎng)絡(luò)，建立到云服務(wù)器的TCP/IP連接，然后用戶可以進(jìn)行下一步操作。5.5智能家居系統(tǒng)軟件終端的控制界面圖5.6智能家居系統(tǒng)軟件終端的控制界面5.6本章小結(jié) 本章對智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計進(jìn)行了模塊劃分，并對各個模塊運(yùn)行的流程進(jìn)行了介紹。本文首先介紹了所要實現(xiàn)的軟件功能，然后介紹了各個傳感器的軟件流程設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)配置設(shè)計。最后給出了智能家居系統(tǒng)軟件終端的界面，明確了整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程。

六、無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的仿真以及創(chuàng)新想法6.1仿真內(nèi)容無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的仿真內(nèi)容：家用電器的開啟和關(guān)閉。6.2仿真軟件本次仿真將采用Proteus仿真軟件，它是英國LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，而且還能仿真單片機(jī)及外圍器件。Proteus能實現(xiàn)數(shù)字電路、模擬電路的設(shè)計與仿真以及單片機(jī)與外設(shè)的混合電路系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)的設(shè)計與仿真。在仿真的過程中，用戶只需要用鼠標(biāo)點擊開關(guān)、鍵盤、電位計、可調(diào)電阻等動態(tài)外設(shè)模型，使單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)輸入信號做出相應(yīng)的響應(yīng)，并將響應(yīng)結(jié)果實時地顯示出來，從而實現(xiàn)了實時交互式仿真的目的。6.3仿真結(jié)果由于仿真中無法體現(xiàn)通過手機(jī)Wi-Fi遠(yuǎn)程控制家用電器等等，所以改用兩個單片機(jī)通過串口連接，又因為仿真中無法展示圖像傳感器監(jiān)控報警，所以使用一個蜂鳴器代替。如圖6.1所示分別為家電關(guān)閉、開啟狀態(tài)的仿真圖。圖6.1分別為家電關(guān)閉、開啟狀態(tài)的仿真圖6.4創(chuàng)新想法 本章創(chuàng)新研究將數(shù)字家庭影院，遠(yuǎn)程看護(hù)寵物，家用電器智能節(jié)能等功能。通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)相連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，而且可以根據(jù)不同的家庭的習(xí)慣采用不同的組合方法，使用戶對于智能家居的控制擁有極大自由支配權(quán)力。從而更好的體現(xiàn)不同家庭的不同需求特點，體現(xiàn)不同的生活理念。通過手機(jī)APP可實現(xiàn)多設(shè)備智能聯(lián)動，充分體現(xiàn)了“以人為本”的設(shè)計理念。 在原有的功能上面不斷的添加新的功能，其目的是為了更好的服務(wù)用戶，但是也必定會增加用戶的學(xué)習(xí)成本，所以應(yīng)當(dāng)盡量的把手機(jī)APP的用戶界面設(shè)計的通俗易懂，使用戶一上手就了解操作邏輯。在給用戶更多自由發(fā)揮創(chuàng)造的權(quán)力的同時，也存在著安全隱患，所以還是應(yīng)該在自定義的同時設(shè)置安全提示和必要的強(qiáng)制性安全保障，比如用電安全等等。

七、總結(jié)與展望科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來了日新月異的變化，物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)更是打破傳統(tǒng)家居給人們的固有印象。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能家居逐漸被大眾所認(rèn)識和應(yīng)用，人們可以通過手機(jī)等移動平臺就可以輕松的控制家中的一切家電，給人們提供了更便捷的生活方式。本文中使用的無線智能家居遙測系統(tǒng)是基于Wi-Fi技術(shù)和Android平臺，實現(xiàn)了對家用電器、溫度監(jiān)控和視頻監(jiān)控的遠(yuǎn)程控制。本文完成的主要工作：1.通過查閱大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)，了解了目前智能家居的現(xiàn)狀以及發(fā)展前景，為開展無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究工作奠定了基礎(chǔ)，也使自己對所選的課題的研究意義有了更深刻的認(rèn)知。 2.對智能家居中所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析與對比，重點對Wi-Fi技術(shù)、Android系統(tǒng)平臺進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，對目前在智能家居領(lǐng)域主流的技術(shù)進(jìn)行了全面的了解，確定了最終技術(shù)方案。 3.對無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計，主要包括微控芯片的選型、Wi-Fi模塊的選型以及傳感器的選型。 4.對無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了設(shè)計，主要包括智能家居控制系統(tǒng)軟件終端的功能設(shè)計、主程序設(shè)計、傳感器設(shè)計以及網(wǎng)絡(luò)配置的設(shè)計，最后對展示了智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)軟件終端的控制界面。 5.對無線智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行仿真以及創(chuàng)新想法。 未來的智能家居系統(tǒng)一定是面向的整個居家生活，智能家居會體現(xiàn)在生活的各個方面，因此需要一個更強(qiáng)大、更穩(wěn)定的后臺和控制系統(tǒng)。我心目中未來之間的樣子應(yīng)該是有著豐富的應(yīng)用場景。真正的匯聚大量技術(shù)的一個生活的載體。它應(yīng)該有三個核心要素：第一，要有科技的內(nèi)核；第二，它有優(yōu)雅的展示方式；第三，能解決生活當(dāng)中遇到的現(xiàn)實問題。未來之家最關(guān)鍵的的核心是讓科技去服務(wù)生活，讓科技不是冰冷突兀的存在，而是圍繞著居住者的需求而存在，讓用戶像正常人一樣，去過他自己的生活。

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