基于物联网技术的智慧家居系统设计

基于物联网技术的智慧家居系统设计

安琪，刘丽华，王睿，高镱菡，薛祥，肖徽，马宇航

辽宁科技学院 电子与信息工程学院，辽宁 本溪  117004

摘要: 本文基于物联网技术的智慧家居系统，通过蓝牙、WiFi控制单片机进行智能门禁控制，利用光敏传感器配合温湿度传感器进行智能灯控，配合雨滴传感器设计智能窗户控制，智能窗帘控制等；实现系统实时监控灯光、窗帘开关、门禁等家庭内部环境，并且根据不同情况进行自动控制；开发手机APP，用于接收传感器的信息如温湿度、灯光状况、窗户窗帘开关情况、门禁情况等数据，自动针对天气情况按照设定进行窗户窗帘开关、灯光强度变化，为人们的生活带来极大便利。

关键词： Arduino，传感器，智慧家居系统，WiFi

1. 引言

基于物联网技术的智慧家居系统采取物联网三层设计结构，感知层利用单片机与RFID传感器、温度传感器、湿度传感器，光敏传感器，雨滴传感器，红外传感器、舵机等来实现智能安全警报、实时智能监控、环境监测等功能；传输层利用各传感器之间的通信以及开发板、拓展板建立各硬件之间的联系输出模拟信号和数字信号，运用蓝牙与WiFi两种通信模式建立各硬件之间的联系；应用层设计配套的APP操控智能家居模块，实现远程操控。

2. 系统设计方案

该系统选用Arduino开发板，通过传感器来判断并监测周围的环境，通过蓝牙和WIFI来建立各硬件之间的通信，实现对智慧家居的自动控制并利用手机APP远程控制智能家居。

具体方案如下：

2.1硬件模块

（1）Arduino 开发板：智慧家居系统选用了Arduino开发板搭配Arduino功能转接板，进行环境监测、各家居智能控制，并通过手机APP端对智慧家居加以基本的控制。

（2）传感器：采用光敏传感器实现智能窗帘的自动开关，达到控光效果；利用雨滴传感器、光敏传感器，智能控制窗户的自动开关以防止雨水打进屋内并且在晴天时智能采光；利用红外传感器自动检测人员是否进入房间完毕，如检测到有人，说明人还未完全出入房间，自动延长智能门禁的打开时间直至人们完全出入。

（3）网络搭建：智慧家居接通电源后，手机端自动搜寻蓝牙和WiFi并连接形成远程操控。WIFI模块选用型号为ESP8266模块，ESP8266模板可以根据Arduino程序编写的命令依据网络向公共MQTT网络服务器发布智能家居系统网络主题样式，根据手机应用程序订阅智能家居网络主题样式，并使用云管理平台推送智能家居系统采集的相关数据消息。

图1 系统硬件模块组成

2.2软件模块

手机端APP由基于Android系统的Java语言编写，APP界面可显示家具状态相关信息，实现对智慧家居的实时监控和远程操控。当智慧家居连接电源后，所有传感器开始启动，将收集的状态信息传输到开发板中，并在处理后由WIFI模块发送到APP客户端。与此同时，将监测到的数据通过大数据分析整合起来，以更加直观的方式显示在手机APP上。在APP上也可以根据房屋主人的意愿远程控制智慧家居。

图2 手机APP界面

3. 功能描述

利用单片机与RFID传感器、温度传感器、湿度传感器，光敏传感器，雨滴传感器，红外传感器相连接，硬件与软件连接采用WIFI连接。硬件检测到的数据通过WIFI向服务器发送信息,实现智能控制智能家居。作品实现智能安全警报、实时智能监控、实时环境监测三部分。

1. 智能安全警报：安全警报在室内通过特定传感器检测厨房一氧化碳浓度，一旦数值异常便触发安全警报。
2. 实时智能监控：通过对室内家庭成员的不定时观察，智能监控其是否正常，比如独居老人是否生命活动正常 ，发现异常立即远程提醒家属。
3. 实时环境监测：环境检测模块包括了光线亮度检测、雨滴检测。光敏传感器将检测到的信息实时传送给主板使其智能控制窗户窗帘等。

图3 智慧家居系统的功能模块图

4. 结束语

根据智慧家居系统的特点，本文提出了基于传感器技术，蓝牙和WiFi的设计方案，不仅可以自动根据外界环境来控制家具状态，还可以通过手机远程控制，通过对以上功能的实现，实现自动控制处理、感知、警报等功能。

参考文献

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Smart Home System Based on Internet of Things Technology

An Qi,Liu Lihua,Wang Rui,Gao Yihan,Xue Xiang,Xiao Hui, Ma Yuhang

(Internet of Things Engineering, School of Electrical and Information Engineering, Liaoning Institute of Science and Technology, Benxi, Liaoning, 117004)

Abstract: In this paper, the smart home system based on the Internet of Things technology carries out intelligent access control through Bluetooth and WiFi control single chip microcomputer, uses photosensor and temperature and humidity sensor for intelligent light control, and designs intelligent window control and intelligent curtain control with raindrop sensor. Realize real-time monitoring of lighting, curtain switch, access control and other family internal environment, and automatic control according to different situations; The development of mobile phone APP, used to receive sensor information such as temperature and humidity, lighting conditions, window curtain switch, access control and other data, automatically according to the weather conditions according to the setting of window curtain switch, light intensity changes, bring great convenience to people's lives.

Keywords: Arduino, sensor, smart home system, WiFi

基金项目2022年辽宁科技学院教改“校际校企联动赛教考协”物联网工程专业线上线下混合课程建设的研究与实践;2024年辽宁科技学院大学生创新训练项目（202411430076）; Java程序设计2022年辽宁省线上线下混合式一流课程（3480）;2022年《物联网智能移动开发技术—从问题到程序》教材立项;2023劳模工作室

作者简介：刘丽华，女（1967-），辽宁本溪人,工学学士，教授，辽宁科技学院电子与信息工程学院，研究方向为物联网软件设计。

安琪（2004-），男，河南平顶山人，辽宁科技学院电子与信息工程学院，研究方向为物联网工程实施。