隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展及互聯(lián)網(wǎng)的日益普及，人們對傳統(tǒng)的家居環(huán)境也提出了新的要求，人們在信息化社會中需要的不僅僅是舒適的居家環(huán)境，更需要一個智能化、信息化的智能家居系統(tǒng)，智能家居逐漸成為未來家居生活的發(fā)展方向。然而，目前的智能家居系統(tǒng)配置較為復(fù)雜，添加設(shè)備繁瑣，普通用戶很難會使用。若能降低其操作難度，做到即插即用、提供在線升級的服務(wù)，新版本能夠完全兼容老版本，這樣極大地節(jié)約消費(fèi)者的使用成本，使智能家居真正走進(jìn)人們的日常生活。
本項目設(shè)計了一款智能家居環(huán)境控制器。通過家居環(huán)境控制器可以實時掌握室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度及光照度，并可以通過手機(jī)平臺對溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，同時設(shè)計了遠(yuǎn)程開關(guān)，可以用手機(jī)遠(yuǎn)程控制家居中的有關(guān)設(shè)備。1設(shè)計思路(1) 家居環(huán)境控制器終端設(shè)計。系統(tǒng)采用 32 位的微處理器 STM32C8T6 作為主控制芯片，** 電路包括電源電路、串口通信電路、繼電器電路、wifi 通信電路等；程序開發(fā)基于 MDK 開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示及無線通信等功能。(2) 機(jī)智云系統(tǒng)的搭建。采用機(jī)智云的遠(yuǎn)程服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)點的搭建，完成數(shù)據(jù)點固件的生成，虛擬服務(wù)器的搭建，實現(xiàn)局域網(wǎng)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸，同時支持虛擬調(diào)試。(3) 安卓手機(jī)平臺搭建和應(yīng)用開發(fā)。安卓手機(jī)應(yīng)用程序的開發(fā)方案是根據(jù)實際的應(yīng)用需求，設(shè)計出相應(yīng)的用戶界面。2主要硬件電路設(shè)計2.1 結(jié)構(gòu)框圖

圖 1 智能家居環(huán)境控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖智能家居環(huán)境控制器硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示，主要由電源模塊、STM32 主控模塊、溫度檢測模塊、繼電器模塊和 WIFI 模塊幾個部分組成。電源模塊提供其他各模塊工作所需電源，STM32 主控模塊采用 STM32C8T6 芯片，它像大腦一樣控制著 ** 器件的運(yùn)行，WIFI 模塊負(fù)責(zé)接入互聯(lián)網(wǎng)，溫度、濕度、光照度檢測模塊負(fù)責(zé)采集溫度值，繼電器模塊是系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過繼電器的通斷實現(xiàn)被控模塊的工作。2.2電源模塊為了保證產(chǎn)品工作穩(wěn)定，在設(shè)計電源電路的時候，采用單片機(jī)主控模塊和 WIFI 模塊分別供電的方式，通過 5V 開關(guān)電源從 220V 市電接入，經(jīng)過 AMS1117 穩(wěn)壓到 3.3V, 一路給單片機(jī)系統(tǒng)供電，一路給 WIFI 模塊供電。2.3STM32 主控模塊STM32F103C8T6 系統(tǒng)電路如圖 2 所示。STM32F103C8T6 是一款基于 ARMCortex-M 內(nèi)核 STM32 系列的 32 位的微控制器，程序存儲器容量是 64KB, 需要電壓 2V-3.6V, 單片機(jī)外接 8M 晶振，在內(nèi)部經(jīng)過 9 倍倍頻，以 72MHz 的頻率工作 [2]。WIFI 模塊采用 esp8266 芯片，如圖 3 所示。ESP8266 尺寸為 5×5mm,WIFE 模塊需要 ** 器件有 10 個電阻電容電感、1 個無源晶振、1 個 flash。工作溫度范圍:-40～125℃。在本設(shè)計中，WIFI 模塊通過與 STM32 單片機(jī)的 PA2 和 PA3 連接，保持通信。

圖 2 STM32F013C8T6 系統(tǒng)電路

2.4 傳感模塊溫度檢測傳感器模塊采用 DS18B20 芯片，濕度檢測芯片采用 DHT11 芯片，光照度檢測芯片采用 BH1750。STM32 單片機(jī)將采集到的串行的 9～12 位數(shù)字量經(jīng)過換算得到溫度值、濕度值及光照度值，然后定時發(fā)送給 WIFI 模塊，然后通過網(wǎng)絡(luò)將這些數(shù)據(jù)發(fā)到到服務(wù)器，服務(wù)器按照協(xié)議將溫度、濕度、光照度信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到用戶的 APP, 實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測功能。后期，根據(jù)需要還可以擴(kuò)展其他檢測模塊，如煙霧檢測模塊、紫外線檢測模塊等。2.5繼電器模塊本設(shè)計共包含三個繼電器模塊，用于控制被控設(shè)備的通斷。3軟件設(shè)計系統(tǒng)的主程序流程圖如圖 4 所示。本項目中主程序在運(yùn)行后首先完成系統(tǒng)初始化，然后調(diào)用相關(guān)的子程序來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、無線通信及繼電器處理等功能。其中 ESP8266 模塊實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)和繼電器開關(guān)量數(shù)據(jù)上傳云服務(wù)器，同時接受手機(jī) APP 的控制指令進(jìn)行上傳數(shù)據(jù)的控制，圖 5 所示為手機(jī) APP 測試界面。圖 3WiFi 模塊

圖 4 主程序流程圖

圖 5 手機(jī) APP 測試界面4機(jī)智云服務(wù)器及手機(jī)系統(tǒng)的搭建用戶在開發(fā)者中心進(jìn)行數(shù)據(jù)點的搭建，將自己所需的數(shù)據(jù)點創(chuàng)建起來通過服務(wù)器生成自己的特點的固件，每一個固件含有一個唯一的密鑰，防止別人連接自己的設(shè)備進(jìn)行誤操作，同時也保護(hù)自己的信息安全。第一次進(jìn)行數(shù)據(jù)連接時，需要在一個局域網(wǎng)的下進(jìn)行數(shù)據(jù)的匹配，保證手機(jī)也是連接到局域網(wǎng)下面，這樣，使用機(jī)智云 APP 就可以實現(xiàn)連接了。手機(jī) app 信息實時回傳到后臺，后臺返回控制信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)控制和局域網(wǎng)控制。該設(shè)計使用獨特的配網(wǎng)方式，使用一鍵式配網(wǎng)功能，簡化了大量的繁瑣的步驟實現(xiàn)快速配網(wǎng)快速使用，一般的設(shè)備在斷網(wǎng)之后就無法實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，有的設(shè)備只能實現(xiàn)局域網(wǎng)控制，而這款設(shè)計的采用的是分布式配網(wǎng)方式，及時在主網(wǎng)沒有信號使也可以實現(xiàn)自動搜索默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)。同時支持兩個備用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，防止主網(wǎng)斷電之后設(shè)備遠(yuǎn)程控制無效，一般的智能家居設(shè)備都會出現(xiàn)因為使用壽命或者突發(fā)情況導(dǎo)致設(shè)備死機(jī)，該設(shè)計擁有獨特的看門狗設(shè)計防止設(shè)備死機(jī) WiFi 模塊的固件擁有獨特的喂狗指令，一旦 WIFI 模塊和單片機(jī)出現(xiàn)信息交換失敗，WiFi 模塊的指令配合硬件實現(xiàn) 0.5s 重啟，從而有效的避免了因為設(shè)備死機(jī)導(dǎo)致的其他的問題。

5結(jié)語本設(shè)計完成的智能家居環(huán)境控制器，使用戶實時掌握室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度及光照度，并可以通過手機(jī)平臺對溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，同時設(shè)計了遠(yuǎn)程開關(guān)，可以用手機(jī)遠(yuǎn)程控制家居中的有關(guān)設(shè)備。樣機(jī)經(jīng)過長時間工業(yè)測試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有良好的應(yīng)用前景。