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基于物联网技术的智能家居系统设计与实现

知识分享 / 2021-07-16 07:26

基于物联网技术的智能家居系统设计与实现

移动通信技术与物联网技术的愈发成熟,使得人们在点滴生活中感受高科技带来的便利,智能家居逐渐深入人们的生活中。
基于物联网技术,采用结构化设计方案,完成智能家居系统的设计,该系统包括网络通信、家电智能控制和安全保护功能部分。相比于市面上大多智能家居系统,该系统还着重考虑了住宅环境的安全防范问题,采用门窗配有红外检测仪、室内地板配有重力感应设备等,优化和提升了用户的居住体验。
智能家居(smart home, home automation)是以住宅为平台,利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成,构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统,提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性,并实现环保节能的居住环境。
现阶段的智能家居仍处于发展期,智能家居与某些地区的住房条件整合度还不够好、安全性欠缺、识别不灵敏等问题造成智能家居仍存在问题。该系统除了实现常规的管理外,还在安全防盗、灵敏度控制等方面做了优化。
物联网技术简单来说是在互联网的基础上,利用无线数据通信技术、射频识别技术等构建一个以实现物与物,人与物的智能化连接系统。具体来讲是通过各种信息传感器、定位系统、红外感应设备等按规定的协议实时采集需要监控的物体或过程信息,通过服务器平台呈现给用户操作。
设计的智能家居系统包括网络通信、家电智能控制和安全保护功能。分别由无线传输模块、设备控制模块和手动控制模块、智能安防模块实现,并配备其他模块以实现具体功能。
网络通信方面,采用无线传输模块兼具两种模式,AP模式使得手机,平板电脑等支持Wi Fi通信的设备可以连接到当前模式。家电智能控制方面采用家电通过语音识别人类发出的指令以进行人机对话;采用步进电机控制门窗的开启与关闭;矩阵键盘来对本系统的窗帘、开关灯、开关门、开关风扇、灯的亮度和风扇风力强度实现手动控制。在安全保护方面,采用人体检测以及视频采集,当有人来时,人体检测模块输出高电平,同时,摄像头开启,监控进入家里的人的活动,并将录像保存视频的显示屏还会显示摄像头采集到的异常图像,用于后期将图像传送至手机端。
系统实现分别为上位机,下位机和终端控制3个方面的实现。
上位机层面。主要包括网页控制模块、 APP控制模块、前端控制和数据交互。其中前端Vue.js+
后端Django的技术来实现网页的开发。 APP通过APICloud进行Android APP开发,该平台提供前端框架以及封装的内部引擎,能够用直接通过引擎生成的对象API以减少对后台繁琐的管理。采用Window+Frame+Html代码的布局方式,通过APICloud平 台 进 行APP前 端 布 局 和 数 据 交 互 并 采 用API.Ajax与服务器进行通信,同 步到云端SVN/GIT服务器。
下位机层面。下位机主要有单片机系统模块、备用电源模块、语音播放模块、语音识别模块、设备控制模块、手动控制模块、智能安防模块和无线传输模块。
单片机采用STM32F103VET6单片机,属于中低端的32位控制器, 512K的Flash。备用电源电路设计采用PNP型三极管作为开关来驱动一个继电器,并在继电器两端添加一个反向二极管,起到消除线圈断电时产生的反向感生电流,保护驱动继电器的半导体元件。
终端控制模块采用TFT LCD液晶显示屏。 FT LCD液晶显示屏是ALIENTEK推出的一款具有低功耗、较宽的视角、可在低温下工作的液晶模块,它还可以显示家中空气质量、光照强度、温湿度的数据,并且还可以显示摄像头采集到的图像,方便用户。