摘要:隨著社會的發展，人們對于生活質量的要求越來越高，智能家居作為能夠大幅提升人們生活舒適度的一部分，得到了越來越多的人關注，更多方便、實用的智能家居系統急需被提出。

本文設計了一種基于機智云物聯網云平臺的智能家居系統，采用STM32F401RE控制芯片，WIFI-esp8266模塊作為通訊模塊，對溫度、窗簾、燈光等不同變量進行了集成，使用機智云平臺完成數據的交互。經測試系統效果良好，并具有良好的可擴展性。

0引言

人工智能、物聯網等相關領域的發展使人們的生活舒適度得到了大幅的提高，能夠通過簡單的方式對家中的不同家居統一管理，基于云平臺的智能家居系統便是為了解決相關問題而被提出[1]。當前市場中很多的智能家居系統需要通過藍牙連接，無法在遠端了解與控制家中的情況，很多家居的控制也沒有集成化管理[2]。

本文提出一種基于云平臺的智能家居系統，利用STM32F401RE控制芯片，采用機智云平臺進行數據傳輸，針對不同的功能進行硬軟件的設計，使用戶能夠通過手機端遠程對家中的情況進行實時的掌控。系統最終能夠實時的顯示與調節溫度，能夠對室內窗簾與燈光的狀態進行控制，并在溫濕度不正常時報警。

1總體方案設計

本文設計的智能家居系統包括通信模塊、溫濕度監測模塊、報警模塊、窗簾控制模塊、散熱模塊、燈光控制模塊。設計能夠通過手機APP對相關功能模塊狀態進行實時的顯示，并發送指令至控制端，對不同的模塊進行控制。系統對溫濕度實時的控制，溫度高于設定值時，手機端與控制端同時報警，并打開風扇，風扇擁有3個檔位，在報警時風扇處于最高速檔位之下;通過手機APP實時顯示燈光與窗簾的狀態，并可以調整其相關的狀態。系統整體的結構如圖1所示。

圖1 系統框架圖

2硬件設計

2.1溫濕度模塊

溫濕度模塊為系統提供當前室內的溫濕度狀況，以DHT11溫濕度傳感器為核心，該傳感器成本低、抗干擾能力強、能夠對溫濕度快速的響應[3]。傳感器能對溫濕度的數據進行校準，并將校準的數據送入單片機。本文通過溫濕度模塊檢測室內的溫濕度，并將數據送至STM32F401RE之中，對相關數據進行處理。其溫濕度測量電路示意圖如圖2所示。

圖2溫濕度測量電路

2.2散熱模塊

散熱模塊使用PWM波對直流電機調制驅動，使電機能夠產生不同的轉速，以達到不同檔位對應不同轉速的效果。通過驅動電機使風扇旋轉達到降溫的效果。在PWM波的調整中，通過調整不同波形的占空比得到不同的調制效果。本文中一共設置了是3種不同的檔位，于是有3種不同的PWM波形，其對應占空比見表1。

表1檔位占空比設置表

2.3報警模塊

報警模塊能夠在溫度高于設定值時利用蜂鳴器報警，并將報警信息實時返回到手機端，在APP上同時報警。在溫度值高于設定閾值時，系統會自動打開散熱模塊，散熱檔位為高速檔位。

2.4窗簾模塊

窗簾模塊主要利用24BYJ48步進電機結合ULN2003驅動板進行控制，其工作電壓為5V，步距角為5.6526×1/6，減速比為1/64。通過控制步進電機的步進角度對窗簾的開關進行調整，當步進電機正轉時打開窗簾，反轉時將窗簾關上。其結構如圖3所示。

2.5燈光模塊

燈光模塊中一共涵蓋了兩部分燈光，一部分為室內燈光，一部分為室外燈光，后續能夠在此基礎上引入更多的燈光。對于不同的燈光，通常有兩種狀態，打開燈光或者關閉燈光，用戶能夠通過手機端實時查看當前燈光的狀態并實時的調整。

圖3窗簾結構圖

2.6通信模塊

通信模塊是與手機遠程通訊的保障，模塊以ESP8266為核心，其工作電壓為3.3V-5V，通過串口的方式與STM32通訊。通訊時模塊通過WiFi接入互聯網，與云平臺連接，通過云平臺來進行數據的傳輸交互[4]。

3 軟件設計

3.1軟件整體流程設計

軟件設計中需要將各個不同功能統一考慮，當溫度過高時需要報警并打開散熱等，程序理論上處于死循環中，使系統一直處于工作狀態，在需要停止工作時通過硬件方法使系統退出運行。整體系統流程如圖4所示。

3.2軟件平臺及設置

系統采用機智云平臺作為云平臺來完成系統的調試，從機智云平臺中移植通訊代碼，并在平臺中完成項目的創建。機智云平臺中一共擁有4種類型數據點，分別是只讀、可寫、報警、故障，每一種數據點對應了不同的幾種數據類型，其類型見表2。

表2機智云平臺數據類型表

系統對所有的功能創建了不同的數據點以完成手機端與控制端數據交互。對于燈光一類只有開關兩種狀態的數據點設置其為可寫的布爾量數據點，系統完整數據點設置見表3。

表3中燈光可寫型布爾數據在手機端不但能夠起到控制的作用，也能夠起到顯示當前工作狀態的作用，因為在控制端進行狀態掃描后會對手機端的狀態也實時更新。其中溫度與濕度的數據類型都為只讀數值型，其數值范圍為0～100，分辨率皆為0.1。

圖4系統流程圖

表3系統數據點設置表

3.3通訊部分的軟件實現

系統通訊依賴ESP8266完成，在首次通訊時，需要控制芯片將WiFi名稱與密碼信息發送至通訊模塊之中，使其能夠連接至互聯網，而后每一次的工作中，通訊模塊會自動連入。其通訊配置流程如圖5所示。

圖5通訊配置流程圖

4系統測試

本文搭建了一個模擬的智能家居環境，對系統功能進行測試。首次連接通過配置通訊模塊使其進入Airlink模式，使整個系統連接到機智云物聯網云平臺。開始工作后能夠利用手機端接入互聯網，利用APP對控制端實時的監視與控制，其運行的歷史數據會被云平臺自動存儲下來，其測試實物圖如圖6所示。

圖6實物圖

手機端能夠顯示與控制當前的工作狀態，當高溫時會報警，其機智云公版手機APP界面如圖7與圖8所示。

圖7正常工作界面圖

圖8溫度報警圖

5結束語

本文利用STM32F401RE與云平臺設計了一種基于機智云平臺的智能家居系統，集成了多種不同的功能。用戶能夠在遠端利用手機APP對家中的相關功能進行控制與監視，大幅提高生活便捷度與舒適度。系統對后續不同功能的加入兼容性良好，能夠在此基礎上進行更多功能的開發。經過測試后結果良好，有較強的穩定性，后續能夠投入實際應用時擴展其他可用功能。