智能家居作品.docx

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智能家居作品

序号：

编码：

湖北省第九届“挑战杯”大学生课外学术科技

作品竞赛

参赛作品

作品名称：

基于手机WIFI安卓平台控制的远程网络智能家居系统

类别：

□自然科学类学术论文

√

□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文

□科技发明制作A类

□科技发明制作B类

1作品概述

21世纪是信息化发展最快的世纪，各种电子技术和网络技术不断快速发展，推动了人类文明的巨大进步。

特别是电子技术的发展，不断体现出人性化的发展趋势。

为了解决人们日常生活中的问题，很多电子产品都相继生产投入市场，并受到了人们的广泛运用，如手机、U盘等。

我们设计作品的目标，就是为了方便人们的日常生活，给人们的生活提供方便和快捷。

本系统围绕日常家居系统，突破其传统的生活方式，即一个开关控制一个用电器的方式，改用无线通信技术对整个家里的用电器进行控制。

使人们能随时随地的对家里的用电器进行控制，让人们的家居环境更加人性化，更加快捷。

我们用到的无线通信方式有，红外遥控、手机蓝牙和无线网络WIFI技术，实现了对家居系统由近到远的全范围覆盖控制。

如：

当你在办公室，可以通过WIFI网络控制家里空调或暖气的开关，还可以控制门窗的开关，极大的方便了用户的日常生活。

实现整个系统的控制核心是51单片机，它接收用户的命令信息，通过算法处理，对室内各用电器进行全方位的控制。

本系统不但能很稳定的实现其功能，而且成本低，具有很好的适用性和很高的市场价值。

2作品背景

2.1智能家居

智能家居是指利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术,将与家居生活有关的防盗报警系统、家电控制系统、网络信息服务系统等各种子系统有机地结合在一起,通过统筹管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。

与普通家居相比,智能家居能提供全方位的信息交互功能,帮助家庭与外部保持信息交流畅通,优化人们的生活方式,增强家居生活的安全性、舒适性。

家庭自动化系指利用微处理电子技术,来集成或控制家中的电子电器产品或系统,例如:

照明灯、电炊具、电脑设备、安防系统、空调系统、音响系统等。

家庭自动化系统主要是以一个中央微处理机接收来自相关电子电器产品的信息（外界环境因素的变化,如温/湿度、太阳初升或西落等所造成的光线变化等）后,再以既定的程序发送适当的信息给其他电子电器产品。

中央微处理机必须透过许多界面来控制家中的电器产品,这些界面可以是键盘,也可以是触摸式荧幕、按钮、电脑、电话机、遥控器等;消费者可发送信号至CPU,或接收来自CPU的信号。

智能家居随着科技的发展和人民生活水平的提高，正以迅猛的态势渗透到平常百姓的生活当中。

“智能小区”、“智能家居”正成为房地产商推崇的热点词汇，科技的进步让家居智能化正在成为现实。

2.2Android系统

安卓（Android）是一种以Linux为基础的开放源码操作系统，谷歌公司在2007年正式推出该系统后，在短短的几年时间内得到了广泛的应用。

2012年7月美国科技博客网站BusinessInsider评选出二十一世纪十款最重要电子产品，Android操作系统榜上有名。

安卓系统主要使用于便携设备，广泛应用于智能手机、平板电脑、MID等电器。

作为一款开放式操作系统，随着安卓的快速发展，如今已允许开发者使用多种编程语言来开发安卓应用程序，而不再是以前只能使用Java开发安卓应用程序的单一局面，因而受到众多开发者的欢迎，成为真正意义上的开发式操作系统。

安卓系统以Linux系统为核心，使用Java作为主要编程语言，在NDK（NativeDevelopmentKit）的支持下也可使用c/c++进行编程。

越来越多的用户开始体验到，搭载安卓系统的智能手机就和电脑一样，可以轻松享受移动互联网冲浪，并随意安装软件扩展功能——所有安卓软件都是APK（AndroidPackage的缩写，即Android安装包）格式，在Android手机中执行即可安装。

依托于源代码开放，安卓应用发展迅速，据悉，目前免费软件已达到10万级。

由于安卓系统是与Google与其他很多公司共同开发的，因而在网络方面非常有优势，而且就系统方面来看，安卓系统非常个性化。

随着安卓系统的日渐强大，更多的扩展软件也为使用者带来了更多的乐趣。

此外，其个性界面支持自有定制，多主屏，程序、小部件轻松放置，简单便捷。

2.3无线WIFI

WIFI是一种能够将个人电脑、手持设备（如Pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。

随着技术的进步和基础设施的改善，WIFI已成为人们日常生活必不可少的实用工具，WIFI信号范围正在不断扩大。

WIFI也逐渐被应用到智能家居中。

WIFI在智能家居中的应用主要包括一个家庭网关以及若干个无线通讯子节点，在家庭网关上有一个无线发射模块，每个子节点上都包含一个无线网络接收模块，通过这些无线收发模块，数据就在网关和子节点之间进行传送。

其中WIFI智能网关就是室内机，是家庭的一个智能化枢纽，经过智能网关上的无线射频模块与收集中各子节点进行通信，实现家电的控制；经过Web网络控制智能网关，从而实现对家电的远程控制。

真正实现家电的智能控制，为人们的生活带来了极大的便利。

3作品设计方案和特点

3.1作品设计方案

本作品以房屋模型来模拟真实的家居环境，实现基于手机WIFI的远程智能控制和基于Android平台的蓝牙以及红外的智能控制。

以单片机为核心处理器，通过手机WIFI、红外和基于Android平台的蓝牙发送命令来对用电器进行实时控制，改善传统的机械开关的控制，使得控制更加的智能化。

给用户带来更加安全、方便的体验。

3.2作品特点

（1）此作品旨在于提供一种更为简单、方便、安全、舒适、节能的家居环境。

本作品以STC89C52单片机为基础，通过基于Andriod平台的蓝牙、红外、手机WIFI发送命令来控制继电器状态继而对用电器进行控制，实现了与机械开关的双重控制，并可以直接控制220V的用电器，符合一般家居环境的使用条件，且该控制为一种弱电控制强电的安全控制方法。

（2）利用手机WIFI来进行远程网络控制，符合当今网络发展的趋势，充分利用了各种网络资源。

通过手机WIFI进行控制，改变了家居环境原有通过布线来实现控制各种家用电器的途径，可以对电器无线控制，为用户减少了一笔开支，响应了创造节约型社会的口号。

且该控制方法可以利用网络实现远程操作，用户在外便可对家里的电器进行控制，真正体现了家居的智能化，给用户的生活带来极大的便利。

（3）本作品开发了基于Android平台的蓝牙软件，该软件的桌面可根据各自家庭用电器等设备的使用情况设定，操作更具有可视性，从而使得控制更加的方便，增强了系统的推广性。

（4）如今手机使用的普及率极高，本系统通过手机蓝牙与控制板上的从机进行配对，通过手机可发送各种命令来控制电器的状态。

充分利用了已有资源，体现了节约、便捷的思想。

（5）该作品亦可通过红外控制。

红外使用的是普通的电视机遥控，通过程序的处理可以解决因遥控器的不同而无法实现控制的弊端，消除了系统的特异性，避免了二次消费，增强了系统的推广性。

红外的控制距离可达到10米，且其接收头的价格低廉，可以在各个房间都安装红外接收头，避免因墙壁的阻挡对红外信号的影响。

实现了在家庭环境的全方位控制，使得控制更加方便。

（6）超声波装置给用户发送了房屋门窗的实时状态，使用户拥有一个更加方便的智能系统来得知房屋状况，增强了房屋的安全性。

（7）通过光敏电阻与继电器相结合，组成了性价比更高的光控开关。

本系统运用此装置实现了根据光照强度来控制照明灯的智能控制。

避免了在光照强度良好、用户忘关灯而灯依旧工作的浪费行为，使得系统更加节能。

4作品总体结构设计

本作品以STC89C52单片机为核心，通过接收手机WIFI、红外或蓝牙的控制命令来分别控制相应的用电器，从而与机械开关实现对家居用电器的全方位控制,使用户能对用电器随时随地的控制，使家居环境更加智能化。

另外本作品运用了超声波模块来实时的检测房屋门窗是否关闭，增加了房屋的安全防盗功能。

通过光敏电阻感应光照的强度，来实现光控开关，增加了房屋的节能环保功能。

如图4.1：

本作品以STC89C52单片机为基础

图4.1总体结构图

电风扇

电脑

手机

无线路由器

等等电器

洗衣机

图4.2WIFI应用图

5硬件电路设计

5.1硬件总体电路

图5.1电路原理图

图5.2整体电路PCB图

该整体电路包含有STC89C52单片机的最小系统，作为整个系统的控制核心。

另因单片机的输出功率有限，添加了继电器的控制电路。

其中的蓝牙控制模块、红外控制模块和手机WIFI控制模块作为接收用户命令的终端。

5.2核心控制电路：

控制芯片STC89C52

图5.3芯片核心电路图

图5.4STC89C52单片机

51单片机是目前应用最广泛的8位单片机之一，这款芯片不仅资源丰富，功能强大，而且功耗小，正是基于其功能适合本系统的设计的设计需求，故选用本芯片。

图5.3为STC89C52单片机的最小系统的典型接法，其中11.0592MHz的晶振电路时单片机的片内时钟源，单片机的XTAL1和XTAL2引脚之间接11.0592MHz的晶体振荡器和电容构成内部时钟方式。

他是单片机能准确工作的重要依据。

引脚9所接电路是由微动开关，电解电容和电阻所构成的复位电路。

可以在不掉电的情况系对系统进行复位，使系统回归于初始状态。

5.3继电器控制电路：

三极管和继电器组成的控制模块

图5.5继电器驱动电路

图5.6继电器模块实物图

房屋的家居智能化，可通过弱电控制强电来实现。

在这里我们用到的中间器件就是继电器，实现弱点跟强电的对接。

5.4报警电路：

三极管和蜂鸣器组成的按键提示和报警摸块

图5.7报警电路

图5.8报警电路实物

我们采用的报警器是最基本的发声器件—蜂鸣器。

它的主要功能是用来进行报警，当门窗打开的时候，蜂鸣器会发出响声，提醒主人门窗没有关好。

可以极大的提高房屋的安全性，使人们能全身心的投入到工作、生活和学习中。

这里三极管和上面一样起着开关作用，当三极管导通时，蜂鸣器得电，发出响声；三极管失电时，蜂鸣器不响。

5.5电源稳压电路:

稳压芯片LM2940T-5.0

对于一个单片机系统，一个稳定的电源系统是很重要的。

图5.9电源稳压模块电路

图5.10电源稳压模块实物

每个系统都有自己的电源模块，我们这里所采用的是电源稳压芯片LM2940T-5.0。

如图5.11所示：

图5.11电源稳压芯片LM2940T-5.0

这款芯片内含静态电流降低电路、电流限制、过热保护、电池反接和反插入保护电路。

我们利用这款芯片，把系统供电电池输出的12V电压降为5V，为整个系统提供稳定的5V电源。

5.6光敏传感器模块

图5.12光敏传感器模块电路

本模块实现房屋照明的节能控制。

通过光敏传感器对房屋周围光线的采集，判断其光照强度。

通过调节电阻值的大小来设定光照强度的一个临界值，当光照强度大于这个临界值时，开关打开的情况下，灯泡可以发光，当光照强度小于这个临界值时，开关打开的情况下，灯泡熄灭。

5.7门禁防盗系统：

超声波测距模块

图5.13超声波模块电路

图5.14超声波模块实物

本模块用于检测门窗是否关闭良好，当用户发送命令进入到检测模式时，如果门呈打开状态，