管嘉诚，李晓烽，黄志芳，吴培炜，苏妙燕
（嘉应学院，广东 梅州 514015）
传统家电产品性能已发展到极限，难有大幅度上升。传统家电行业急需创新产品，时下最热门的人工智能便成了行业突破口。因此，智能家居成为了家电大厂和互联网巨头的必争红海[1]。随着智能家居相关技术的不断成熟与发展，智能家居系统的发展前景将更加广阔。移动互联技术在智能家居系统中扮演着重要角色，能够有效地对家居环境进行远程监控和管理，对智能家居系统设计有着至关重要的作用。因此研发出一套价格适合、稳定性高的智能云家居显得非常紧迫和重要。
本文设计的智能云家居系统能够将传感器采集到的信息通过ESP8266传输到机智云物联网平台的服务器，再通过智能手表对其进行远程监控和管理。本系统采用的传感器较为常见且价格低廉，配件来源广且精准度高，可扩张且移植性强，从而降低了硬件成本，大幅提高了产品的性价比[2]。
本系统第一部分硬件结构如图1所示，它以STM32F103ZET6单片机作为核心，搭载温湿度传感器、气体传感器、光强传感器、烟雾传感器、继电器、电机，并将ESP8266作为数据云传输的通信模块等。
图1 硬件系统框架
为了使系统数据传输更加稳定可靠，本系统采用了意法半导体的STM32F103ZET6微控制器。此款微控制器主频能达到72 MHz，拥有4通道PWM、13个通信接口和16位定时器等资源，能够满足本设计的要求[3]。
本系统第二部分硬件结构实物如图2所示。WT-32-SC01是一款以ESP32为核心的可视化触摸屏，采用这块开发板作为智能手表的核心，通过连接机智云平台对家居进行远程监控和管理。
图2 WT-32-SC01实物
ESP32是乐鑫公司的一款产品，它集成了电源管理、功率放大、RF balun、滤波器、接收低噪声器等于一体，可以实现强大的处理性能和WiFi功能。
1.1 智能家居数据云传输
本系统的数据云传输功能采用的是乐鑫公司的ESP8266，它自成体系又有完整WiFi网络解决方案。ESP8266在AP模式下能够接入无线服务，例如路由器等，从而与机智云的云端互联。本系统的主控芯片会将采集到的各种信息分析处理后，通过ESP8266传输到机智云的云平台上[4]。
1.2 智能手表远程监控
本系统设计的智能手表采用ESP32作为核心，在ESP32的STA模式下连接到路由器上，进而连接到移动互联网；
通过访问机智云云端的IP地址，读取智能家居在云端存储的各项信息，实时反馈显示到智能手表上，以达到远程监控的目的。智能手表监控端如图3所示。
图3 智能手表监控端
1.3 智能手表远程管理功能
本系统的智能家居在正常运行时，可以通过智能手表上的触摸屏对智能家居进行远程管理。通过触控显示屏，智能手表会将命令实时反馈到机智云平台上，智能云家居会读取机智云的命令，进行自检并执行命令。例如，远程开启电风扇和LED照明灯等[5]。
1.4 智能家居智能调节
本系统在正常运行状态下会开启智能调节功能。该系统利用温湿度传感器检测室内的温湿度，当温度超过所设定的阈值时，系统将会自动打开风扇，对室内进行降温；
当室内二氧化碳浓度达到阈值时，继电器将驱动排气扇，进行通风换气；
当光照强度低于所设定的阈值时，自动点亮LED照明灯；
当室内产生大量的一氧化碳时，系统将会报警并通风，排尽室内的一氧化碳。智能调节的所有阈值均可根据情况调整[6]。
2.1 智能云家居系统采集数据
本系统的单片机会对各个传感器进行初始化，传感器将采集到的温湿度、二氧化碳浓度、光照强度、一氧化碳浓度等信息传输到主控芯片上，主控芯片会对接收到的数据进行分析处理并等待发送。智能云家居数据采集流程如图4所示。
图4 智能云家居数据采集流程
2.2 智能云家居数据云传输
主控芯片通过定时器设定好每次发送数据的时间间隔，可有效提高系统稳定性。主控芯片将处理好的数据通过ESP8266连接互联网再传输到机智云平台。智能云家居数据云传输流程[7]如图5所示。
图5 智能云家居数据云传输流程
2.3 智能手表远程监控
智能手表通过接入移动互联网进而读取机智云平台的数据，手表端的主控芯片ESP32将数据实时显示在触控屏上[8]。智能手表端显示数据流程如图6所示。
图6 智能手表端显示数据流程
2.4 智能手表远程管理
通过触控屏的触摸反馈，ESP32实时将命令传输到机智云平台，最后再传输给智能云家居系统。智能手表端触摸反馈发送命令流程如图7所示。
图7 智能手表端触摸反馈发送命令
2.5 智能调节
本系统在正常运行状态下自动开启调节系统，主控芯片通过分析各个传感器传输的数据，判断各个状态是否处于阈值中，进行智能调节。智能调节流程如图8所示。
图8智能调节流程
系统实物如图9所示。对系统进行硬件和软件测试，本系统采用沙盘建筑为载体，将各个功能模块固定在沙盘建筑的各个位置上，通过智能云家居数据采集系统测试、数据云传输测试、智能手表远程监控测试、智能手机远程管理测试、智能云家居智能调节测试，证明系统均能够正常运行[9]。智能手表远程实时显示“正常启动”，与智能家居采集到的数据一致，系统的响应时间约为1 s。系统对温湿度、烟雾浓度、一氧化碳浓度超过阈值的处理误差为1%～5%，符合设计要求[10]。
图9 智能家居实物
我国老龄化现象严重，面对这一问题，需要把年轻人从繁琐复杂、高重复率的日常家务中解放出来，让他们专注更有价值、更具创造性的事务。本文研究开发的智能云家居系统可安装于绝大多数家庭的家居中，具有可扩张性高、稳定性强、性价比高等优点，能够有效提高人们的生活品质。
本文方案还可以从以下方面进行优化：优化数据传输系统，降低数据延迟时间，使之能够更快地在智能手表上实现显示数据；
增加手机APP远程监控管理功能，目前智能手机的使用率很高，是不错的远程监控管理平台。