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基于多种远程方式的智能家居系统

高工
2014-03-04 10:01:44    评分

作者:上海应用技术学院 宋红彬、左单

指导教师:戴蒙、朱栩

  作品简介

  一、开发背景

  随着科技的发展,人们的生活水平在不断的提高,人们对生活的舒适度及生活质量也越来越重视,伴随之而来的,是物联网这一概念的提出,而智能家居,便属于物联网的一个分支。智能家居以为人们提供更好的生活为其根本目的,利用网络、嵌入式等工具实现对家庭电器的智能远程控制,极大的改变了人们以往的生活模式。 Android、IOS等操作系统的手机在市场占据的分额越来越来越多,这类手机已经成为了最合适的家电遥控终端。同时人类对网络越来越依赖,故通过网络通信方式实现对家电的控制也是必不可少的一种遥控方式。

  二、结构说明

  本作品一共由五部分组成:电源模块(220V转9V稳压源、7.2V可充电电池),主控系统,模拟设备,模拟家庭环境,子设备(对实际真实电器进行控制)。

  三、功能与使用说明

  1、利用Android APP及PC端上位机利用网络进行通信实现对模拟家庭环境中模拟电器的手动控制及智能控制:

  a.对家庭中照明灯光的控制;

  b.对温度的智能控制(利用温度传感器及电扇或空调实现家庭温度的恒定);

  c.对动植物的智能养殖(通过时钟芯片及供氧电机实现定时对鱼缸的加氧控制,可以实现对鱼类的智能养殖,同理可以定期换水,定期浇花等。

  2、用Android APP及PC端上位机利用网络进行通信实现对实际生活中家电的控制:

  a.对开关类电器,如电灯、插座、饮水机、电热毯等;

  b.红外类电器,如电视机、电风扇、机顶盒、空调、冰箱等利用红外遥控器来控制的电器。

   作品特色

  1、采用双电源设计,对接近220V插座的地方采用220V转9V电源来提供电能,对一些较偏僻的角落可以使用2.2V可充电电池来供电。方便了用户不必为供电而重新对家庭电路进行改造。

  2、具有不同的遥控方式:Android APP及PC端上位机软件都可实现对家电的控制。

  3、采用LD0低压差线性稳压器,使电源部分更加的稳定、节能。

  4、采用HLK-RM04 UART-ETH-WIFI(串口-以太网-无线网)模块来实现网络通信,具有较低的功耗,价格也比其他WIFI模块便宜。

  5、不仅做出了模拟的环境,还做出了可对真实电器进行控制的子设备,从而可实现本产品的商业化。

  6、整套系统极其安全稳定,且拥有更低的成本,在硬件电路设计时综合考虑各种元器件的性价比稳定性等因素,选取了性价比最好,最稳定的型号。

  7、通过特定算法对通信数据进行了压缩,使用户流量达到了最小。

  8、采用特定协议来进行网络数据的传输,增强了家电的安全性。

 

  平台选型说明

  选用IAP15F2K61S2作为主控芯片

  选用Keil uVision 4作为单片机程序开发编译环境

  选用Altium Designer 10进行电路原理图及PCB的设计

  选用Eclipse作为Android APP开发编译环境

  选用阿里云W700(操作系统为:MIUI V4即Android 2.3.7)手机测试该APP程序

  选用Visual Studio 2012作为PC端上位机开发编译环境(使用C#语言)

  选用STC-ISP(V6.57)作为主控芯片烧写软件

  选用Microsoft Visio 2013绘制程序流程图

 

  设计说明

  一、原理图

  1、主控系统、模拟设备、子设备相同部分的电路原理图

 

  注:主控系统使用RS232串口线与WIFI模块进行连接通信。

  3、模拟设备电路图

 

  注:模拟电扇使用BTS7960功率驱动芯片可根据实际温度与设定温度的差值智能控制转速

  4、子设备

 

  注:因学校实验室PCB腐蚀是系统出现了故障,故最终未采用印制PCB电路板。

  二、设计原理

  1、主控系统

  主控系统使用STC公司生产的IAP15F2K61S2芯片,使用UART串口与WIFI模块(WIFI模块自身实现WIFI数据到串口数据的转换)进行通信,接收来自不同终端的命令数据,自身对命令数据进行解析后,转换为对模拟设备或者子设备的命令数据通过蓝牙模块发送给模拟设备或子设备。在智能模式下可接收来自模拟设备或子设备发送的自身各种传感器的数据,从而实现对家电的智能控制。

  2、模拟设备

  模拟设备使用STC公司生产的IAP15F2K61S2芯片,使用蓝牙模块接收主控系统的命令后对其进行解析,通过控制I/O口电平的高低实现对灯、供氧电机(继电器)的控制,PWM的不同占空比来实现对电扇的转速控制。在智能模式下通过蓝牙模块发送自身传感器数值给主控系统。

  3、子设备

  子设备使用STC公司生产的IAP15F2K61S2芯片,使用蓝牙模块接收主控系统的命令后对其进行解析,通过控制I/O口电平的高低实现对继电器(即灯、插座、饮水机、电热毯等)的控制,通过发射管发出红外遥控器编码传输协议下的不同编码规范的不同红外信号来实现对电视、机顶盒、电风扇、空调、冰箱等可利用红外遥控器进行控制的家庭电器。

  4、网络协议及通信

  使用IP/TCP网络通讯协议,结合Modebus总线协议制作出一个特定的网络通信协议。

  5、Android APP

  本APP共有8个界面,含模拟控制和实体控制。采用账号登录验证来增强家电安全性。

  6、PC端上位机

  采用C#语言编写,现仍测试版本,未正式发布。

  注:本系统在使用过程中需处于同一个局域网内。

  三、设计方案

  1、主控系统流程图

  主控系统主流程图

  2、模拟设备流程图

  模拟设备主流程图

  3、子设备流程图

  子设备主流程图

  4、Android APP流程图

  Android主流程图

  5、PC上位机流程图

 




关键词: IAP15F2K61S2     智能家居     远程    

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