何啟揚 張澤耿

摘? 要：隨著我國物聯網的發(fā)展，智能家居也逐漸出現在普通居民生活中。針對智能家居的特點，設計了一套基于Arm11系列開發(fā)板為中心，Arduino Pro Mini為設備端，通過2.4G無線通信模塊實現控制中心與家電設備端通信的智能家居系統(tǒng)。

關鍵詞：物聯網? 無線通訊? 智能家居

中圖分類號：TP273.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）03（b）-0020-02

Abstract： With the development of Internet of Things in China， smart home has gradually appeared in the lives of ordinary residents. According to the characteristics of smart home， a smart home system based on ARM11 series development board is designed， Arduino Pro Mini is the device end， and the communication between control center and household appliances device end is realized by 2.4G wireless communication module.

Key Words： Internet of things; Wireless communication; Smart home

隨著互聯網技術的發(fā)展，人們想如果計算機能不借助人類的幫助，就獲知物質世界中各種可以獲取的信息，那就可以跟蹤和計量那些物質，減少浪費和損失，而物聯網的概念隨之出現了。物聯網現在包括智能家居、智能交通、智能機器人等，其中智能家居以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、自動控制技術等，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統(tǒng)，滿足用戶對家居的安全性、舒適性的需求。智能家居的前景廣闊，潛在市場巨大，所以受到各大商家的關注。

1? 系統(tǒng)結構設計

該系統(tǒng)分為3部分，即Arm開發(fā)板本地部分、手機Client部分、服務器部分。

（1）Arm開發(fā)板本地部分包括搭建了2.4G無線通信模塊的安全系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調系統(tǒng)，實現了對家庭環(huán)境的感知;還有Arm開發(fā)板控制中心，主要是傳輸、處理各種信息，如WiFi接收到的信息處理后再傳輸給服務器、Tcp接收到的信息處理后再發(fā)送給設備端。

（2）手機Client部分主要是為了用戶可以遠程監(jiān)控住宅安全信息、家電信息，也可以遠程操控家電，還有登錄驗證功能。

（3）服務器部分主要是記錄用戶登錄信息，分析住宅家電信息，將信息轉發(fā)至手機客戶端，接收手機客戶端的命令并將命令傳至開發(fā)板控制中心。

2? 系統(tǒng)硬件設計

該系統(tǒng)以ARM11處理器S3C6410的ok6410開發(fā)板作為控制中心，Ardunio Pro mini作為家電設備端控制芯片，再通過2.4G通信模塊作為控制中心與設備端芯片的通訊渠道。

（1）門禁部分采用的是Z-Star可調焦攝像頭、紅外傳感器、電鎖。通過攝像頭對用戶臉部進行數據采集，再通過特征提取訓練法生成人臉特征數據庫。通過網絡通信模塊將人臉特征數據庫下載到控制中心中，當用戶靠近門禁系統(tǒng)時，紅外傳感器感應到有障礙物后輸出信號，啟動攝像頭采集臉部數據，與控制中心中的數據庫進行對比，若匹配成功則啟動電鎖控制模塊，若失敗則啟動報警模塊，通過蜂鳴器報警和短信通知用戶。

（2）燈光部分是控制中心通過通信模塊將命令發(fā)送到Ardunio芯片，進行LED燈的亮度、顏色、開關的控制。該系統(tǒng)用WSC2812LED全彩小燈進行試驗。

（3）空調部分采用的是ybof2遙控器作為研究對象，通過對遙控器發(fā)送的RAW信號進行解碼，解析出格力空調的編碼格式，修改空調的狀態(tài)后通過紅外發(fā)射管將信號發(fā)送給空調，實現空調遙控器的制作，從而對空調的開關、溫度、模式進行控制。

（4）燃氣檢測部分采用的是MQ-6模塊。MQ-6可檢測多種可燃性氣體，當傳感器所處的環(huán)境中存在可燃性氣體時，傳感器的電導率隨可燃性氣體濃度的增大而增大，將電導率的變化轉換為與氣體的濃度相對應的輸出信號。當濃度超過預警界限時，通過通信模塊發(fā)送警告信號通知用戶。

3? 系統(tǒng)軟件設計

（1）該系統(tǒng)的門禁系統(tǒng)人臉識別算法采用的是OpenCV，OpenCV是Intel公司支持的開源計算機視覺庫，從版本2.4開始，加入了一個類FaceRecognizer，使用它可以方便地進行人臉識別，目前支持3種算法，即Eigenfaces、Fisherfaces、LocalBinary，該系統(tǒng)采用的是Fisherfaces。

（2）燈光系統(tǒng)采用的是Adafruit_NeoPiexl庫來實現對WS2812LED全彩小燈進行控制。將庫文件下載后解壓到Ardunio安裝目錄的libraries目錄下。

①Adafruit_NeoPixel：：Color（red， greed， blue）：燈光的顏色是由三色組成的，該函數返回字節(jié)數為32位的由red、greed、blue表示的燈光色彩的值，在這里可以對其進行0～255的任意值設置。

②Adafruit_NeoPixel：：setPixelColor（n， color）：該函數的作用是將第n個燈的顏色設置為color表示的顏色。該函數只是設置，不是將燈的顏色顯示。

③Adafruit_NeoPixel：：show（）：該函數是將用setPixelColor設置燈的顏色進行一次輸出。如果輸出過快會出現燈光顯示跳躍的情況，在輸出的時候需要適當加一個小延時。

對于庫的使用需要新定義一個新的對象，它的構造函數的格式如下：Adafruit_NeoPixel（LedNumber， LED_Pin， NEO_GRB + NEO_KHZ800），其中LedNumbers代表的是控制全彩LED燈的顆粒數，LED_Pin表示的是LED的通訊引腳和開發(fā)板連接的引腳，NEO_GRB+NEO_KHZ800表示的是與開發(fā)板所連的LED的具體類型，該值跟LED的型號有關。

（3）空調控制系統(tǒng)采用的是IRremote庫來進行紅外的接收和發(fā)送。引用IRremote文件，構造一個新的類IRsend，調用類中的sendRaw函數發(fā)送空調通信數據轉換為raw的數據。sendRaw的數據格式為sendRaw（SendRawBuff，BUff_count，pow），其中pow為紅外線的發(fā)送頻率，一般有32、38、40，該系統(tǒng)中使用的是38。這些在Loop函數中調用類的decode函數監(jiān)聽是否有數據到達，輸出接受到的數據。再調用類的resume函數監(jiān)聽紅外接收頭是否有紅外信號到達，當有紅外信號到達時，resume將接收到的信號轉為raw數據并存儲在類中定義的數組中。

4? 系統(tǒng)通信設計

該系統(tǒng)采用的是JDY-40 2.4G無線通信模塊，它擁有128個工作頻道，通過設置不同模塊的無線ID、設備ID和頻道，在一定范圍內這3個參數相同的模塊就可以互相通信，設備端與開發(fā)板之間就是以這種形式通信。模塊通信距離可以達到120m。各類傳感器上搭建無線通信模塊，將感知到的信息發(fā)送給開發(fā)板中心;還有將服務器的命令經過開發(fā)板中心的無線通信模塊發(fā)送到設備端控制。

服務器與開發(fā)板之間通過TCP連接，穩(wěn)定傳輸信息，命令。服務器與手機Client之間是以Web/Sever形式連接。

5? 結語

隨著物聯網的飛速發(fā)展，智能家居所具有的價值也被越來越多商家所挖掘出來。該文設計了一套基于Arm11系列開發(fā)板為中心，Arduino Pro Mini為設備端，通過2.4G無線通信模塊實現控制中心與家電設備端通信的智能家居系統(tǒng)。

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