论文总字数：18567字

目 录

1.绪论 1

1.1 研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3本系统研究内容 2

2.系统方案 3

2.1系统的设计要求 3

2.2方案比较与选择 3

2.2.1控制芯片的选择 3

2.3.2 WIFI模块的选择 3

3.系统硬件电路设计 4

3.1硬件电路的设计原理 4

3.2 wifi开关设计的基本组成 4

3.2.1 晶振电路 4

3.2.2 复位电路 4

3.2.3继电器 5

3.2.4 wifi模块电路 6

4. 软件设计 7

4.1 系统总体软件结构 7

4.2软件设计介绍 7

4.2.1 系统程序设计 7

4.2.2 主函数介绍 8

5.系统制作及调试 9

5.1 系统制作 9

5.1.1 开发过程 9

5.1.2 设计实物图 9

5.1.3手机端APP 10

5.2 硬件调试 12

5.3 软件调试 13

5.4整机调试 14

6. 总结与展望 15

参考文献 15

致谢 16

附录：原理图 18

物联网智能家居多家电开关控制系统

李东辉

，China

Abstract:With the development of the “Internet of Things” technology, the Smart Home will have a brighter and brighter future. In this paper, a smart switch control system for multiple household appliances based on Internet of Things (IOT) is introduced, which can control multiple household appliances through smartphone. This design is not only safe and stable, but also easy to operate and easy to use.

Key words: intelligent of things; intelligent wireless switch; remote control

1.绪论

1.1 研究的目的和意义

在这个科技高速发展的时代，智能化是人们孜孜以求的生活方式，舒适高效成为家庭生活的重点。但是生活中家庭电器种类繁多，需要用手工的方式进行开关控制麻烦又费时。随着物联网技术的发展,智能家居已经悄然走进我们的生活。传统的智能家居从遥控器到基于zigbee再到蓝牙，实现了很好的家电的智能控制。但是这些技术存在一个重要的缺点就是控制范围较小，一般是百米范围。有时传统的智能控制容易出现信号丢失无法控制的情况。所以传统的智能家居存在不稳定，控制范围小等缺点。正是因为这些技术的限制，导致传统的智能家居并不符合现在对于智能生活的追求。现时代的要求是，用户可以随时随地获得家电的工作状态，对其进行远程控制。

现今的智能家居控制系统结合了如今最前沿的技术如智能手机，互联网等高科技。使用了高端的控制芯片如ARM、MIPS等，而且也采用了精密的传感器器件。各种智能家居控制系统层出不穷，其功能非常强大，而且手机端应用功能丰富，界面友好。但是这些智能家居系统设计过程过于复杂因此成本也会大大提升，对于普通家庭来说是不合适的而且价格昂贵并不能很好的普及。

本设计通过智能手机和wifi技术实现了基于物联网的智能家居多家电远程控制系统。该系统软硬件成本不高，操作简单易用，安全稳定，具有较好的实用价值。

1.2 国内外研究现状

智能家电在传统智能家居系统中占据重要地位，它主要是通过遥控控制、电话手机控制、电脑远程控制、定时控制、可穿戴设备控制和场景自适应等多种控制，实现对空调、热水器、饮水机、电视以及电动窗帘等设备进行智能控制。用户可以根据自己的需求自由的配置和添加家电控制节点。该功能的实现不仅给用户带来了便利，也在一定程度上节约了能源。

智能家居在美国、德国、日本、新加坡、日本已经实现了广泛的运用。美国是家居智能与自动化系统与设备最大的市场，谷歌、苹果、微软而这些行业巨头更是在智能家居领域领跑全球。

2010年8月索博公司推出iRemote智能遥控器专门针对时下热门的智能家居行业。随着智能家居行业兴起，对行业的要求也越来越高。此遥控器用两块TFT真彩液晶触摸面板相互配合使用，将时下最先进的触摸技术和智能家居结合起来，实现加家电的远程控制，将智能家居遥控器的发展推到了新的时代。

台湾的Livinglab公司设计开发了Room Service小管家红外智能家居遥控系统适以及Room Center 大管家进阶智能家居系统。这两个系统非常适合于普通居民家庭生活的智能控制。而且这个公司的Home Center多空间智能家居整合系统更是将目光放在了大型建筑的智能控制方面例如办公楼，学校等。 Livinglab以美国微软公司的Widows系统构建智能中控平台，极大增强了系统的兼容性和易用性，以应用最为普遍的IR红外技术和最专注于家庭自动化的Z-Wave技术为核心。此外，该系统不但用户操作界面可自定义更改，设计理念也非常人性化。

美国霍尼韦尔公司自主研发了一套小区智能安防系统，系统包含各个方面如智能出入监控、可视化的对讲系统，系统最主要的是智能家居系统，该系统完全实现了所有家电的智能控制，采用物联网的解决方案，所有设备统一联网。该公司提供社区规模和单户型智能家居系统的解决方案。家庭自动化控制系统为用户实现真正的智慧家居：完整地整合可视对讲、安全防范、空调控制、场景联动等等功能于一体，达到软硬件平台的可靠与稳定。

智能家居在中国，目前还是一个新生产业。随着社会、经济水平的发展，人们对家居品质的追求也越来越高，要求家居舒适化、安全化，家居生活舒适化、智能化，对智能家居系统的需求也越来越强烈。物联网技术的发展与兴盛更是给传统智能家居指明了发展变革之路，家居大智能化时代已经到来，智能家居产业前景十分广阔。不少公司投身智能家居产业。如深圳钜力华公司研发设计出的JU-BUS智能控制系统，实现了家庭所有电器的联网控制。任何一个网络节点的错误都不会使系统整体无法工作，同时避免因为信息量过于繁杂而形成的控制溢满问题。从而在家庭生活中，不会因为某个家庭电器有故障而影响其他电器的控制和应用。

1.3本系统研究内容

本文研究基于物联网的wifi远程多家电开关控制系统，旨在以最实惠的价格，保证家电正常工作的前提下，使居民生活更加方便快捷，可以对家电随时随地的进行开关控制。

物联网顾名思义就是物物相互连接在网络上，本设计就是基于物联网技术把所有家庭电器通过无线模块连接到物联网上。设计的智能控制体现在，用户的控制行为是通过智能手机端app进行的。本设计的硬件由单片机与wifi模块组成，通过手机应用发送控制命令给wifi硬件模块，然后模块接收命令通过内置的串口发送给MCU，然后单片机解析命令控制继电器的闭合从而实现家电的控制，也就实现了物联网下的智能家居控制系统。

本设计的优点在于硬件设计简单，硬件应用广泛，很容易大规模生产，而且对于用户操作来说简单易用，控制操作容易理解和设置。根据物联网技术，使所有电器设备连接入网络，充分利用了网络的强大功能。在手机端的软件已经在互联网上拥有，应用分为两个界面一个是所有命令的显示界面，一个是控制面板界面对于用户来说有很好的交互性和简单上手的操作性。

系统的工作过程是，家电开关使用继电器的闭合来控制，所有家电的继电器参照本设计选用的WIFI模块、单片机组装成起来。家庭成员用andriod手机下载一个 TCP链接 APP。按照操作要求连接服务器，登录账号，进入控制面板，即使在外工作时间也可以控制家里的电器。对于控制家电的数量是没有限制的，只要有需求可以按照客户需求加入控制电路，更新控制软件然后烧录到单片机里，在手机端控制面板里设置需要的按键即可。因此此设计有简单易用、价格便宜的优点。

2.系统方案

2.1系统的设计要求

系统共分为五个模块。手机端安装tcp链接app，主要负责发送控制家电的命令。指示灯模块是在家电控制过程中做出控制是否生效的提示。继电器模块与家电的开关进行连接从而实现控制继电器的吸合控制家电的打开与关闭。单片机芯片是主要的控制芯片实现命令解析与主要的硬件控制功能例如继电器和led灯。wifi模块是实现网络控制的主模块，它登录远程服务器，然后接受发送来的命令，通过串口发送给控制芯片从而实现控制功能。

设计要求实现的控制过程如下。家庭成员运用智能手机下载好本设计所使用的app之后，连接好远程服务器，设置好控制按钮。需要控制家庭电器时，用户按下按钮，手机会发送控制命令给硬件模块，模块接收到命令之后发送给单片机，单片机解析命令，按照要求进行继电器的打开与关闭，从而实现家庭电器的远程实时控制。系统的主要设计框图如图2.1所示。

手机客户端

图2.1硬件设计的系统框图

2.2方案比较与选择

2.2.1控制芯片的选择

STC89C51RC芯片是最常用的一中芯片，嵌入式行业中都很受欢迎。其价格低廉，性能稳定而且功能强大一般符合控制系统所要求的功能。在本设计中控制系统的要求不大，而且软件设计不复杂，硬件控制也较为简单。所以选用89C51单片机。

2.3.2 WIFI模块的选择

方案一：选用三星的x210芯片，其是基于ARMv8芯片设计的SOC，属于高端芯片，功能强大，可运行linux操作系统，对于无线模块的控制需要相应的驱动。

方案二：选用ESP8266 串口WIFI模块

ESP8266模块是嵌入式系统经常使用的无线模块。其内部嵌入了串口模块用来发送数据到串口接收设备。对于此模块来说，串口是用来发送数据到硬件系统也就是单片机。因此只要是具有串口的设备都可以通过此模块连接进入网络。价格低廉功能强大，内部通过mcu控制，能够进入多种状态进行工作，因此此模块具有很大的实用价值。 

进过对比方案一过层比较复杂，需要移植操作系统，uboot和相应的驱动代码，而且对于此设计来说这个芯片过于复杂并不符合设计简单低廉的理念。相反方案二具有方案一没有的有点，而且硬件电路得到了充分的利用，系统效率得到了最大的提高，所以选用方案二。

3.系统硬件电路设计

3.1硬件电路的设计原理

本设计的硬件电路主要由无线模块和单片机最小系统组成组成。晶振电路，提供整个系统时钟。复位电路是在开机时自动使单片机复位，从而硬件可以正常工作。系统最主要的硬件组成就是wifi模块，提供了系统主要的联网控制功能，可以实现家用电器的远程控制。系统采用STC89C51单片机运行整个控制程序，包括硬件控制命令解析等。手机端软件设置好家电的控制按钮，wifi模块连入家庭的无线网络，然后客户端登录账号实现整个系统的设计要求。

3.2 wifi开关设计的基本组成

3.2.1 晶振电路

晶体振荡器，其主要功能是产生矩形的振荡电流，从而提供数字电路的时钟，其振荡频率决定了系统的工作频率。在数字电路中尤其是芯片，无论是高级功能强大的ARM芯片还是设计简单的MCU晶振是必不可少的。一个晶体振荡器当然是无法完成工作的，他产生的波形并非是真正的矩形波，所以必须结合外围原件如电阻电容等来进行波形的转换和滤波产生需要的时钟信号，从而为数字电路提供需要的时钟频率。对于数字芯片来说晶振犹如心脏，只有晶振产生时钟，才可以让数字电路工作起来，在每个时钟周期，可以运行一条指令甚至多条指令，时钟频率越高也就是晶振产生的波形频率越高，数字电路的工作就越快，运行速度就越快。一般一个硬件系统使用一个晶振，对于内部需要使用其他频率的电路可以使用分频器活着倍频器进行时钟频率的转换。

3.2.2 复位电路

对于本系统，尤其是数字系统，开机时都需要整个系统进入复位状态。复位的目的是使所有的寄存器进入复位值，硬件进入初始状态，从而使系统从正常状态开始工作。复位还可以实现系统由于外部因素如温度，震动，电磁干扰等出现问题时按下复位按钮，直接重启系统，让硬件正常工作起来。在单片机中复位电路可以使整个单片机芯片从初始位置读取指令重新运行，而且所有硬件都从初始状态运行。AT89S52单片机的复位引脚是RST，仅仅只需要在这个引脚提供大于或者等于5毫秒的高电平状态，就可以实现整个系统的复位。当然如果这个引脚一直都是高电平，那么整个芯片将一直是复位状态，可以说就是死机，系统并不能工作，所以设计复位电路时要实现的功能是，按下按键（人类按下按键时间一般超过5ms）抬起之后，复位引脚必须由高电平转换为低电平使得系统不再处于复位状态。

根据上述复位功能的要求，所设计的电路如下。其具体原理是，按下按键之后系统上电，然后电容进行充电因此复位引脚会在忍按下的时间之内是高电平的，系统在这个时间之内进入复位状态并完成复位，抬起后电容放电，引脚变为低电平系统正常工作起来。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：18567字

相关图片展示：