CN110716443A - 一种基于wifi技术的智能家居控制与安防系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统，属于物联网技术领域。本发明提供了一种能够帮助人们远程获取室内的环境信息、红外控制电器设备开关、室内视频监控、火灾精准报警、语音控制和LCD界面显示信息的方法。数据采集模块利用烟雾传感器、温度传感、一氧化碳传感器进行数据采集实现精准判断室内火灾；WIFI无线通信模块与语音模块互联控制室内电器多功能开关，红外控制模块实现对室内所有红外可控设备的控制；视频模块达到对室内视频图像的采集；加速度传感器模块可以监测建筑的振动的频率和方向，可以实时监测建筑的安全状况，LCD显示采集到的数据信息。本发明主要用于智能家居的控制和安防。

Description

一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统

技术领域

本发明具体涉及一种基于WIFI无线传输的单片机多数据采集以及家用设备智能控制系统，属于物联网技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，人们越来越注重自己生活环境的舒适、安全与便利。嵌入式技术的发展使得微处理器系统的性能不断提高，价格不断下降。云计算技术的应用，更是给智能家居带来了新的概念和发展机遇。物联网技术的兴起使各种家庭设备互相连接成为可能，智能家居是以家庭环境为基础，融合传感器技术、网络通讯技术、自动控制技术、人工智能技术等，通过家庭信息管理平台，将家居生活的有关设备连接在一起，构建高效的住宅设施与管理系统，从而提升家居的方便性和安适性。智能家居作为顺应人们需求的产物，将成为未来家居生态的核心。

目前传统的家居还存在很大的缺陷和不足，一是智能家居产品太多太杂，大多数都是只具有单一功能的设备，而且不同设备之间不兼容，难以做到智能家居的系统化；二是对非专业人员来说，无法将众多系统组件成智能家居系统；三是安装维护工作繁琐，大多数的家庭并不是从装修就开始考虑到智能家居的需求的，更多的情况是对已有的住房进行改造，这就造成了二次装修，重新布线等麻烦以及设备在房屋原有的基础上搭建不方面。

发明内容

为了克服上述智能家居的各种不足之处，本发明提出了一种功能齐全的可快速实现智能化的家居控制和安防系统，与现有技术相比，该设备有效解决了一下几个关键问题：一方面有效解决人们远程获取室内的环境信息、并将所有信息通过LCD界面显示出来，方便用户查看；在控制室内电器设备、火灾报警、安全提醒方面，采用多传感器融合技术和语音识别技术，提高火灾检测的准确性和家庭控制的智能化；另一方面可以将所有功能集成到一个设备上，而且该设备容易在家庭中进行搭建，不对房屋结构造成二次损害，而且该系统针对后期可能需要对设备进行升级的问题，可以不需要拆开设备实现远程对设备进行升级改造。

本发明所涉及的一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统的技术方案具体如下：

该系统的设计主要部分包括以下几个方面：2个STM32主控MCU模块、环境检测模块、火灾检测模块、语音识别模块、红外信号收发模块、加速度检测模块、摄像头采集模块、外部存储模块、WIFI通信模块、LCD显示模块；考虑到使用方便性和能耗问题设计了电源模块，设备将由220V市电直接供电，内部设计交流转直流稳压电路，输出12V直流电压，给通讯及数据采集板和图像及振动采集板供电。两块MCU分别处理不同的任务，它们之间通过USART直接连接实现数据的交互功能。

所述的环境检测模块包含对家庭环境的各种数据监测,包括BME280对环境的温湿度、大气压强采集，BH1750对光照强度采集以及PM2.5等一系列数据。通过各个模块的传输协议与STM32F103主控模块之间进行数据的传输，为了方便查看传输的数据，通过LCD界面实现将环境数据显示到LCD界面上。

所述的火灾监测模块主要根据火灾发生过程通常会伴随着光、烟雾、温度、有毒气体浓度的变化，根据分析这些数据的变化特征，可以判断火灾发生不同状态，本系统将采集的环境温度、烟雾浓度、一氧化碳浓度数据作为探测火灾的特征参量，并对数据进行融合处理，综合判断检测环境的火灾发生情况，当处于危险状态下，单片机模块通过检测内部数据的阈值将通过语音控制模块发出语音报警功能。

所述的语音控制模块LD3320主要是通过语音将模拟信号传递到STM32F103主控模块，通过对传输的模拟信号进行解析，进而通过对引脚的控制实现控制继电器开关的功能，从而控制家中常用电器的电源通断，本系统的语音不仅能控制家用电器的开关，还具有反馈设备控制情况。

所述的图像采集模块采用STM32F4作为主控模块，该模块能够提高数据的处理能力从而为了提高图像的质量，通过内置的36MHZ的AD采集摄像头的模拟信号，将采集的每一帧图像存储到数据存储模块，该存储模块通过加载文件系统，用来方便用户查看图像信息。

所述的加速度检测模块采用MPU6050模块，可以检测房屋的震动频率和震动幅度，有振动分析报警功能，可在设备固定安装在室内时，检测房屋或地面的振动情况，当发生地震或坍塌时，可及时提醒人们离开危险区域，这对频繁发生地震地区有重要的作用。

本发明的有益效果为：

一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统，本发明提出了一种功能齐全的可快速实现智能化的家居控制和安防系统。该设备解决了当前智能家居功能比较单一的问题，完成了多设备信息采集和控制系统，方便用户远程获取室内的环境信息，控制室内电器设备，火灾报警，安全提醒等关键需求，提高家庭环境的智能化，帮助人们对家庭环境更好的掌控。通过将所有功能集成到一个设备上，功能齐全而且该设备容易在家庭中进行搭建，减少了对房子的改造，而且针对后期设备进行升级的问题，可以不需要拆开设备实现远程对系统设备进行升级改造。该系统嵌入LCD显示界面实现无需电脑即可对家庭智能化设备信息的动态显示。

附图说明

图1为系统的整体结构框图；

图2为电源稳压模块组成框图；

图3为环境检测模块的组成框图；

图4为火灾监测模块的组成框图；

图5为语音模块结构流程图；

图6为设备无线升级的示意图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1

一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统，主要特征在于图1的组成框图，它主要包括两个STM32单片机主控模块(1)(2)、语音控制模块(3)、火灾监测模块(4)、加速度检测模块(5)、红外信号接受模块(6)、WIFI通信模块(7)、LCD显示模块(8)、数据存储模块(9)、摄像头图像采集模块(10)、环境检测模块(11)、和家用电器设备(12)，它们之间通过各种协议与外部传感器进行通信，并搭载电源稳压模块实现将家用220V市电接入设备从而稳定运行；

所述的环境检测模块如图3所示：包含对家庭环境的PM2.5,环境的温湿度、光照强度、大气压强这系列数据进行采集，所有模块采用高精度的工业级传感器，对不同的传感器采用相应的通信协议，包括硬件IIC、SPI通信、USART串口通信，通过各个模块的传输协议与STM32F103主控模块(1)之间进行数据的传输，为了方便查看数据，通过LCD实现界面(8)将环境数据显示到LCD界面上。

所述的火灾监测模块如图4所示：采集的环境温度、烟雾浓度、一氧化碳浓度数据作为探测火灾的环境数据，采用多传感器融合技术，当数据处于非正常状态下时，单片机模块(1)将通过语音控制模块(7)的麦克风发出语音报警功能。

所述的语音控制模块如图5所示：主要是通过语音将信号传递到STM32F103主控模块(1)，通过对引脚的控制实现控制继电器开关的功能，通过继电器达到控制外部设备开关的功能，本除此之外，语音模块还具有应答功能，实现非网络下的人机交互功能。

所述的图像采集模块主要通过STM32F4(1)强大的处理能力通过摄像头采集每一帧图像，将采集图像存储在数据存储模块(9)中，用于用户观察室内安全情况。

所述LCD显示界面将环境采集到数据通过串口传输到显示界面上，可以查看温湿度、大气压强等数据。

所述的WIFI通信模块(7)采用EWM3165具有低功耗、体积小、成本低、快速实现设备与路由器的特点。通过与单片机MCU连接，通过有线和无线的方式组网实现数据的无线传输。

实施例2

一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统的结构示意图如图1所示，所述的图像采集模块(10)和数据存储模块(9)主要方法在于：系统通过5V电源模块供电，通过3.3稳压芯片给单片机供电，然后通过单片机管理摄像头电源。当单片机控制打开摄像头电源时，摄像头开始工作，摄像头将采集后的图像经过场行分离芯片获得场信号和行信号，然后单片机通过场行信号的触发中断，打开AD采集图像信号，当采集完一副完整图像时，将数据传输到数据存储模块中。

所述的电源转换模块如图2所示，由于系统接入的是市电220V，无法直接为系统器件提供电源，必须通过一系列降压电路,本设计电路首先采用DB-4824E-10W型变压器，将AC220V降到AC12V。通过变压器转换后电压是AC12V，输出的电压值再经过降压整流和滤波电路后，流出的电压值约为12V，而系统工作电压为5V和3.3V，需要经过二次降压。

实施例3

一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统的无线升级技术如图(6)，本发明使用STM32的IAP功能，设计Bootloader代码从而实现通过通讯网络实现设备应用程序的更新，与传统的有线更新相比，操作人员不必在设备现场即可完成设备固件的更新，大大降低了维护成本。

所涉及的一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统的设备功能比较复杂，包括环境监测、语音识别、红外控制、振动分析、图像存储等，利用单片机裸机直接运行单线程程序，会导致系统的稳定性降低，故该系统移植了ucosiii系统在设备中，搭载多任务实时系统实现设备的稳定运行。

Claims (3)

1.一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统，其特征是:它包括两个STM32单片机主控模块（1）（2）、语音控制模块（3）、火灾监测模块（4）、加速度检测模块（5）、红外信号接受模块（6）、WIFI通信模块（7）、LCD显示模块（8）、数据存储模块（9）、摄像头图像采集模块（10）、环境检测模块（11）、和家用电器设备（12）；所述STM32F103单片机模块（1）的主控模块与WIFI通信模块（7）实现数据的无线传输；所述环境检测模块（11）实现对环境的温湿度、光照、PM2.5数据采集并通过各种传输协议发送给单片机主控模块（1）；所述火灾监测模块（4）将烟雾传感器、火焰传感器、温度数据传输给单片机模块（1）实现火灾监测的功能；所述语音控制模块（3）将语音信号传输给单片机模块（1）并经过单片机模块解析，从而实现控制家用电器设备（12）的开关控制功能，并且还具有危险状态的语音播报功能；所述数据存储模块（9）、摄像头图像采集模块（10）协同工作，将摄像头采集到的图像数据传输给STM32F407单片机模块（2）,借助强大的数据处理能力，将图像数据转发给数据存储模块（9）；为了方便查看传输的数据，将所有采集到的数据最终传输到LCD显示模块（8）上，通过LCD显示界面将数据显示到界面上，并具有数据实时刷新的功能。

2.根据权利要求所述的一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统，其特征在于：

所述的环境检测模块包含对家庭环境的PM2.5,环境的温湿度、光照强度、大气压强这系列数据进行采集，所有模块采用高精度的工业级传感器，对不同的传感器采用相应的通信协议，包括硬件IIC、SPI通信、USART串口通信，通过各个模块的传输协议与STM32F103主控模块（1）之间进行数据的传输，为了方便查看数据，通过LCD实现界面（8）将环境数据显示到LCD界面上；

所述的火灾监测模块主要采集的环境温度、烟雾浓度、一氧化碳浓度数据作为探测火灾的环境数据，采用多传感器融合技术，当数据处于非正常状态下时，单片机模块（1）将通过语音控制模块（7）的麦克风发出语音报警功能；

所述的语音控制模块主要是通过语音将信号传递到STM32F103主控模块（1），通过对引脚的控制实现控制继电器开关的功能，通过继电器达到控制外部设备开关的功能，本除此之外，语音模块还具有应答功能，实现非网络下的人机交互功能；

所述的图像采集模块主要通过STM32F4（1）强大的处理能力通过摄像头采集每一帧图像，将采集图像存储在数据存储模块（9）中，用于用户观察室内安全情况；

所述LCD显示界面将环境采集到数据通过串口传输到显示界面上，可以查看温湿度、大气压强等数据；

所述的WIFI通信模块（7）采用EWM3165具有低功耗、体积小、成本低、快速实现设备与路由器的特点，通过与单片机MCU连接，通过有线和无线的方式组网实现数据的无线传输。

3.一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统，其特征在于：

所述的图像采集模块（10）和数据存储模块（9）主要方法在于：系统通过5V电源模块供电，通过3.3稳压芯片给单片机供电，然后通过单片机管理摄像头电源，当单片机控制打开摄像头电源时，摄像头开始工作，摄像头将采集后的图像经过场行分离芯片获得场信号和行信号，然后单片机通过场行信号的触发中断，打开AD采集图像信号，当采集完一副完整图像时，将数据传输到数据存储模块中；

所述的电源转换模块由于系统接入的是市电220V，无法直接为系统器件提供电源，必须通过一系列降压电路, 本设计电路首先采用DB-4824E-10W型变压器，将AC220V降到AC12V；通过变压器转换后电压是AC12V，输出的电压值再经过降压整流和滤波电路后，流出的电压值约为12V，而系统工作电压为5V和3.3V，需要经过二次降压；

所述的一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统的无线升级技术，本发明使用STM32的IAP功能，设计Bootloader代码从而实现通过通讯网络实现设备应用程序的更新，与传统的有线更新相比，操作人员不必在设备现场即可完成设备固件的更新，大大降低了维护成本；

所涉及的一种基于WIFI技术的智能家居控制与安防系统的设备功能比较复杂，包括环境监测、语音识别、红外控制、振动分析、图像存储等，利用单片机裸机直接运行单线程程序，会导致系统的稳定性降低，故该系统移植了ucosiii系统在设备中，搭载多任务实时系统实现设备的稳定运行。

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