CN215599519U - 一种基于阿里云的物联网家居控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于阿里云的物联网家居控制系统，包括控制模块、身份认证模块、环境监测模块、继电器控制模块、步进电机控制模块、无线传输模块、显示模块、云服务器和手机终端；身份认证模块用于识别用户信息；环境监测模块用于检测室内环境信息；继电器控制模块用于控制继电器组的启闭；步进电机控制模块用于控制步进电机组的工作状态；显示模块用于显示环境信息、步进电机组和继电器组的工作状态；控制模块通过无线传输模块与云服务器连接，本实用新型物联网控制家居系统集成了家电设备控制、灯光控制、安防监控、环境监控等功能，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性，合理控制各种能源的使用。

Description

一种基于阿里云的物联网家居控制系统

技术领域

本实用新型属于技术领域，具体涉及一种基于阿里云的物联网家居控制系统。

背景技术

目前智能家居领域，许多标准尚未统一，就智能家居的无线标准而言，目前主流的就有WiFi、Zigbee、Z-Wave、电力载波和蓝牙五种。此前，行业内主流公司均推出了各自的智能家居平台，均可以实现产品间的互联，更支持旗下手机对自家产品的远程控制。而HomeKit专注于近期发布的、经过苹果认证、并支持HomeKit协议的WiFi和蓝牙配件，这些配件可以直接连接iOS设备

智能家居的早期技术包括三大主流：

①总线技术类：总线技术的主要特点是所有设备通信与控制都集中在一条总线上，是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程总线技术类产品比较适合于楼宇智能化以及小区智能化等大区域范围的控制，但一般设置安装比较复杂，造价较高，工期较长，只适用新装修用户。

②无线通信技术类：无线通信技术众多，已经成功应用在智能家居领域的无线通信技术方案主要包括：射频技术、VESP协议、IrDA红外线技术、HomeRF 协议、Zigbee 标准、Z-Wave 标准、Z-world 标准、X2D 技术等。无线技术方案的主要优势在于无需重新布线，安装方便灵活，而且根据需求可以随时扩展或改装，可以适用于新装修用户和已装用户。

③电力线载波通信技术：电力线载波通信技术充分利用现有的电网，两端加以调制解调器，直接以50Hz 交流电为载波，再以数百KHz 的脉冲为调制信号，进行信号的传输与控制。

中国经济经过30多年的高速发展，居民的生活水平和消费能力有了很大提高，新需求的增长以及信息化对人们传统生活的改变，对智能家居的需求日益强烈。由此，智能化小区建设近年来也是如火如荼，“智能家居”更是被炒得炙手可热，因此，目前市面上所设计的家居控制系统价格昂贵，并且多数电路复杂，不易调试，功能单一，无法满足人们需求基于此，研究一种基于阿里云的物联网家居控制系统是必要的。

发明内容

针对现有设备存在的缺陷和问题，本实用新型提供一种基于阿里云的物联网家居控制系统，有效的解决了现有设备中存在的成本高、调试困难，过多依赖于集成模块和功能单一的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：一种基于阿里云的物联网家居控制系统，包括控制模块、身份认证模块、环境监测模块、继电器控制模块、步进电机控制模块、无线传输模块、显示模块、云服务器和手机终端；所述身份认证模块、环境监测模块、继电器控制模块、步进电机控制模块和显示模块与控制模块连接，其中身份认证模块用于识别用户信息，并根据用户信息启动控制系统；环境监测模块用于检测室内环境信息，并将环境信息上传至控制模块；所述继电器控制模块用于控制继电器组的启闭；所述步进电机控制模块用于控制步进电机组的工作状态； 所述显示模块用于显示环境信息、步进电机组和继电器组的工作状态；所述控制模块通过无线传输模块与云服务器连接，云服务器通过4G或5G网络与手机终端连接，使环境信息、步进电机组和继电器组的工作状态储存至云服务器，并能手机终端上显示，所述手机终端能够通过云服务器向控制模块发出控制指令，用于控制继电器控制模块的启闭和步进电机控制模块的工作状态。

进一步的，所述身份认证模块为人脸识别模块或者语音交互模块，所述语音交互模块为SYN7318中文语音交互模块。

进一步的，所述控制模块还连接有偏爱设定模块，所述偏爱设定模块用于设定偏爱时间，并由控制模块根据偏爱时间执行各步进电机组和继电器组的工作状态，同时所述身份认证模块根据不同偏爱时间段处于对应的安全认证等级。

进一步的，所述步进电机组设置有多组，并分别连接电动窗帘、电动窗户、投影幕布和电动晾衣架；所述继电器组设置有多组，并分别连接灯具、空调、热水器和冰箱。

进一步的，所述环境监测模块包括温湿度传感器、光感传感器和烟雾传感器，所述环境信息包括光照强度、温湿度和可燃气体浓度。

进一步的，所述控制模块为STM32F103ZET6核心控制芯片，所述无线传输模块为EMW3080WIFI模块。

本实用新型的有益效果：本实用新型STM32芯片为控制核心，温湿度等传感器为环境信息采集源，以手机APP控制为辅助，来制作一个物联网家居控制系统。使用机械式按键进行数据参数调整，采用语音与手机APP远程控制，来控制家用电器(如风机，加湿器，照明灯等），实现了远距离对家用电器进行实时控制。

同时本实用新型采用多种传感器相结合，根据各传感器采集的数据最终在TFT液晶屏上显示并通过阿里云服务器将各个传感器的数据上传到手机APP界面，同时可以根据用户喜好进行偏爱设置，偏爱设定模块用于设定偏爱时间，并由控制模块根据偏爱时间执行各步进电机组和继电器组的工作状态，同时所述身份认证模块根据不同偏爱时间段处于对应的安全认证等级，例如用户可以在工作日设定安全人在等级，并开启人脸识别和语音识别双识别系统，并将人脸识别的结果上传至云服务器，并呈现在用户的手机终端上，提高防盗等级；同时可以根据日常偏爱习惯，在工作日，由光感传感器采集光照强度，并自动的开启窗帘和窗户，为户内进行通风透光，并在光线阴暗的情况下，关闭窗户。

本实用新型物联网控制家居系统集成了家电设备控制、灯光控制、安防监控、环境监控等功能。物联网控制家居系统是在智能布线的基础上加入各种功能模块，如门禁系统安防系统、照明系统、家电远控、实现了将网络、手机、电视、门禁、安防、照明、远程家电控制等相结合的功能，创造了高效、舒适、安全、便捷的居住环境，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性，甚至合理控制各种能源的使用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的系统框图。

图3为电源原理图。

图4为电源插孔输入电路。

图5为5V转3.3V稳压电路。

图6为主控芯片的供电电路。

图7为ADC电压基准电路。

图8为晶振电路复位电路BOOT启动模式。

图9为TFT_LCD液晶屏模块。

图10为EWM3080无线网模块原理图。

图11为自动下载电路。

图12为步进电机与蜂鸣器驱动。

图中的标号为：1为控制模块，2为电源接头，3为语音交互模块，4为扩音器，5为步进电机控制模块，6为步进电机，7为继电器控制模块，8为温湿度传感器，9为光感传感器，10为烟雾传感器，11为显示模块，12为无线传输模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1：本实施例旨在提供一种基于阿里云的物联网家居控制系统，以STM32芯片为控制核心，使用温湿度等传感器作为环境信息采集源，通过手机APP控制为辅助，进行物联网家居的控制系统。采用语音与手机APP远程控制家用电器，实现了远距离对家用电器进行实时控制，根据各传感器采集的数据最终在TFT液晶屏上显示并通过阿里云服务器将各个传感器的数据上传到手机APP界面。

具体实施时，如图1-2中所示，一种基于阿里云的物联网家居控制系统，包括控制模块1、身份认证模块、环境监测模块、继电器控制模块7、步进电机控制模块5、无线传输模块12、显示模块11、云服务器和手机终端；身份认证模块、环境监测模块、继电器控制模块、步进电机控制模块和显示模块与控制模块连接。

控制模块1为STM32F103ZET6核心控制芯片，STM32F103ZET6单片机主系统由以下部分构成：1）四个驱动单元：Cortex™-M3内核、DCode总线(D-bus)、系统总线(S-bus)、通用DMA1和通用DMA2；2）四个被动单元：内部SRAM、内部闪存存储器、FSMC、AHB到APB的桥(AHB2APBx)，它连接所有的APB设备；其中Cortex-M3核心，主要通过ICode，DCode，System三种总线进行指令或数据的传送，STM32F103ZET6系列的主频最高可达72Mhz，远远高于一般的单片机，为它的运行速度处理提供了强有力的保障。它具有512KFLASH和64KROM，在程序编程方面可用空间大，不必出现内存不足的情况。

如图8中所示，STM32外围辅助电路中，晶振电路为主控芯片提供8MHz外部高速时钟，再经过内部PLL（锁相环）9倍频变为72MHz送到AHB总线上，为芯片内部各个外设模块提供精确时钟 。

复位电路的主要功能是上电过程中令单片机保持在复位状态、从而避免在上电这个不稳定的过程中执行程序进而产生误动作甚至损坏电路。

如图3-5所示，本实施例中控制模块1上设置有电源接头2，并与外部电源连接，外部电源供电电路电压输入范围是DC3.5-28V，U8（TPS54331）为TI（德州仪器）公司所生产的非BUCK同步降压芯片，VCC_+5V输出+5v电压给后面的5V转3.3V稳压芯片供电，且还有防反接功能，5V转3.3V稳压电路中U7(AIU1221-33GY3TR)为AIC(沛亨半导体)公司生产的稳压芯片。

如图6所示，主控芯片的供电电路图，本电路采用11个100nf的电容以确保主控芯片电源的稳定性。以及L1（10uh）与C15（10uf）和C16（0.1uf）构成了低通滤波器，能够滤除高频干扰信号，使主控芯片的电源更加干净稳定。

如图7中所示，U9（REF3033）是TI（德州仪器）公司的电压基准芯片。该芯片最高输出电流为25mA，静态电流42µA，低压降为1mV,具有出色的额定温漂性能：0°C至70°C范围内为50ppm/°C（最大值）、–40°C至+125°C范围内为75ppm/°C（最大值）。而且无需负载电容就能稳定输出电压。

其中身份认证模块用于识别用户信息，并根据用户信息启动控制系统；身份认证模块具体为语音交互模块3，所述语音交互模块3为SYN7318中文语音交互模块，SYN7813中文语音交互模块是北京宇音天下公司生产的一款具有语音识别、语音合成和语音唤醒三功能基于一体的模块，在语音识别这方面，SYN7318可以支持上千条词条的语音识别，对多音字具有较强的识别能力。

环境监测模块用于检测室内环境信息，并将环境信息上传至控制模块；环境监测模块包括温湿度传感器8、光感传感器9和烟雾传感器10，所述环境信息包括光照强度8、温湿度和可燃气体浓度，环境光照传感器（PTSMD026）可直接代替光敏电阻，当环境光比较强烈时输出电压也随之增大进而可判断环境光照的强弱，输出为模拟信号，经LM358构成电压比较器送入STM32单片机的ADC管脚进行数据处理，最终显示在TFT_LCD液晶屏上；MQ-2作为比较经典的气体传感器，使用较为简单的放大电路就可以采集到有用信号，MQ-2的1、3脚为回路电压，2、5脚为加热回路电压，4、6脚为信号输出电压，4、6接一个1k的取样电路，对输出进行采集，随后输出电压通过LM358构成一个电压跟随器送入单片机的ADC通道进行模数转换。电导率随着气体浓度的增大而增大。

继电器控制模块7用于控制继电器组的启闭；继电器组设置有多组，并分别连接灯具、空调、热水器和冰箱，继电器作为电子控制装置，具有弱电控制强电的作用，它的内部结构大多是由线圈与衔铁、触点簧片等组成，本实施例采用两路松乐SRD-05VDC-SL-C继电器来实现家用电器开关的控制。

如图11中所示，本实施例还提供了自动下载程序电路，USB转串口功能采用CH340C是南京沁恒公司生产的。CH340是一个USB串口适配器芯片，它的供电电压范围在3.3V-5V。

步进电机控制模块5用于控制步进电机组的工作状态；步进电机组设置有多组，并分别连接电动窗帘、电动窗户、投影幕布和电动晾衣架，步进电机是一种比较精确的电机，比直流电机更加可靠。

如图12所示，ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列供电电压最高可达50V，每个阵列包含7个开路集电极共发射极对。每一对的额定功率为500毫安，抑制二极管包括感应负载驱动，输入和输出一一对立，以简化PCB板布局。

如图9中所示，显示模块11用于显示环境信息、步进电机组和继电器组的工作状态；显示模块11采用2.8寸TFTLCD液晶屏模块。

如图10中所示，控制模块1通过无线传输模块与云服务器连接，云服务器通过4G或5G网络与手机终端连接，使环境信息、步进电机组和继电器组的工作状态储存至云服务器，并能手机终端上显示。EMW3080是上海庆科公司所生产的低功耗WiFi模块，供电电压范围在3.0V到3.6V。它是一款专为阿里云服务器所生的IOT模块，它相比传统的ESP8266无线模块具有更加简单的AT指令直连阿里云平台，无需太多的联网操作。它的内核采用ARM-Cortex-M4F，主频率最高可达62.5Mhz，它广泛应用于智能家居、智能安防、智能照明系统等。

手机终端能够通过云服务器向控制模块发出控制指令，用于控制继电器控制模块的启闭和步进电机控制模块的工作状态。

本实施例在具体使用时，可以利用手机app和语音系统控制两种操作方式；

1.利用手机app控制操作

1)打开手机app登陆，连接该作品；

2)点击手机app上的‘电源开关’，保持电源处于开启状态，进行相关控制；

3)例如点击‘窗帘开关’，可对窗帘控制开和关的状态，点击‘台灯开关’，可对台灯控制开和关的状态，点击其他开关也可进行相关控制；

4)再次点击'电源开关'，保持电源处于关闭状态，可退出控制。

2.利用语音系统控制操作

1)开启作品上的语音模块开关，可唤醒设备，进行语音控制；

2)例如说出'打开窗帘',可以控制窗帘开启，说出'关闭窗帘',可控制窗帘关闭。

3)关闭语音模块开关，可退出语音控制。手机app和语音控制可同时进行操作。

本实施例中智能家居系统开关机次数达30000次，机械寿命20000次，输入电压直流5-24V内自适应，工作电流500mA-800mA,输入电压超出24V系统自动保护关机，1分钟后即恢复正常，超过35V永久性烧毁，耐温度冲击-10℃~70℃，待机状态消耗功率小于200mW。同时对SYN7318语音模块进行测试，得出：两米内、无明显噪音识别准确率达90%。客户端在4G网络下，环境数据更新延迟0.5s,客户端按键控制延迟0.2s（取决于基站信号强度及数据传输速率）；在同一WIFI网络下，几乎无延迟。

实施例2：本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：本实施例对身份认证模块进一步说明。

本实施例中，身份认证模块还包括人脸识别模块；控制模块还连接有偏爱设定模块，偏爱设定模块用于设定偏爱时间，并由控制模块根据偏爱时间执行各步进电机组和继电器组的工作状态，同时身份认证模块根据不同偏爱时间段处于对应的安全认证等级。

本实施例中用户可以在工作日设定安全人在等级，并开启人脸识别和语音识别双识别系统，并将人脸识别的结果上传至云服务器，并呈现在用户的手机终端上，提高防盗等级；同时可以根据日常偏爱习惯，在工作日，由光感传感器采集光照强度，并自动的开启窗帘和窗户，为户内进行通风透光，并在光线阴暗的情况下，关闭窗户。

Claims (6)

1.一种基于阿里云的物联网家居控制系统，其特征在于：包括控制模块、身份认证模块、环境监测模块、继电器控制模块、步进电机控制模块、无线传输模块、显示模块、云服务器和手机终端；所述身份认证模块、环境监测模块、继电器控制模块、步进电机控制模块和显示模块与控制模块连接，其中身份认证模块用于识别用户信息，并根据用户信息启动控制系统；环境监测模块用于检测室内环境信息，并将环境信息上传至控制模块；所述继电器控制模块用于控制继电器组的启闭；所述步进电机控制模块用于控制步进电机组的工作状态； 所述显示模块用于显示环境信息、步进电机组和继电器组的工作状态；所述控制模块通过无线传输模块与云服务器连接，云服务器通过4G或5G网络与手机终端连接，使环境信息、步进电机组和继电器组的工作状态储存至云服务器，并能手机终端上显示，所述手机终端能够通过云服务器向控制模块发出控制指令，用于控制继电器控制模块的启闭和步进电机控制模块的工作状态。

2.根据权利要求1所述的基于阿里云的物联网家居控制系统，其特征在于：所述身份认证模块为人脸识别模块或者语音识别模块，所述语音识别模块为SYN7318中文语音交互模块。

3.根据权利要求1所述的基于阿里云的物联网家居控制系统，其特征在于：所述控制模块还连接有偏爱设定模块，所述偏爱设定模块用于设定偏爱时间，并由控制模块根据偏爱时间执行各步进电机组和继电器组的工作状态，同时所述身份认证模块根据不同偏爱时间段处于对应的安全认证等级。

4.根据权利要求1所述的基于阿里云的物联网家居控制系统，其特征在于：所述步进电机组设置有多组，并分别连接电动窗帘、电动窗户、投影幕布和电动晾衣架；所述继电器组设置有多组，并分别连接灯具、空调、热水器和冰箱。

5.根据权利要求1所述的基于阿里云的物联网家居控制系统，其特征在于：所述环境监测模块包括温湿度传感器、光感传感器和烟雾传感器，所述环境信息包括光照强度、温湿度和可燃气体浓度。

6.根据权利要求1所述的基于阿里云的物联网家居控制系统，其特征在于：所述控制模块为STM32F103ZET6核心控制芯片，所述无线传输模块为EMW3080WIFI模块。

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