基于 ESP8266的智能家居制作

基于 ESP8266的智能家居制作

苏善烨 梁家乐 梁广华 庞旭 任小双

河池学院物理与机电工程学院 河池学院 546300

摘要：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。本文设计了基于ESP8266的智能家居云控制系统,包括ESP8266WIFI模块、家用摄像头以及智能家用电器设备。本次采用的ESP8266芯片具有体积小，功耗低，支持透传,丟包现象不严重,价格低等特点。相对于市场普遍的智慧电器，本系统改造成本相对较低，无需更换家居电器。

关键词：智能家居;ESP8266 ;低成本

1. 引言

智能家居的概念已在中国推出近30年。 2003年左右，一些国内厂商也进入了智能家居行业，一些智能家居系统也进入了市场。 随着社会经济的发展，人们对家居品质的追求越来越高，家居的舒适化，安全化和智能化，以及对智能家居系统的需求越来越强烈。然而，智能家居无论在中国还是在世界上都没有取得太大进展。 没有统一的标准，没有相对出名的公司，没有实用的产品，导致智能家居越来越成为一个空壳的概念。随着大数据时代的快速发展，4G的全面应用，5G时代的到来，在追求优质生活的人们逐渐关注起了智能家居的应用，而目前市场上的智能家居都是独立应用的，这就意味着客户将花费大量的资金来更换家居电器。所以，一款低成本，无需更换家居电器，低功耗的智能家居产品有着广阔的市场^[1]。

2. 工作原理分析

智能家居的核心是人机交互，机器能够快速响应人们的需求，从而达到智能的作用。智能家居控制系统能够通过人机交互的方式远程操作家用电器，实时监控室内各项数据，同时根据数据分析自动控制家居电器给予居住者相对舒适的生活环境。本次智能家居以ESP8266WIFI模块为执行芯片，以树莓派Raspberry Pi作为总控制系统，其主要原理是通过树莓派搭建的服务器处理接收到的数据并发送相应的执行命令给ESP8266WIFI模块，从而控制各家居电器执行所需的运动。接收数据主要有人对机器的控制命令，各类传感器所传送过来的数据，如室内室外温湿度，PM2.5，家用电器电压电流监控等，人与机器的交互是最重要的一环，在当今市场上，还没有完美的通过随手一挥便可操控各类电器，手势交互系统任重而道远^[2]。

3. 智能控制设计

3.1多目标负荷控制

智能家居的真正用意是帮助客户管理生活环境，让周围环境数据可视化，让电器使用更合理化，从而达到节能减排的作用。智能控制多种多样，但是在能够智能控制的基础上，实现多负荷家居控制来降低耗电成本是也是一大难题。为此，以电器作为用量依据，采用三级电价模型。合理的电价模型能够有效帮助管理者减少高峰用电、提高负荷因数、节约电力成本的同时，帮助用户节约用电费用。最佳的电价模型是根据实际电力需求和电力中各类能源的比例进行实时电价调整，即实时电价。但是在实际的操作过程中，由于各方面的限制，很难直接进行实时电价的制定，过于碎片化的定价策略反而会产生一些不良反应，甚至导致用电成本的迅猛增长。根据采用的分布式

负荷控制架构，结合智能开关的功能和特点，保证合理定价的同时不让定价策略不过于碎片化，本次采用一种小时级的三级电价模型，分别对高峰时段、低峰时段、静默时段进行分级定价，其公式如下：

式中 为定价函数，h为0~24h之间的时间， 为某一用户所有用电设备的用电总和。

另外，由于系统会根据设备用电情况进行实时变动，分级电价无法无缝切换，存在一部分误差，每个设备在h时间的延迟系数，且 。以此实现多目标负荷控制，从而减少用电量。

3.2 硬件系统设计

ESP8266是一款专门用于Wi Fi传输的芯片，组网方便。本文选择ESP8266模组作为主控芯片，外接温湿度传感器、以及控制器，多个设备进行组网，将树莓派Raspberry Pi为服务器，ESP8266设备为客户端，客户端采集环境参数通过网络传输至服务器进行统一运算处理，主设备移植http服务器，能通过手机登录服务器进行环境参数查询，对家居内的电器设备、传感器进行一体化控制。

4. 具体使用方式

本控制系统为ESP8266智能家居云控制系统。无线模块是家庭摄像头和ESP8266串行端口，里面是自主研发的固件，操作方便。家庭摄像机通过连接ESP 8266模块的WiFi信号，通过ESP 8266模块实现监控视频信息实时传输到互联网。用户的移动应用程序实时确认家庭信息，使远程控制更好。对于家用电器有两大特点：（1）智能设备直接连接ESP8266模块的WiFi信号，并使用WiFi信号控制开关发送和接收操作状态信号。（2）与智能连接对应的设备通过ESP 8266模块的I/O引脚直接控制CHS，并传输ESP8266模块的信号。通过用户的移动应用进行远程监控，ESP 8266模块的I/O终端连接DS18B20温度测量模块实现了对家庭温度硬件水平的检测，信息稳定性高，所有设备均采用USB接口，电源模块确保ESP 8266模块提供5V工作电压，同时工作正常。考虑到使用的多功能性，使用专有的移动应用程序进行控制和查看数据，实现家庭监控摄像头拍摄信息的接收和显示。

5. 小结

本文通过了对智能家居系统设计及研究，智能家居以住宅地区为平台，对家用电器以及部分用具进行改装，使其能让家庭生活更方便，更安全，更快捷，更舒适，使家庭实现自动化管理，即便是出门在外，也可以时刻关注家庭状况。该项目区别于市场上的家居应用系统，不只局限于独立别墅，且价格优惠，普通家庭用房也能实现智能控制。通过智能家居系统，能通过手机APP或者语音来控制灯，电视机，冰箱，空调，电脑，甚至窗帘，自动开关门，此外，还有温湿度控制，在温湿度感应器下，可以自动控制空调，加湿器等控制室内温度湿度等，让室内更舒适。

本项目由2019年自治区级大学生创新创业项目支持（NO. 201910605082）

6. 参考文献

[1]杨堤.基于物联网的智能家居控制系统设计与实现[J].电子世界，2012,(21):16- 17.

[2]辛海亮,钟佩思,朱绍琦,等.基于Zig Bee 的物联网智能家居控制系统[J].电子技术应用,2013,39(12):79- 81,85.

[3]卜晓晓.基于Android 和Wi- Fi 的智能家居系统的设计与实现[D].镇江:江苏大学,2016.