摘要：随着人们生活水平的提高和智能生活理念的不断普及，物联网智能家居已成为智能家居发展的新趋势。为此，设计了一套基于机智云IoT平台的智能家居控制系统，主要由主控模块、WiFi物联网模块、LED控制模块、插座控制模块、窗帘控制模块和语音识别模块组成。该系统使人们的生活更加舒适便捷，同时可以监控家中的安全隐患，应用广泛。
一、系统方案选择
(一）物联网平台选型
机智云为企业和个人开发者提供物联网PaaS云服务平台，提供大数据分析、人工智能应用和物联网应用服务。通过机智云Aiot开发平台，企业和开发者可以快速实现工业级物联网连接管理、设备管理、应用支持、数据分析、计费分析、安全控制和第三方系统集成能力，构建、部署和管理物联网连接产品和应用。
阿里云物联网平台为设备提供安全可靠的连接和通信能力。它可以向下连接大量设备，并支持设备采集数据并上传到云端。它向上提供云API，通过API调用将命令数据发送到设备。遥控。此外，物联网平台还提供其他增值功能，如设备管理、规则引擎、数据分析、边缘计算等。
与阿里云IoT平台相比，机智云IoT平台产业链较为完善，开发周期较短，因此本次设计选择了机智云IoT平台。
(二）语音识别方案选择
它是一种用于音频录制和播放的低功耗片上系统 (SOC)。拥有-M0内核，最高工作频率50MHz，内置145K字节内存和12K字节SRAM。配备丰富的外设，多种串行接口（UART、SPI/SSP、I2C、I2S）。集成80dB信噪比和可编程增益放大器（PGA），可携带麦克风，还配备差分D类放大器，可直接驱动8欧扬声器，输出功率为1W。
该设计非常注重节能高效，不需要任何外部辅助芯片，如Flash、RAM等存储芯片，从而降低了成本。该芯片直接集成到现有产品中，可实现语音识别、语音控制、人机对话等功能，是真正的单芯片解决方案。
由于语音识别方案比方案更成熟，成本更低，所以选择了语音识别方案。
(三）无线通信方案选择
蓝牙是一种短距离无线通信技术。通过蓝牙连接电子设备，可以省去传统布线的麻烦。在当今的数据时代，高速通信是必须的，但是蓝牙的通信速率不是很高，影响了它的发展，而且蓝牙的频段是开放频段，抗干扰能力较弱。
它是一款采用FSK调制方式生产的，集成增强型短脉冲协议的无线通信芯片楼宇自控扩展模块，可实现点对点或1对6无线通信。输出功率的通道选择和协议设置可以通过 SPI 接口进行调节。可连接多种单片机芯片，具备完整的无线数据传输能力。具有无线通信速度快（最高2Mbps）、体积小、工作电压宽、抗干扰能力强、兼容性好等优点。
因为家里的电器比较多，有时候还要考虑信号穿透、衰减等问题，无线组网需要更强的穿透和抗干扰能力，这里选择通信。
二、 硬件电路设计
(一）硬件整体方案设计
硬件方案主要由六部分组成，分别是主控电路、WiFi物联网模块控制电路、LED控制电路、插座控制电路、窗帘控制电路和语音识别电路。硬件总体设计如图1所示。
图1 硬件总体设计
（二）控制系统六大模块
1.主控电路
主控制器由STM32单片机、无线发射模块和OLED液晶显示模块组成。它是整个项目的控制核心。其他模块通过串行通信连接到主控制器。硬件电路如图2所示。
图2 主控制器示意图
2. WiFi物联网模块控制电路
选择单片机作为控制芯片。该单片机具有处理速度快、外设扩展方便、运行稳定、价格低廉等优点。DHT11温湿度传感器作为WiFi模块，实时检测家中的温湿度，MQ-2是烟气传感器，实时检测家中空气中的烟雾或气体，可以实现实时监控的目的，为家居安全提供保障。物联网模块的控制电路如图3所示。
图3 IoT模块控制电路
3. LED控制电路
LED控制电路由单片机、接收模块、继电器模块组成，如图4所示。
图4 LED控制硬件电路
4. 出口控制模块
插座控制电路与LED控制电路相同。
5、窗帘控制电路
窗帘控制电路由单片机最小系统、接收模块和电机驱动模块组成。
6 语音识别电路
语音识别模块采用语音识别芯片，声音信号处理芯片采用单片机。这种单片机处理速度快，可以满足处理音频信号的需要。
三、 软件设计
(一）连接机智云物联网平台
当单片机连接机智云物联网平台时，首先进行协议初始化和各模块的初始化功能，然后通过按键选择网络模式。网络配置完成后，通过传感器采集房间数据信息，通过网络传输到云平台，方便用户查看。其程序流程图如图5所示。
(二）主控软件
主控制器通过模块分别与从控制器通信，从而控制从控制器。其软件流程如图6所示。首先对各个模块进行初始化，然后等待串口发送的数据。如果数据来了，就会通过模块发送出去，发送成功信号指示灯会闪烁。如果没有，它将继续等待。
四、 系统调试
(一）软件调试
1.语音识别调试
编写程序确保程序逻辑语句正确，将程序下载到模块中，然后给模块上电，通过调试串口助手检查是否可以正常识别。识别结果如图 7 所示。
2、物联网模块调试
物联网模块将家庭温度、湿度等信息发送到云端，可以通过手机查看，也可以通过手机控制家中的LED插座、窗帘等电器。模块调试显示界面如图8所示。
(二）函数调试
上电后，单片机运行指示灯亮。出于实际考虑，使用直流电机来模拟窗帘的控制。上电前电机停止，模块等待接收主控发送的指令，收到指令后电机开始运动。经测试，该功能可以成功实现，模块可以正常运行。控制系统的硬件组成如图9所示。
五、结论
本系统实现手机遥控功能的关键是利用机智云物联网平台结合硬件平台，实现语音识别安全认证机制。WiFi模块通过连接家里的路由器，将家电设备连接到机智云AIoT开发平台，从而将室内温度、湿度和烟气浓度等信息实时发送到云端。当有烟气时，模块可实现远程报警等功能。
这种设计具有投资少、成本低、可靠性高、可扩展性好的特点。除了控制LED灯和窗帘，还可以将家中其他电器接入插座，通过插座控制其他电器，符合未来家居智能化、网络化的发展方向。
图5 连接机智云物联网平台流程图
图6 主控软件流程图
图 7 语音识别调试
图8 APP界面
图 9 硬件组成