基于物联网技术的智能开关设计
摘要：伴随网络技术和数字信息化技术的飞速发展和进步，人们的生活质量水平不断提升，人类生活、工作、信息和通讯的关系越来越密切，信息化程度加速了对人们工作习惯和生活方式等的改变，也对传统住宅提出更高要求，因此产生了基于物联网技术的智能家居系统。文中主要基于智能家居系统和物联网技术的概念、智能家居系统技术要求，进行基于物联网技术的智能开关设计。
关键词：物联网技术；智能家居；应用；改变；发展
1 研究背景及意义
人类自身对口常生活舒适化和智能化需求永无止境地追求，一次次地推动着信息产业的发展和革新。物联网在智能家居领域的应用也正是伴随着新兴技术的不断涌现应运而生。智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过触摸屏、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。
2 智能开关主要设计
（1）需求分析。场景1：晚上睡觉前，发现其他房间灯还亮着，但躺在床上懒得动。场景2：匆忙出门后隐隐感觉到家里的热水器或是其他的用电器没关。场景3：半夜起床，摸黑去打开其他房间的灯。
（2）设计思路。上述场景在日常生活中时时存在，但目前家电市场的产品大都价格昂贵，不适合大面积的推广使用，尤其对普通家庭来说，更是一笔不小开销，所以一般家庭会选用普通机械开关节约资本，但在追求高品质生活的今天，机械开关的使用明显是和品质生活相违背的。是否可以开发一种低价而又稳定的智能开关，把家里的用电器连起来，在无线网络或者蜂窝移动数据下，通过Pad或者智能手机来控制这个智能开关，从而控制所用用电设备的开通与关断。
（3）器件选择。在实验阶段考虑器件的成本与稳定性，选择51单片机作为主控，它有4路GPIO接口，有专门的串口通信接口，可以通过串口与WiFi接收器相连，这样就是有了两种可行性，一是通过WiFi接收器直接与手机相连，二是与家里的无线路由器相连，并把数据上传到服务器，手机通过APP软件连接到服务器。这两种方式用户就可以通过点击手机的按键来实现对家里用电器的控制，家里用电器在收到控制指令后，将数据返回，手机APP上的指示灯亮，用户就可以知道电器是否供电了。在这一方面由于考虑数据的安全性，在数据格式上设立了编号与密码，即各个用户在同一个服务器下面，用户只能控制自己家的用电器。在开关方面需要做继电器模块，即用单片机发送控制信号给继电器，以实现相应的开关控制。
（4）软硬件设计。
硬件部分：用一稳压器以保证输出电压稳定，51单片机作控制器，用n个继电器和LED灯组成各个用电设备的物联网开关，同时用到n个常规开关以便直接控制某一或某几个用电器。
软件部分：程序均以C语言编写，终端控制以手机为主，可以在手机上做控制继电器的APP，共设n个按键分别对应控制n个继电器。全过程在无线局域网范围内实现。
在模拟实验中，成本是非常低价的，由此我们便可以看出，若想实现智能化，使生活更加舒适便捷是非常廉价和容易的。因此，基于物联网技术的智能开关具有一定的可行性、安全性和普及的可靠性。
（5）服务器端。作为物联网的远程控制，需要做一个类似的服务端，这个服务端可以借助任何聊天软件，在聊天软件中预留一个端口，专门负责传递和接收远程控制信号。当然也可以做一个专门的收发指令信号的软件。即用户先把指令传递给软件平台，再由软件平台传递给家中用电器，这是不难实现的。
（6）安全性。安全问题是任何科学研究都必须考虑的问题，所以在此也需要做出分析。在传递信号时，使用串口通信，并且在数据格式上设立了编号与密码，即各个用户在同一个服务器下面，用户只能控制自己家的用电器。密码包括报头、校验码和报尾，三项内容必须完全匹配才能实现有效通信，否则通信无法完成。
相比以往物联网作品的高度安全性，这也是智能开关的创新性与优越性。通常的物联网产品都只是简单地实现了控制，姑且实现了远程使用4G网络控制，但如果使用者的手机丢失会存在很多隐患，纵使手机有密码锁，但刷机解锁也如探囊取物一般容易。基于这样的考虑，现针对不同的用户，不同的部门，不同的场合想出了几种解决方案：
a.设置用户名和密码，打开智能家居手机控制软件时需输入用户名与密码，用户名与密码不匹配的无法登录进入，如果密码输入错误三次，将锁定软件。这些需要依托主服务器才能控制软件的锁定。b.与指纹识别结合，打开控制软件时，需输入指纹，匹配后方能打开。c.设置自毁系统操作，控制整套家居的不只是一部手机，一旦一部手机失窃，使用家庭其他成员的手机仍可启动自毁，使控制程序乱码，用电器不再受手机控制，以保证用电器或财产安全。d.绑定手机号，像登录QQ或微信一样，一旦丢失手机时手机控制软件处于打开状态，可以告知主服务器端，锁定软件。
随着智慧城市的深入人心，科学技术的不断进步，也随着人们对更高生活质量的追求，家居的智能化将来一定会得到普及。每个城市基于智能家居系统的主服务端将来也一定能够陆续的建设起来。所以，在这里给出一个思路，一套方案和一套体系。前期的实验已经证明了其低成本的可行性。纵观物联网世界，它将人类数字化管理的范围从虚拟信息世界延伸至实物世界，强化了实时处理和远程控制能力，极大地扩展和丰富了现有的信息系统。本文设计的不仅是一个新型低成本智能开关，并且考虑到将这个产品延伸至远程终端，借助现有的无线传感、互联网等众多IT技术，实现远程控制，更进一步的提升了自动化管理的处理性能和智能水平。它的维护简单，安装简易，有很高的性价比，51单片机和继电器结合足以实现的功能中，这可以說是具有一定创意，也具有很强的研究与思考性。
3 前景展望
当代，低碳环保的科学发展意识已经深入人心，构建节约型社会也是一大目标，这种智能开关不仅高度智能化，而且其最突出的特点是其成本之低，以如此低的成本实现高智能，充分说明研究智能家居的必要性和可行性。
参考文献：
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