基于Wi—Fi和Android家居环境监测与实现

翟维枫 李栓

摘 要 为了人们生活环境健康安全，实现家居环境检测，利用现在手持智能设备，设计出一种基于Android的家居检测系统。本文采用了具有Android操作系统的智能手机或平板电脑作为家居设备终端，以STM32F103 ARM处理器和USR-WiFi232-T WiFi模塊的家居检测器，通过热点直连或无线路由器，搭建整个家居系统平台。结果表明，该系统采集数据准确，智能手机或平板电脑实现了对家居中家居环境监测。

【关键词】家居环境 Android STM32F103 WiFi

随着无线通讯技术、计算机科技技术和嵌入式技术的进步与发展，使得家居智能越来越贴近你我的生活。如今对于家居系统国内外早已提出了许多解决方案，大体上可分为：基于键盘、红外遥控器的家居控制终端硬件方案；家庭网关和家庭网络控制节点组成的家居控制系统发展迅速；采用Android手持智能端作为终端，通过蓝牙、WiFi、GSM等方式实现对家居环境系统的进行控制。

本文基于分析了已有的家居系统发展模式上，以Android手机作为家居监测终端的开发平台，利用WiFi模块、STM32处理器作为底层通用板设计等设备，通过WiFi无线通信方式来实现系统的连接和数据的传输，最终实现家居系统的本地监测。

1 系统结构和工作流程

家居环境监测系统主要由终端设备、传输设备、智能通用监测器组成，其中手持移动终端设备是手机或平板电脑；通用监测器主要由WiFi模块、CPU主控模块、电源模块、传感器和可控硅开关模块组成；传感器可以随用户自己选择，在此紧紧是用温湿度为传感进行监测。

移动终端设备主要使用的是Android操作系统，WiFi模块以有人科技的USR-WiFi232-T模块，用于接收通用板传送的数据，通用底板采用主要包含32位的STM32F103的ARM处理器，通过串行外部接口与WiFi模块连接，进行对WiFi模块数据读取。

2 系统硬件平台设计

家居系统硬件电路主要由WiFi模块、ARM处理器、电源模块、SWD仿真调试接口、外围传感器等组成。

2.1 节点通用硬件结构设计

节点通用硬件平台板采用STM32F103为主控芯片，搭载部分传感器、OLED、显示屏、WiFi模块、按键、LED发光二极管等外围设备，同时外扩UART、SPI、PWM输出、GPIO以及AD采集等接口等。

2.2 WiFi模块

WiFi模块采用USR-WiFi232-T模块实现数据的无线传输，其主要特性：采用802.11b/g/n无线访问Internet标准；支持UART/PWM/GPIO数据通讯接口；支持STA/AP/STA+AP共存工作模式；支持WPS联网配置；支持多路TCP Client连接；可选内置天线；3.3v供电，WiFi网络是TCP/IP数据包。

2.3 核心芯片处理器

ARM处理器是主要以STM32F103为核心的芯片，STM32F103属于中低端的32位ARM微控制器，工作频率为72MHz，有丰富的I/O端口和连接到两条APB总线的外设。

2.4 电源模块

电源采用两种供电模式一种是用来用usb通用数据线供电，一种是电池供电。电源供电电路采用TPS79333和MIC5205_3.3V固定电压输出，当突然断电时，采用锂电池供电。

2.5 外围传感器

传感器模块使用GPIO口与对应传感器连接进行数据采集，主要是对于温湿度的数据采集。

3 软件设计

该系统选择具有Android手机或平板电脑作为移动终端平台。通用板主要任务是测量当前环境的数据并通过串口给WiFi数据，WiFi模块通过GPIO接口得到各个传感器数据，WiFi模块通过广播与手机终端进行连接，最后得到串口送来的数据。还可以通过家庭里的路由器连接，手机与通用平台都通过路由进行数据的传输。

本系统应用程序是基于android系统设计，开发工具使用Eclipse，运行在Android 4.2版本上，而且适配可以在2.3-4.4版均可正常运行。

4 实验结果验证与分析

将设计好的硬件电路在pcb板上进行设计，搭好家居系统实验平台进行测试。系统所采用的手机是具有Android 4.2小米手机。首先，WiFi模块可以和手机进行简单的数据透传，手机与WiFi模块进行匹配，WiFi另一端连接PC机打开串口调试助手进行与手机通信；其次，通用模块进行数据采集stm32进行处理后在显示屏上显示时时得到的该节点传感器的数据，这样便于用户在家里时直接可以看到家庭环境该节点的数据，对于上传到手机的数据进行时时的验证并且利于改善后期的APP；最后，通过底层各个节点的数据采集，通过WiFi模块传到手机终端，手机得到数据进行处理后，其中包括对数据的存储。

5 结语

本文主要是基于Android操作系统提出的智能手持设备和无线通信方式的家居检测系统的设计与现，方案运行稳定，实现了对家居环境的采集和检测，可以移植到更多其他场合。该系统主要顺应科技发展，采用WiFi无线传输数据，布线不再烦琐，更加具有很好的可扩展性和移植性，节约了成本，也具有广阔的应用前景。为了使得家居环境更加方便智能化，将致力于对操作系统和检测器进行设计，并且探索与物联网技术相结合，打造更加安全家居环境。

参考文献

[1]贾阳静.基于Android和WiFi通信的智能家居系统设计[J].大连工业大学学报，2016，1（1）：68-71.

[2]张保增，陈新春，胡东方等.一种基于WiFi和ZigBee通信的家庭用电管理系统[J].微型机与应用，2015，34（14）：30-32.

[3]张逢雪，王香婷，王通生等.基于STM32单片机的无线智能家居控制系统[J].造化技术与应用，2011，30：98-101.

作者简介

翟维枫（1985-），男，硕士研究生学历。现为北方工业大学现场总线及自动化北京市重点实验室讲师，主要研究方向为物联网技术及应用。

李栓（1988-），男，硕士研究生学历。现供职于北方工业大学现场总线及自动化北京市重点实验室。主要研究方向为物联网技术及应用。

作者单位

北方工业大学现场总线及自动化北京市重点实验室 北京市 100144