基于社交网络和大数据分析的智能家居系统
摘要
智能家居是在互联网影响下的物联化的产物，本文阐述了一种基于微信和和大数据分析的智能家居的设计方案。为何要用微信？为何要用大数据分析？这两种技术相结合能为智能家居带来什么变化？
本文的核心公式为微信2.0+大数据2.0+创新2.0+用户体验2.0=智能家居2.0，本系统所述的智能家居2.0将为用户带来前所未有的体验
1 绪论
1.1智能家居的定义：
在科技迅猛发展的今天，你是否想象过这个场景：当你下班回家，在距离家十五分钟的路程的时候，家里的窗帘自动打开，热水器自动打开，空调自动打开，温馨的小窝为你接风洗尘；
你是否想过这样的场景：当你在家里，你可以通过各种移动设备控制家里的电灯，橱窗，洗衣机，电风扇等等家用设备。
你是否想象过这样的场景：当你离家的时候，可以实时监控家里的状态，喂养自己家里的宠物…………这就是这个长久不衰的研究课题：智能家居。也是目前物联网发展最热的一个研究对象。
上述所说的场景，不懂物联网的人也许会觉得高大上，但是我觉得这个上述场景实现的仅仅是把物体连接到互联网上，而不是真正意义上的智能家居。
目前大多数公司，像苹果，谷歌，小米，魅族实现的也仅仅是这一步，把智能硬件挂在到互联网上，实现人的远程控制。本文所述的智能家居2.0是将上升到另外一个高度。
1.2智能家居2.0的定义
什么叫智能家居2.0？本文构建的智能家居2.0是一个基于社交网络和和云计算的智能家居解决方案，作为物联网的从业者，我所设想的智能家居在1.0的基础上得到了进一步的进化，你可以设想这样的场景，当你在家看电视的时候，假设看的电视是喜剧，家里的氛围（氛围灯）将营造一个喜剧的气氛，假设看的电视是恐怖片，家里的氛围将一个恐怖片的气氛。当你在家里面洗澡的时候，热水器会自动调节到你的适合的温度，你喜欢听的音乐将随之响起。
这还不算厉害的。根据你在家里的用户习惯，智能家居的云端将通过大数据分析出你在家中的生活习惯。包括喜欢什么电视，喜欢的音乐，喜欢什么氛围，喜欢什么空调度数，喜欢冲澡的时候的热水度数等等你的生活参数，在云端都会通过大数据分析出来。之后在你出门旅行的时候，在入住酒店的时候，通过登录你的账号，你房间的所有配置都无限的接近你在家的配置，让你的旅途倍感温暖亲切。这就是本文所说的智能家居2.0。
2：智能家居2.0的设计
2.1总体设计
智能家居2.0系统由主控电脑，感知电脑，执行电脑三部分组成首先。感知电脑可以采集室内的温湿度，光照强度，空气质量等等环境参数。执行电脑由八路开关输出和四路模拟输出，用来连接家里的电气设备。主控电脑能够处理处理感知电脑传回来的环境参数，控制执行电脑，并且与远程的云平台进行通信。其总体设计方案如图2-1所示
2.2微信2.0
2.2.1为何使用微信？
微信不仅仅是简单的社交工具，微信在智能机风靡的时代，已经演化为一种服务工具，为什么要用微信作为物联网的客户端，原因在于微信拥有在国内拥有无可比拟的用户优势，微信2.0版本在物联网领域将有更大的广阔空间，微信是物联网的高速路口，如今微信的智能硬件层出不穷，像印美图智能打印机，微信WiFi路由器等等。微信在改变人们沟通的方式的同时，也在改变这人与物的交换规则，微信智能2.0，作为遥控世界的平台，将继续改变着我们的生活。
2.2.2微信的发展潜力？
据英国金融时报报道，截至2015年，微信用户数量已经超过6亿，庞大的用户数量赋予了微信巨大的发展潜力，使微信能成为物联网发展的航母级平台。利用微信的用户优势，能够在极短的时间内让客户体验智能家居2.0带来的便利，为下面的大数据分析提供强大的数据支持。
2.3大数据2.0
大数据时代是一个数据产生经济效益的时代，大数据正在改变产品的生产方式，改变企业的竞争规则。通过大数据的挖掘，能够让物联网的下线产业得到更好的发展。为物联网的产业化提供了强劲的市场分析和需求保障 在云平台上。通过大数据的分析，能够很容易定位出一个人的生活习性，获得最佳的用户体验，数据来说话是提升用户信任感的最有效手段，通过大数据的分析，智能家居能更智能化，人性化。人与物体的交流更加简单化，便捷化。
2.4本章小结
本章分析了智能家居2.0的所用的相关技术的原因，解释了微信2.0+大数据2.0+创新2.0+用户体验2.0=智能家居2.0这个核心公式的含义。通过本章的介绍，读者对整个系统的基本框架有所认识。
3：硬件设计方案
3.1主控电脑硬件方案
主控电脑硬件由五个个模块组成：stm32F103ZET6主控模块，zigbee无线传感模块，w5500以太网模块，4.3寸液晶显示模块，电源设计模块。数据处理器使用3.3v工作电压，通过2.4Gzigbee和感知电脑和执行电脑无线组网。环境参数通过感知电脑进行采集，通过zigbee网络传至主控电脑，主控电脑通过w5500以太网模块将数据处理结果上传至云平台。用户可以通过云平台间接控制执行电脑，进而控制家用电器。主控电脑的硬件设计如图3-1所示：
主控电脑配件选型
| 编号 | 测量参数 | 产品型号 | 厂商 | 工作温度 | 使用寿命 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 主控芯片 | STM32F103ZET6 | 意法半导体 集团 | -40~150℃ | 5年 | |
| 2 | Zigbee无线模块 | FBZIGbee+ | 深圳飞比 | -40~120℃ | 5年 | |
| 3 | W5500模块 | W5500 | 深圳泥人 | -40~120℃ | 5年 | |
| 4 | 4.3液晶模块 | 液晶 | 广州大光彩 | -40~120℃ | 5年 |
3.2 感知电脑硬件方案
感知电脑由四大模块组成，STC12C5A60S2主控模块，传感器模块模块，电源模块，zigbee无线模块。火灾监控器采用5v工作电源，通过zigbee无线模块与数据处理器进行组网。监控器通过传感器来采集环境的参数值，之后通过zigbee无线网络发送至主控电脑。感知电脑的的硬件设计如图3-2所示
感知电脑配件选型
| 编号 | 测量参数 | 产品型号 | 厂商 | 工作温度 | 使用寿命 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 主控芯片 | STC12C5A60S2 | 宏晶科技 | -40~150℃ | 5年 | |
| 2 | Zigbee无线模块 | FBZIGbee+ | 深圳万科 | -40~120℃ | 5年 | |
| 3 | 温度 | AM2302 | 深圳泥人 | -40~120℃ | 5年 | |
| 4 | 光照 | BH1750 | 深圳金昌 | -40~120℃ | 5年 | |
| 5 | 空气质量 | MQ-9 | 深圳金昌 | -40~120℃ | 5年 |
3.3 执行电脑硬件方案
执行电脑硬件由四部分组成：STM32F103RCT6主控模块，zigbee网络模块，八路继电器开关以及0至220V继电器输出开关，通过接受来自主控电脑的指令，执行电脑可以控制八路继电器开关量的闭合，输出4路0到220v的可变电压，执行电脑用来连接家里的电气设备，其硬件设计方案如图所示
| 编号 | 测量参数 | 产品型号 | 厂商 | 工作温度 | 使用寿命 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 主控芯片 | STM32F103RCT6 | 意法半导体 | -40~150℃ | 5年 | |
| 2 | Zigbee无线模块 | FBZIGbee+ | 深圳飞比 | -40~120℃ | 5年 | |
| 3 | 继电器 | OZ-SS-112LM1 | 泰科 | -40~120℃ | 5年 | |
| 4 | 调压模块 | SAP4022D | 江苏固态 | -40~120℃ | 5年 |
3.4总结
本章介绍了智能家居2.0的硬件设计方案和元器件选型列表，为智能家居2.0系统提供可靠的硬件支持。
4：软件设计方案
4.1软件设计总体思路
感知电脑通过采集传感器数据，通过zigbee网络发送至主控电脑，主控电脑通过TCP/IP将数据发送至云平台，云平台通过数据计算和调用微信接口，将采集数据通过微信传递给移动设备。
用户可通过用户微信，通过云平台控制主控电脑，主控电脑通过zigbee网络控制执行电脑，进而控制家里的电器设备。同时云平台采用mysql数据库对数据进行保存，系统运行一段时间会调用统计函数对数据进行统计，分析用户的用户习惯，生成用户的用户习惯二维码，推送至微信平台进行保存。便于用户的移动和携带。软件设计采用如下框架
4.2主控电脑软件方案
主控电脑采用STM32F103ZET6（主控芯片），采用V3.5版本的固件库对数据处理器进行开发。无线传感器搭载的是feibi公司的的FBzigbee+转串口模块，其中zigbee模块为无线网络中的协调器。主控芯片通过串口1与zigbee进行通信。网络模块采用泥人科技的w5500模块，主控芯片通过高速的SPI协议与w5500进行通信，将数据上传至网络云平台，根据外设的基本工作情况，软件设计流程如图4-2所示
4.3感知电脑软件方案
感知电脑采用STC12C5A60S2 芯片作为主控，，无线设备采用的是feibi公司的的FBzigbee+转串口模块，通过SPI，II2C等通信协议采集传感器参数并将其计算结果通过无线设备发送至数据处理器，根据外设的基本工作情况，软件设计流程如图所示
4.4执行电脑软件方案
执行电脑采用STM32F103为主控芯片，通过驱动八路继电器和四路模拟电路，来控制家用电气设备。执行电脑和和主控电脑之间采用zigbee无线组网通信，根外设工作情况，其软件设计流程如下：
4.5云平台和微信的软件设计方案
云平台软件设计，云平台采用B/S结构，结合PHP开发语言，,构建了一个基于Web的、以ASP.NET技术和SQL Server2005后台数据库为基础的、具有一系列系统功能的云平台，云平台调用微信相关接口，与微信实现信息互推，根据其工作流程，软件设计流程如图所示
4.6小结
本章介绍了智能家居2.0的软件设计流程，为系统的实现提供可靠的软件保证
5：系统测试
5.1系统测试方案
系统测试主要测试其硬件性能和软件性能，硬件性能包括无线zigbee距离测试，电路板电磁波干扰测试，耐酸碱度测试等等，软件测试主要采用黑匣子的方法进行测试，包括通信协议测试，控制效果测试等等
5.2 系统测试结果
经过不断的调试和完善,系统运行正常,其功能演示视频如下:
6：总结以及未来的展望
智能家居2.0，采用了无线通信技术，嵌入式技术，网络通信技术等多种技术，结合云计算，大数据等分析手段，提出了一种实用性强，可靠性高的智慧家居的解决方案.智能家居2.0在可见的未来，能极大地方便人们的生活，改善用户的生活质量，提升用户的用户体验。让我们一起共同期待科技带来的奇妙！