设计了一种基于模块化的智能扩展云监控系统，采用不同的传感器，实现了模块化的数据采集，针对不同的控制对象采用相应的传感器模块，实现该设备的智能云监控，用户可通过移动端实现与设备之间的通信，包括对设备工作信息的查看、对设备启停的控制和运行流程设定等。另外，本文对自动浇花系统和水位监控系统进行了系统测试，系统实现了在不同传感器模块情况下分别实现不同的控制流程及系统功能。
【关键词】智能家居 云监控 传感器
1 引言
智能家居不仅具有传统的居住功能，还兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金，为生活提供了极大的便利。但目前大多数家庭所使用的家具设备大多属于非智能家居，可通过智能化改造将其升级为智能家居，如果对多数家居都进行智能化改造，一是难度大，二是成本高。本文设计了一种基于模块化的智能扩展云监控系统，可以在不同需求下通过连接不同的传感器模块将部分非智能设备升级为智能设备。消费者可以按需配置，实现不同家居的智能化改造。
2 系统设计与实现
2.1 整体设计思路
首先，设计单片机控制系统，使其能够完成对部分家具的控制，如控制电源、红外遥控等。其次，为了让控制系统实现远程控制，本文采用Wi-Fi模块通过串口与单片机连接，当Wi-Fi模块连接网络后可采用移动端与控制系统进行通信。最后，为了实现智能监控，需要为控制系统配备相应的数据采集功能，以返回家居设备工作状态，由此，可在移动端实现对家居设备状态的远程监控。
为满足不同情况下监视数据类型的不同，保证设备通用性，我们设计了模块化的传感器配件，及其对应的调用子函数，实现多种类型的数据采集和處理。另外，为了实现控制系统自动工作流程可进行网络编程，我们在程序流程中设计了条件运行机制，用户只需在移动端修改条件变量即可实现工作流程控制。
2.2 系统设计
系统框图如图1所示，单片机与Wi-Fi模块通过串口进行连接，并连接无线路由器实现云控制，云控制系统通讯示意图如图2所示。控制系统中预留了采集I/O及输出I/O端口。通过采集I/O端口连接传感器模块，实现相应量的采集;通过输出I/O端口控制红外发光二极管发出遥控指令;控制系统内置继电器控制系统可实现外部电源的开关控制。不同传感器结合相应的放大电路实现模块化的通用扩展数据采集模块。应用时可根据不同的需要连接不同的传感器模块实现相应数据采集。模块化的传感器包括光敏、热敏、湿度等。
2.3 软件设计
系统启动后，Wi-Fi模块自动搜索无线路由器并进行连接，直到连接成功后在服务器注册IP。单片机按照预先设定程序，通过采集I/0口以5秒每次的速度对外部数据进行不间断采集并可将采集到的数据发送到移动端，若有自动指令，则单片机开始进行判断，若高于设定最大参数，则关闭外部设备。若是低于设定的最小参数，则启动外部设备，当启动时间超过设定值时关闭外部设备;当Wi-Fi模块接收到移动端控制命令后，将指令发送给单片机，单片机将刷新控制逻辑。程序流程图如图3所示。
当更换不同的采集模块后可在移动端对控制系统进行相应控制程序的调用，以适应不同参数的采集和判断。
3 系统测试
3.1 基于湿度模块的自动浇花系统的测试
将湿度传感器连接在单片机的I/O口，并将传感器插入土壤中3cm处，通过预先测试不同土壤湿度对应的单片机采集的值（ 0～1024），以确定需要保持土壤的湿度的上下限，以此作为单片机控制水泵抽水量的标准。在移动端设置湿度临界参数最小值Pl和最大值P2，并启动单片机自动判断程序，当湿度pP2时，单片机控制水泵停止抽水，考虑到系统延时问题，供单片机判断的参数P2和土壤实际湿度值是不同的，因此在测试时，湿度参数P2测两组：p01为实时湿度，p02为停止供水后20分钟后测得实际湿度。如表1所示。
初始湿度（干燥时采集到的湿度值）：p=300。
由于实时湿度和实际湿度所对应的数值相差过大，为了精准地实现该功能，我们将程序改为每次抽10秒，5分钟抽一次，直到湿度接近P2。
经测定绿萝的湿度在500-800间时适于生长，于是远程控制的条件设定为：
tl=lOs， t2=300s， P1=500， P2=800。
3.2 基于超声波模块的户外水位监控系统的测试
在室内水池上方lOOmm处固定超声波传感器，模拟户外环境：用单片机自动控制水泵抽水。
由于实际水深p和单片机参数P成反比，表2中换算水位P是经过超声波测距结果换算后的水深。具体换算方法为：设定初始深度H，调用函数后自动用H减去采集到的值。在本次测试中，无水时单片机采集到的参数pl为540，于是设定H=540。
由于测量距离不存在延时，因此可以设置t2为较大值，本次测试中让泵抽水从O抽到15 0mm深，抽满过后每隔lOmin后检测一次水位，低于lOOmm时补充水。于是远程控制指令为：
t1=600，t2=600， pl=lOO，p2=150，H=540;
当水位低于lOOmm时，单片机控制水泵开始抽水;当水位大于等于150mm时，单片机控制水泵停止抽水。经测试，该功能可以实现。
4 小结
通过将单片机的I/O口扩展连接不同的传感器，采集并返回相应参数给客户端，实现了远程监控，以使旧设备智能化，功能模块化。
智能家居作为一个新生产业，其市场的消费潜力必然是巨大的，接下来的三到五年，一方面智能家居进入一个相对快速的发展阶段，另一方面，由于更换设备需要的经济开支过大，旧设备的利用价值依旧较高，很多用户难以且没有必要在短期内彻底更替大量家居设备，本文设计的基于云的模块化智能扩展监控系统只需根据相应需求，连接相应传感器，再由用户手动定标即可完成家居智能改造，实现设备远程监控，用户可以享受科技带来的便利。因此，基于云的模块化智能扩展监控具有一定的实用价值。
参考文献
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