15.1.2 智能家居系统方案分析
1.整体方案分析
智能家居系统主要包括阿里云物联网平台的网络终端管理和本地家居的终端设备，智能家居系统结构如图15.1所示。系统的工作原理是本地终端设备通过STM32F1系列MCU实现对温度、湿度、光照度传感器的数据采集，数据经过处理后，通过ESP8266用Wi-Fi传输上网，然后上传到阿里云物联网平台，并通过Web展示出来，同时根据传感器的数据返回对灯控开关、加湿器开关、空调开关的控制。
图15.1 智能家居系统结构
2.终端设备实现方案分析
终端设备以STM32F1为中心，分别通过I/O接口与传感器、开关、按键、串口、Wi-Fi模块相连，构成一个传感器数据采集、开关控制、数据传输为一体的智能家居管理设备。
（1）硬件设备及资源分配。
3个传感器主要用于对环境的温度、湿度、光照度进行测量。湿度和温度的测量选用传感器DHT22模块，该模块以单总线的形式与STM32F1系列MCU相连。光照度传感器选用数字I2C总线接口的BH1750，与I2C总线（PB6、PB7）相连。
灯、加湿器、空调的继电开关分别与PA7、PA6、PA5相连，通过逻辑电平实现对继电开关的控制。按键采用独立按键形成，与PA接口相连。
Wi-Fi模块选用信安可ESP8266模块来实现设备与网络相连，STM32F1通用USART1（PA9、PA10）与之相连。另外，设置USART2（PA2、PA3）作为调试接口，实现对设备的监控和管理。(https://www.daowen.com)
（2）终端设备软件实现方案分析。
终端设备软件主要由以STM32F1为中心的数据采集软件、Wi-Fi操作系统软件、MQTT协议、本地数据上传云平台和云平台下发指令的处理软件等构成。终端设备软件用STM32F1系列MCU的HAL库进行开发，用FreeRTOS进行管理。
需要用到的开发软件有STM32CubeMX、Keil-MDK、串口调试助手、网络调试助手、ST-Link仿真器。
3.物联网云平台实现方案分析
智能家居云管理选用阿里云物联网平台，该平台提供安全可靠的设备连接通信能力，支持设备数据采集上云、规则引擎流转数据和云端数据下发设备端。此外，该平台还提供方便快捷的设备管理功能，支持物模型定义，数据结构化存储和远程调试、监控、运维。阿里云物联网平台结构如图15.2所示。
阿里云物联网平台实现对智能家居的功能定义，包括3种传感器和3组继电开关，同时可将采集的数据和继电开关进行规则定义，当数据符合要求时就开启或关闭继电开关。
终端设备将采集的传感器数据通过MQTT协议与阿里云物联网平台建立长连接，上传数据到物联网平台。阿里云物联网平台通过MQTT协议，使用Publish发送数据到终端设备，实现对继电开关的控制。
图15.2 阿里云物联网平台结构
最后通过IoT Studio可视化设计工具设计Web网页，实现从终端设备到Web网页的远程数据采集和设备控制系统。
