2024年4月12日发(作者：溥菊华)
·198·
价值工程
智能家居控制系统的设计与研究
DesignandResearchofSmartHomeControlSystem
姚远YAOYuan
（中国矿业大学徐海学院，徐州221000）
（XuhaiCollege，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221000，China）
摘要院智能家居可实现对家电的智能控制、居家环境的实时监测，使生活更加智能、安全和便利。设计一种以智能网关为中枢，连
接单片机模块，实现具有监控家居环境、多媒体娱乐、智能照明控制等功能的智能家居系统。
Abstract:Smarthomecanrealizeintelligentcontrolofhouseholdappliancesandreal-timemonitoringofhomeenvironment,making
life
isdesigned
moreintelligent,
关键词
torealize
safe
the
homesystemwith
Keywords:
院智能网关；
functionsofmonitoringhomeenvironment,
smartgateway
单片机；
；single
无线；传感器
chipmicrocomputer；wireless
中图分类号院TP3文献标识码院A
0引言
随着社会不断发展，人们生活水平不断提高，当前社
会的主要矛盾也发生了根本性的变化，人们对美好生活有
了更高的要求，希望生活变得更加便利、智能及高效化
[1]
。
智能家居逐渐走进大众的视线，受到越来越多人的关注，
但目前市场上的智能家居系统功能强大，价格昂贵，对于
普通的消费者来说，有些功能没有实际用途。为了能让更
多的用户体验智能生活，本文研究一种具备基本功能且实
用性强的智能家居系统。
1智能家居系统设计方案
智能家居系统由人机交互系统、智能网关、单片机智
能安防模块、单片机智能家电模块、多媒体智能娱乐模块
组成。用户通过人机交互系统与智能网关通讯，智能网关
控制各个智能模块运行，最终达到满足用户需求的目的。
同时温度、气体传感器模块实时采集家居环境数据，通过
无线模块传送到人机交互系统，用户可以随时查看家居安
防状况。系统方框图如图1所示。
图1系统方框图
2
2.1
硬件电路设计
单片机最小系统主控制电路
要要要
该系统主要依托ST的8位小单片机STM8S105K4T6
作者简介
要要要要要
院姚远
要要要要
（1997-
要要要要要要
，
），男，
要要要要
江苏徐州人，
要
研究方向为人工智能开发。
gateway
entertainment
asthe
and
center
intelligent
andsingle
lighting
chipmicrocomputer
control.
module
文章编号院1006-4311（2021）08-0198-03
其内核是
Flash
SPI
，另还配有内部
16MHzSTM8S
EEPROMJO
的8位MCU
位
，内置最高
ADC
32KB的
MFRC522
接口、I2C接口
[3]
。在本系统中，它用于接收芯片
、定时器、串口、
信息控制电机驱动、
和2.4G收发芯片
蜂鸣器、门磁电路等，
PL1167的数据，并以接收的
进而实现家用电
器、窗帘、门锁、安防的智能控制功能。
2.2智能家居系统中2.4G无线通讯收发模块
本系统运用的2.4G无线通信模块如图2所示。采用
的通讯芯片是PL1167，是一款工作在2.4~2.5GHz世界通
用ISM频段的单片低功耗高性能2.4GHz无线射频收发芯
片141，主控单片机利用SPI总线接口，与PL1167作数据
信。PL1167工作所需的时钟输入，取自单片机的12MHz
CYl）晶体振荡电路的输出端，所需的工作天线是利用接
触端子C0N5连接到FPC柔性板50Q天线。
图22.4G无线通讯收发模块
2.3多媒体智能娱乐模块
多媒体智能娱乐模块主要由三部分组成：MIC（咪头）
语音输入、蓝牙音箱、左右声道音频功率放大电路。
2.3.1系统智能语音输入模块
用户可以通过语音MIC（咪头）唤醒智能家居系统，用
语音指令控制家用电器，也可以进入KTV娱乐模式。音频
信号经语音输入模块输入，由左右声道音频放大播放。语
音输入模块如图3所示。MIC（咪头）的工作电压由上拉电
阻R8与MIC的等效阻抗对VBAT分压获得。电感L1与
intelligent
multimedia
；sensor
（
ValueEngineering
电容C8组成LC滤波，能有效地抑制高频干扰。电阻R9
和电容C7、C9利用最简单方式将输入的单线音频信号分
成双线差分音频信号。
·199·
图3语音输入模块
2.3.2左右声道音频功率放大电路
左右声道音频放大电路采用NS4148放大IC。其主要
特性为：优异的全带宽EMI抑制能力；优异的“上电，掉
电”噪声抑制；3W输出功率；低静态电流（3.5mA）；工作电
压范围为2.20~5.25V；过流保护、过热保护、欠压保护如图
4所示，其电路应用简单，音频双线输入、输出，输入端串
联的RC组成滤波器（截止频率由RC和输入电阻化决
定），通过电阻（R10/R11）控制放大增益，MUTE端可进行
禁音控制。
图4左右声道音频放大电路
2.3.3蓝牙音箱
蓝牙模块将接收的音频信号发送到左右声道放大输
出，也可将音箱输入的MIC语音通过蓝牙对外发送到另
一个蓝牙连接端。SPK-8635-B蓝牙立体声音频模组主芯
片采用英国CSR公司设计，具有集成度高、体积小、音质
优越等特点，只需配备少许的外围器件就能实现其强大功
能
[6]
。如图5所示，按模组的引脚要求配置周边器件，给模
组提供电压VBAT，模组上自带产生1.8V电压，通过RC
（R5和C1）上电延时，对模组的主芯片8635复位。利用灌
电流，配备两个功能指示灯，实现对录音、播放、上下曲、音
量增减等功能的控制。
2.4智能照明控制电路
系统智能照明电路由人体红外感应模块HC-SR501
组成。人体红外传感器（PIR）配备红外热释电处理芯片
BISS0001和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开
关，它能自动快速开启各类白炽灯、LED灯。如图6所示，
电路中BISS0001的1管脚是可重复触发和不可重复触发
选择端，当双掷开关接高电平T时，允许重复触发；反之，
不可重复触发。9脚是抑制信号可控制芯片动作与否端，
接有R2和R3（光敏电阻），R2可用2MQ可调电阻代替作
为调校所需光度使用（解除抑制信号），测试后可换上定值
电阻。
2.5智能家居防火防盗报警电路
当系统红外传感器模块检测到外部有侵入信号、温度
传感器模块检测到家居温度异常、气体传感器模块检测到家
居煤气浓度异常时，就会触发单片机中断子系统，进入中断
子程序后启动报警。输入端连接主控单片机STM8S105K4T6
的专用BEEP引脚，可选输出1、2、4kHz的脉冲，再根据软件
控制输出的脉冲频率，选定BEEP1的型号。
3系统软件设计
3.1智能家居系统软件设计
如图7所示，首先系统初始化主控制芯片端口，将红
外传感器、温度传感器、烟雾传感器采集的数据与标准值
进行对比，如有异常报警并进行处理，否则程序继续运行，
进入智能照明控制子程序，然后检测用户是否有需求（多
媒体娱乐、家用电器智能控制等），如有则执行相关操作，
否则返回家居环境检测。
3.22.4G无线通讯收发流程图
无线通讯在智能家居系统中起到关键的作用，它摆脱
了传统复杂的布线。软件设计流程图如图8所示。
3.3多媒体娱乐子程序
用户通过蓝牙无线WIFI唤醒多媒体娱乐模块播放和
图5蓝牙立体声音频模组
·200·
图6智能照明控制电路
图7系统流程图
（a）接收端（b）发送端
图8无线通讯收发流程图
关闭音乐，同时控制平板可设置模块参数（音量、音质、播
放模式等）。
3.4智能照明子程序
首先进行初始化端口，当用户通过终端控制照明灯
时，进行相应操作，否则系统将自动检测外部环境实现灯
亮或灭灯操作。具体流程如图9所示。
3.5水泵工作子程序
0
当发生防火报警时，电机控制端单片机10口
时长做加一处理，
，触发水泵工作，
抽水量加
利用T1计数器提供秒定时，
P3.5置
100mL。当烟雾和温度同时停
每过1s对
价值工程
图9智能照明软件流程图
止报警时，将P3.5口置1，水泵停止工作。
4系统部分硬件性能测试与实验结果分析
对家居系统防火报警灭火部分进行功能测试和结果
分析。该部分电路实现了家居环境的监测、数码显示、蜂鸣
器报警、水泵灭火功能。使用STC-ISP软件烧入目标程序，
观察实物运行效果。数码管从“0000”开始显示，表明家居
环境正常。当人为触发烟雾和温度传感器，电路发出蜂鸣
报警，
700niL
水泵开始喷水，数码管显示时间及水量，
雾传感器正常采集数据后，
，系统进行正常的灭火处理。
显示喷水达
P3.1置
5
0
结论与展望
，调试到此结束，系统完成了相应功能。
水泵停止工作，
当温度回到正常值，
将单片机10
烟
口
2.4G
对物联网智能家居系统进行了设计研究，主要包括
集电路等，
无线收发电路、
并对系统整体、
蓝牙功率放大电路、
智能照明控制、
防火防盗温度采
家居环境温度采
集和无线通讯进行软件设计。经过硬件结合和重复测试，
系统稳定，技术性能指标良好，各项参数达到了期望值。但
本文设计的家居系统还未完全与用户手机端连接、通讯。
以后的研究重点将开发手机端的智能控制，并降低系统成
本，让其真正走进千家万户。
参考文献
系统设计
[1]涂亮，
院
[J].电视技术，
段红光.基于
2012
433无线收发模块的物联网智能家居
西南交通大学，
[2]段恒利.基于物联网的智能家居系统设计与实现
，36（6）：44-46.
[D].成都：
滨理工大学，
[3]李厚新.智能家居控制系统的设计与实现
2014.
[D].哈尔滨：哈尔
手
.
册
[4]
2015.
[EB/OL]..
佚名.PL1167中文资料-2.4GHz
com/view/08e0c696
无线射频收发芯片用户
重庆：
[5]廖明军.基于白光LED的可见光通信系统与应用研究[D].
/view/f5ba82317ed5360cbalaa8114431b90d
[6]
重庆邮电大学，
佚名.SPK-8635-B
2016.
蓝牙立体声音频模组技术手册[EB/OL].
.
2024年4月12日发(作者：溥菊华)
·198·
价值工程
智能家居控制系统的设计与研究
DesignandResearchofSmartHomeControlSystem
姚远YAOYuan
（中国矿业大学徐海学院，徐州221000）
（XuhaiCollege，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221000，China）
摘要院智能家居可实现对家电的智能控制、居家环境的实时监测，使生活更加智能、安全和便利。设计一种以智能网关为中枢，连
接单片机模块，实现具有监控家居环境、多媒体娱乐、智能照明控制等功能的智能家居系统。
Abstract:Smarthomecanrealizeintelligentcontrolofhouseholdappliancesandreal-timemonitoringofhomeenvironment,making
life
isdesigned
moreintelligent,
关键词
torealize
safe
the
homesystemwith
Keywords:
院智能网关；
functionsofmonitoringhomeenvironment,
smartgateway
单片机；
；single
无线；传感器
chipmicrocomputer；wireless
中图分类号院TP3文献标识码院A
0引言
随着社会不断发展，人们生活水平不断提高，当前社
会的主要矛盾也发生了根本性的变化，人们对美好生活有
了更高的要求，希望生活变得更加便利、智能及高效化
[1]
。
智能家居逐渐走进大众的视线，受到越来越多人的关注，
但目前市场上的智能家居系统功能强大，价格昂贵，对于
普通的消费者来说，有些功能没有实际用途。为了能让更
多的用户体验智能生活，本文研究一种具备基本功能且实
用性强的智能家居系统。
1智能家居系统设计方案
智能家居系统由人机交互系统、智能网关、单片机智
能安防模块、单片机智能家电模块、多媒体智能娱乐模块
组成。用户通过人机交互系统与智能网关通讯，智能网关
控制各个智能模块运行，最终达到满足用户需求的目的。
同时温度、气体传感器模块实时采集家居环境数据，通过
无线模块传送到人机交互系统，用户可以随时查看家居安
防状况。系统方框图如图1所示。
图1系统方框图
2
2.1
硬件电路设计
单片机最小系统主控制电路
要要要
该系统主要依托ST的8位小单片机STM8S105K4T6
作者简介
要要要要要
院姚远
要要要要
（1997-
要要要要要要
，
），男，
要要要要
江苏徐州人，
要
研究方向为人工智能开发。
gateway
entertainment
asthe
and
center
intelligent
andsingle
lighting
chipmicrocomputer
control.
module
文章编号院1006-4311（2021）08-0198-03
其内核是
Flash
SPI
，另还配有内部
16MHzSTM8S
EEPROMJO
的8位MCU
位
，内置最高
ADC
32KB的
MFRC522
接口、I2C接口
[3]
。在本系统中，它用于接收芯片
、定时器、串口、
信息控制电机驱动、
和2.4G收发芯片
蜂鸣器、门磁电路等，
PL1167的数据，并以接收的
进而实现家用电
器、窗帘、门锁、安防的智能控制功能。
2.2智能家居系统中2.4G无线通讯收发模块
本系统运用的2.4G无线通信模块如图2所示。采用
的通讯芯片是PL1167，是一款工作在2.4~2.5GHz世界通
用ISM频段的单片低功耗高性能2.4GHz无线射频收发芯
片141，主控单片机利用SPI总线接口，与PL1167作数据
信。PL1167工作所需的时钟输入，取自单片机的12MHz
CYl）晶体振荡电路的输出端，所需的工作天线是利用接
触端子C0N5连接到FPC柔性板50Q天线。
图22.4G无线通讯收发模块
2.3多媒体智能娱乐模块
多媒体智能娱乐模块主要由三部分组成：MIC（咪头）
语音输入、蓝牙音箱、左右声道音频功率放大电路。
2.3.1系统智能语音输入模块
用户可以通过语音MIC（咪头）唤醒智能家居系统，用
语音指令控制家用电器，也可以进入KTV娱乐模式。音频
信号经语音输入模块输入，由左右声道音频放大播放。语
音输入模块如图3所示。MIC（咪头）的工作电压由上拉电
阻R8与MIC的等效阻抗对VBAT分压获得。电感L1与
intelligent
multimedia
；sensor
（
ValueEngineering
电容C8组成LC滤波，能有效地抑制高频干扰。电阻R9
和电容C7、C9利用最简单方式将输入的单线音频信号分
成双线差分音频信号。
·199·
图3语音输入模块
2.3.2左右声道音频功率放大电路
左右声道音频放大电路采用NS4148放大IC。其主要
特性为：优异的全带宽EMI抑制能力；优异的“上电，掉
电”噪声抑制；3W输出功率；低静态电流（3.5mA）；工作电
压范围为2.20~5.25V；过流保护、过热保护、欠压保护如图
4所示，其电路应用简单，音频双线输入、输出，输入端串
联的RC组成滤波器（截止频率由RC和输入电阻化决
定），通过电阻（R10/R11）控制放大增益，MUTE端可进行
禁音控制。
图4左右声道音频放大电路
2.3.3蓝牙音箱
蓝牙模块将接收的音频信号发送到左右声道放大输
出，也可将音箱输入的MIC语音通过蓝牙对外发送到另
一个蓝牙连接端。SPK-8635-B蓝牙立体声音频模组主芯
片采用英国CSR公司设计，具有集成度高、体积小、音质
优越等特点，只需配备少许的外围器件就能实现其强大功
能
[6]
。如图5所示，按模组的引脚要求配置周边器件，给模
组提供电压VBAT，模组上自带产生1.8V电压，通过RC
（R5和C1）上电延时，对模组的主芯片8635复位。利用灌
电流，配备两个功能指示灯，实现对录音、播放、上下曲、音
量增减等功能的控制。
2.4智能照明控制电路
系统智能照明电路由人体红外感应模块HC-SR501
组成。人体红外传感器（PIR）配备红外热释电处理芯片
BISS0001和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开
关，它能自动快速开启各类白炽灯、LED灯。如图6所示，
电路中BISS0001的1管脚是可重复触发和不可重复触发
选择端，当双掷开关接高电平T时，允许重复触发；反之，
不可重复触发。9脚是抑制信号可控制芯片动作与否端，
接有R2和R3（光敏电阻），R2可用2MQ可调电阻代替作
为调校所需光度使用（解除抑制信号），测试后可换上定值
电阻。
2.5智能家居防火防盗报警电路
当系统红外传感器模块检测到外部有侵入信号、温度
传感器模块检测到家居温度异常、气体传感器模块检测到家
居煤气浓度异常时，就会触发单片机中断子系统，进入中断
子程序后启动报警。输入端连接主控单片机STM8S105K4T6
的专用BEEP引脚，可选输出1、2、4kHz的脉冲，再根据软件
控制输出的脉冲频率，选定BEEP1的型号。
3系统软件设计
3.1智能家居系统软件设计
如图7所示，首先系统初始化主控制芯片端口，将红
外传感器、温度传感器、烟雾传感器采集的数据与标准值
进行对比，如有异常报警并进行处理，否则程序继续运行，
进入智能照明控制子程序，然后检测用户是否有需求（多
媒体娱乐、家用电器智能控制等），如有则执行相关操作，
否则返回家居环境检测。
3.22.4G无线通讯收发流程图
无线通讯在智能家居系统中起到关键的作用，它摆脱
了传统复杂的布线。软件设计流程图如图8所示。
3.3多媒体娱乐子程序
用户通过蓝牙无线WIFI唤醒多媒体娱乐模块播放和
图5蓝牙立体声音频模组
·200·
图6智能照明控制电路
图7系统流程图
（a）接收端（b）发送端
图8无线通讯收发流程图
关闭音乐，同时控制平板可设置模块参数（音量、音质、播
放模式等）。
3.4智能照明子程序
首先进行初始化端口，当用户通过终端控制照明灯
时，进行相应操作，否则系统将自动检测外部环境实现灯
亮或灭灯操作。具体流程如图9所示。
3.5水泵工作子程序
0
当发生防火报警时，电机控制端单片机10口
时长做加一处理，
，触发水泵工作，
抽水量加
利用T1计数器提供秒定时，
P3.5置
100mL。当烟雾和温度同时停
每过1s对
价值工程
图9智能照明软件流程图
止报警时，将P3.5口置1，水泵停止工作。
4系统部分硬件性能测试与实验结果分析
对家居系统防火报警灭火部分进行功能测试和结果
分析。该部分电路实现了家居环境的监测、数码显示、蜂鸣
器报警、水泵灭火功能。使用STC-ISP软件烧入目标程序，
观察实物运行效果。数码管从“0000”开始显示，表明家居
环境正常。当人为触发烟雾和温度传感器，电路发出蜂鸣
报警，
700niL
水泵开始喷水，数码管显示时间及水量，
雾传感器正常采集数据后，
，系统进行正常的灭火处理。
显示喷水达
P3.1置
5
0
结论与展望
，调试到此结束，系统完成了相应功能。
水泵停止工作，
当温度回到正常值，
将单片机10
烟
口
2.4G
对物联网智能家居系统进行了设计研究，主要包括
集电路等，
无线收发电路、
并对系统整体、
蓝牙功率放大电路、
智能照明控制、
防火防盗温度采
家居环境温度采
集和无线通讯进行软件设计。经过硬件结合和重复测试，
系统稳定，技术性能指标良好，各项参数达到了期望值。但
本文设计的家居系统还未完全与用户手机端连接、通讯。
以后的研究重点将开发手机端的智能控制，并降低系统成
本，让其真正走进千家万户。
参考文献
系统设计
[1]涂亮，
院
[J].电视技术，
段红光.基于
2012
433无线收发模块的物联网智能家居
西南交通大学，
[2]段恒利.基于物联网的智能家居系统设计与实现
，36（6）：44-46.
[D].成都：
滨理工大学，
[3]李厚新.智能家居控制系统的设计与实现
2014.
[D].哈尔滨：哈尔
手
.
册
[4]
2015.
[EB/OL]..
佚名.PL1167中文资料-2.4GHz
com/view/08e0c696
无线射频收发芯片用户
重庆：
[5]廖明军.基于白光LED的可见光通信系统与应用研究[D].
/view/f5ba82317ed5360cbalaa8114431b90d
[6]
重庆邮电大学，
佚名.SPK-8635-B
2016.
蓝牙立体声音频模组技术手册[EB/OL].
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