HC2024华为开发者学生布道师作品展示：基于Open Harmony的物联网家居系统

目录

• 项目简介
• 项目架构
• 设计思路
• 功能介绍
• 应用场景

一、项目简介

图1-1 项目系统组成

本作品的开发工作起始于第七届全国大学生嵌入式芯片系统与设计竞赛（海思嵌入式赛道），本作品是一套完整的物联网智能家居系统，其采用海思Hi3861芯片作为主控，集成了中控面板，语音助手，智能门锁，智能音响等多种智能家居设备。当连接网络时，采集传输端会将采集到的数据上传至云服务器，实现数据的可视化分析服务。整体设计中采用了分立协同控制策略，兼顾房屋布局结构，确保设备连接稳定性的同时，为用户提供安全、舒适、智能化的居住环境。

二、项目架构

本套智能家居系统主控方面是由Hi3861V100组成，通过AHT20温湿度传感器，BH1750光照传感器分别采集室内的温度、湿度、光照等数据，并将此类数据显示在OLED显示屏上。通过sg90舵机实现对窗帘的控制。风扇及灯光的开关均由继电器模块进行控制。

语音助手采用天问ASRPro核心板，通过Hi3861的串口与其进行通信，可以使其播报一些家具的状态以及进行语音交互控制家具，同时将语音控制模块与云服务器进行MQTT连接，实时将控制后的状态上传到服务器以便各个节点间进行信息和状态的同步。除此之外，为了更好地模拟家庭的状况，还添加了一个音乐播报模块，通过语音控制或云服务器下发的指令，实时播放音乐。

中控面板使用LVGL图形库进行UI设计，连接了WIFI后使用HTTP请求实时获取时间和天气信息并更新在LCD显示屏上。

门禁模块使用４X４的矩阵触摸按键模拟密码的输入，1.28寸的LCD屏实时显示输入密码的状态、当前时间和门锁的电量，除了传统的密码解锁之外，还设计了指纹模块，通过提前注册的指纹ID可以实现更为便捷的指纹解锁。当门锁电量不足时，通过ADC实时监测门锁电池的电量并显示在LCD屏幕上，可以更换电池进行补充，或者门锁内置了无线充电模块，可以通过无线充电为门锁进行续航。

将以上的家居设备和云服务器进行组网，其中语音助手和家具控制主要负责消息的发布和命令的执行，而云服务器负责统筹所有控制组件的状态，保证所有节点中存储的组件状态都是一致的。服务器收到的信息有：传感器监测到的室内的温湿度、亮度、各个控制组件的状态；下发的命令包括组件状态的控制和家庭模式的设置。

为了方便家庭成员即使在室外也能监测和控制房屋的状态，在保证各组件处于组网的状态下，可以通过小程序访问云服务器进行状态的监测和命令的下发，并且如果屋内出现了异常，比如传感器检测到的数据异常、温度过高之类的信息，云服务器会实时发送消息报告异常，实现即使人在室外也可以保证房屋安全。

图2-1 项目架构

三、设计思路

3.1 智能家具控制部分

图3-1 智能家居控制部分

该部分实现对室内相关数据的采集以及对室内家居的控制，包括温度、湿度、光照等数据，并且可以通过APP或者语音助手实现对风扇、照明、加湿器、窗帘、空调等设备的直接控制或者远程控制。在本部分中主控采用Hi3861，基于LiteOS系统开发，联网后其通过MQTT与云服务器连接，将数据上传至华为云服务器后，云服务器会将数据下发至APP，从而实现用户通过APP实时监测屋内情况以及控制屋内家具的效果。

3.2 智能音响部分

图3-2 智能音响部分

该部分实现语音助手的交互功能，语音助手采用天问ASRPro核心板，该语音助手为离线式语音助手，用户可通过预先设定好的指令与语音助手进行交互，实现语音控制家具以及家具的状态。该语音助手联网后，通过MQTT将数据上传至华为云服务器，可以在各个节点之间进行更好的信息同步。此外，该部分还有一个音乐播放模块，通过语音助手可以直接进行音乐的播放。

3.3 中控面板部分

图3-3 中控面板部分

该部分采用Hi3861作为主控芯片，以一个4.3寸LCD电容屏幕作为面板主体，Hi3861通过SPI驱动该LCD屏幕。该屏幕UI采用LVGL组件进行设计，联网后通过HTTP请求调用心知天气API获取时间和天气信息，并显示在LCD屏幕上。

3.4 智能门锁部分

图3-4 智能门锁部分

该智能门锁主控仍然采用Hi3861，采用一个1.8寸LCD屏幕显示输入的密码，当前时间，该屏幕的UI仍然采用LVGL图形库，同时，该屏幕还采用FPM383C指纹模块用以指纹解锁，以及TTP229电容触摸按键模块用以进行密码的输入。该门锁仍然通过MQTT与华为云服务器进行连接，可以实现对屋内家具的控制，以及在APP上进行开门的功能。

3.5 小程序与云服务器部分

图3-5 小程序与云服务器部分

云服务器端并未自主搭建后端服务器用于设备接入，而是使用华为云的设备接入服务（IoTDA）。通过设置好标准物模型与设备属性等，采用MQTT可以非常方便快捷的完成设备数据上云。同时使用华为云的设备联动功能，能够通过配置任务自动完成多设备间的控制协同。设备联动功能还可以结合华为云自带的消息通知服务，可以快速完成数据异常时通过短信等防水通知用户。

小程序端采用微信开发者工具完成设计，可以通过访问华为云服务器获取设备属性，从而实时监控房屋内状态。还可以通过访问服务器实现命令下发从而完成设备控制等。

四、功能介绍

（1）在室内时可通过与语音助手进行特定指令交互，完成对智能家居设备的控制，同时可以实时监测到室内的温湿度、光照等信息。

（2）可以通过中控面板实时观测到所在城市的时间、天气信息。

（3）不在室内时可以通过手机小程序实现对屋内数据的观测以及对屋内家居设备的控制。还可以根据个人喜好选择不同场景，实现各个设备之间的联动。

（4）智能门锁拥有三种解锁方式，可通过密码解锁，指纹解锁以及手机小程序进行解锁。

五、应用场景

（1）家庭生活：智能家居系统可以实现对各种智能家居设备的控制功能，提升家庭生活的便利性，安全性与舒适度。

（2）老年关爱：智能家居可以给老年人提供更方便舒适的生活环境，同时可以对老年人的健康状况进行实时监测。

（3）医疗健康：智能家居可以整合家庭医疗监测，为患者提供更好的医疗服务。

（4）商业办公：智能家居技术也可以实现智能化的办公设备，实现环境监测以及安防监控的功能。