论文总字数：28434字

摘 要

智能家居概念出现已有30多年历史，随着经济发展，科技进步，引导人们去追求更高的生活质量，智能家居概念的普及度得到了很大的提升。而各种各样的智能平台的出现给人们提供了多样的选择。

本课题完成了一个基于Home Assistant平台的智能USB插座控制系统的设计，实现了Web界面按钮控制、场景自动化控制、语音控制功能等任务要求。系统采用树莓派作为主控中心，智能开发平台选用开源的Home Assistant平台，无线通信模块选用ESP8266 WIFI模块。

用户可以在任何能用浏览器的设备中在Web界面上控制USB插座，还可以根据传感器监测的环境状态量，自行设置想要的场景功能，自动化控制插座，让智能设备由被动变为主动控制的身份，另外，如果觉得手动操作比较麻烦，不够快捷，还可以通过语音控制插座的通断。

最后，在实验室的环境下，对本课题的整体系统做了测试和验证，达到了预期的要求，并提出了进一步的改进想法和意见。

关键词：智能插座 HomeAssistant 树莓派 ESP8266 场景自动化

The Design and Implementation of Smart USB Outlet Based on HASS Platform

Abstract

The emergence of intelligent household concept has over 30 years of history. With the development of economy and the progress of science and technology, people are guided to pursue a higher quality of life. The popularity of smart home concept has been greatly improved. The emergence of a variety of intelligence platform also provides people with a variety of choices.

This project has completed the design of an intelligent USB socket control system based on Home Assistant platform，and implemented the Web interface button control, automation control, voice control functions such as task requirements. The system uses raspberry pie as control center, and open source Home Assistant as intelligent development platform, ESP8266 WIFI module as wireless communication module.

Users can use any equipment which has a Web browser interface to control the USB socket. They can also set to functions according to the environmental state of sensors monitoring, implementing automated control socket, making the identity of the smart devices from passive to active control. In addition, if manual operation is more troublesome, and not quick enough, users can also control socket on and off through voice.

Finally, in the laboratory environment, this project finishes the testing and verification of the overall system, which has reached the expected requirement, and further improvement ideas and opinions are put forward.

Key Words: Intelligent electrical outlet; Home Assistant; Raspberry pi; ESP8266; The automation scene

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 设计背景和意义 1

1.2 智能家居发展状况 2

1.2.1 智能家居国外发展状况 2

1.2.2 智能家居国内发展状况 2

1.2.3 智能家居发展趋势 3

1.3 论文结构及主要内容 4

第二章 总体设计方案 5

2.1 设计方案 5

2.1.1 系统设计目标 5

2.1.2 总体设计 5

2.2 智能家居平台的选取 6

2.2.1 小米智能家居平台 6

2.2.2 Domoticz智能家居平台 6

2.2.3 Home Assistant智能家居平台 7

2.3 关键技术介绍 7

2.3.1 WIFI无线网络技术 7

2.3.2 MQTT传输技术 8

2.4 本章小结 9

第三章 系统的硬件设计 10

3.1 系统硬件架构设计 10

3.2 控制中心 10

3.2.1 树莓派的介绍 10

3.2.2 树莓派硬件参数及接口 11

3.2.3 树莓派系统的安装及开发环境的必要配置 13

3.3 ESP8266 WIFI模块 15

3.4 温湿度采集节点硬件电路设计 16

3.4.1 温湿度传感器DHT11模块 16

3.5 执行器硬件电路设计 17

3.5.1 继电器模块 17

3.6 本章小结 17

第四章 系统的软件设计 18

4.1 系统软件整体框架设计 18

4.2 控制中心软件设计 18

4.2.1 智能平台Home Assistant介绍 18

4.2.2 智能平台Home Assistant安装 20

4.3 温湿度采集节点软件设计 21

4.3.1 ESP8266 WIFI模块烧录固件及配置 21

4.3.2 修改Home Assistant配置文件 24

4.4 执行器设计 25

4.4.1 ESP8266 WIFI模块配置 25

4.4.2 Web界面按钮控制功能设计 25

4.4.3 场景自动化控制功能设计 26

4.4.4 语音控制功能设计 27

4.5 本章小结 29

第五章 整体系统运行测试 30

5.1 Web界面按钮控制功能测试 30

5.2 场景自动化控制功能测试 31

5.3 语音控制功能测试 31

5.4 本章小结 32

第六章 总结和展望 33

6.1 总结 33

6.2 展望 33

参考文献 34

附 录 35

致 谢 37

第一章 绪 论

设计背景和意义

随着经济快速发展，科技不断进步，数字化信息时代到来了，在相关技术的不断完善中，人们日常消费水平提高，对于家庭生活质量的要求也随之提高，对住宅和家电智能化的需求也越来越大，旧式的家居控制设备已不能满足当代人的需求。基于人们对于高品质生活的追求，智能家居的理念就应运而生了。智能家居的定义如下：它是以家庭住宅为基础，利用各种高科技技术，比如自动控制技术、综合应用网络通信技术等，把生活中常用的各种家用电器、安全防护等设施集成，组合成住宅设施管理系统，从而造就一个环保、安全、舒适、便利的家居生活环境^[1]。

智能家居的概念最早是在上个世纪八十年代末传入的中国，如今发展起来的智能平台也越来越多，系统方案还在不断完善中，在普通百姓生活中的普及度逐步提高。

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