基于Arduino的智能家居遠(yuǎn)程控制功能實(shí)現(xiàn)

孫 昕 顧 勇

(1.河北衡水中學(xué) 河北 衡水 053000；2.河北建筑工程學(xué)院 河北 張家口 075000)

基于Arduino的智能家居遠(yuǎn)程控制功能實(shí)現(xiàn)

孫 昕1顧 勇2

(1.河北衡水中學(xué) 河北 衡水 053000；2.河北建筑工程學(xué)院 河北 張家口 075000)

Arduino是基于單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，具有使用簡(jiǎn)單、功能多樣、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用Arduino開(kāi)源平臺(tái)和傳感器模塊設(shè)計(jì)一種具有遠(yuǎn)程控制的智能家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)具有智能安防監(jiān)控與家庭環(huán)境監(jiān)控功能的智能家居系統(tǒng).

智能家居；遠(yuǎn)程控制；Arduino

0 引 言

智能家居系統(tǒng)是未來(lái)家庭的發(fā)展趨勢(shì),目前智能家居系統(tǒng)的控制方案與實(shí)現(xiàn)的功能都很多，但一般過(guò)于復(fù)雜，通用擴(kuò)展性和和創(chuàng)新不強(qiáng).隨著Arduino開(kāi)源平臺(tái)、以及大量配套傳感器模塊的出現(xiàn).由于智能手機(jī)、ipad等智能化手持設(shè)備的廣泛普及應(yīng)用.很容易搭建一個(gè)基于Arduino的平臺(tái)、具有個(gè)性化的智能家居平臺(tái)，本文設(shè)計(jì)一種利用智能手機(jī)遠(yuǎn)程控制的智能家居系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)智能安防監(jiān)控與家庭環(huán)境監(jiān)控等功能.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)中利用氣體傳感器對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)紅外傳感器、溫濕度傳感器的檢測(cè)來(lái)控制相應(yīng)的裝置來(lái)達(dá)到室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)，報(bào)警顯示等功能，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、控制與遠(yuǎn)程通信子系統(tǒng)、聲光報(bào)警子系統(tǒng)組成.數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括煙感、溫度、濕度等傳感器及接口電路；控制與遠(yuǎn)程通信子系統(tǒng)，用Arduino控制板實(shí)現(xiàn)各傳感器的數(shù)據(jù)讀取并與智能終端完成數(shù)據(jù)處理，在智能終端的上位機(jī)程序上設(shè)定控制條件，當(dāng)溫度、紅外線波長(zhǎng)情況滿足所設(shè)定的條件時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)住宅內(nèi)的聲光報(bào)警裝置并將信號(hào)傳至控制器.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

(1)DHT11是一款溫濕度復(fù)合傳感器，采用數(shù)字采集和溫濕度傳感技術(shù)，具有極高的可靠性和穩(wěn)定性，供電電壓為3.3～5V，濕度測(cè)量范圍為20%～90%RH，精度為±5%RH；溫度測(cè)量范圍為0 ℃～50 ℃精度為±2 ℃.DHT11輸出單總線數(shù)字信號(hào),通過(guò)溫濕度傳感器記錄室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫(xiě)入SD卡.

(2)紅外傳感器采用熱釋點(diǎn)紅外傳感器，其波長(zhǎng)靈敏度特性在0.2—20 μm范圍，人體中輻射出的紅外光線波長(zhǎng)為9～10 μm.因此可用熱釋點(diǎn)紅外傳感器進(jìn)行安全檢查、防盜防竊.熱釋點(diǎn)紅外傳感器輸出為數(shù)字量，當(dāng)感應(yīng)到人體活動(dòng)時(shí)輸出高電平，通過(guò)中斷信號(hào)觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警裝置，并將相應(yīng)的警報(bào)形式發(fā)送到智能終端的上位機(jī).

(3)氣體傳感系統(tǒng)采用MQ-2氣體傳感模塊，MQ-2是一種氣體電阻控制型的氣敏元件，其阻值隨被測(cè)氣體的濃度、成分變化而變化，此傳感器的氣敏元件可以靈敏地檢測(cè)到空氣中的甲烷氣體以及煙霧.結(jié)合繼電器模塊與壓電揚(yáng)聲器模塊，實(shí)現(xiàn)煙霧報(bào)警、煤氣泄露報(bào)警和自動(dòng)煙霧排風(fēng)等功能.

2.2 Arduino報(bào)警模塊

聲光報(bào)警模塊由壓電揚(yáng)聲器和LED燈組成.系統(tǒng)正常工作時(shí)，保持LED燈不亮且壓電揚(yáng)聲器不發(fā)聲的狀態(tài)；當(dāng)有警情發(fā)生時(shí)，LED不斷的閃爍，同時(shí)壓電揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音.當(dāng)接到報(bào)警信號(hào)時(shí)，需要設(shè)計(jì)一個(gè)解除按鈕，報(bào)警按鈕輸入端口通過(guò)一個(gè)10 kΩ的上拉電阻連接，起到限流作用，保護(hù)輸入引腳.

2.3 數(shù)據(jù)處理與遠(yuǎn)程通訊子系統(tǒng)

把收集到數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)送到云平臺(tái)上，監(jiān)控并管理用戶(hù)的所有設(shè)備Arduino控制器通過(guò)W5100網(wǎng)絡(luò)模塊接受并判斷命令.采集和傳輸溫度、煤氣濃度、紅外傳感器上的數(shù)據(jù)，并通過(guò)W5100網(wǎng)絡(luò)模塊上傳給智能終端的上位機(jī)軟件.并通過(guò)W5100接受并判斷命令、控制繼電器模塊的斷與開(kāi)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制家電設(shè)備.家用電器的供電為交流220 V，Arduino控制器的電壓范圍為直流0～5 V，不能直接用于驅(qū)動(dòng)家用電器，需通過(guò)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn).

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

Arduino控制器負(fù)責(zé)讀取上位機(jī)發(fā)來(lái)的指令并及時(shí)處理.利用氣體傳感模塊、溫濕度傳感模塊對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，將采集到的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)定的的值進(jìn)行比較，并將數(shù)值比較結(jié)果反饋到Arduino控制器，進(jìn)而啟動(dòng)室內(nèi)風(fēng)扇、排氣扇等家電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境、溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)；利用上位機(jī)對(duì)Arduino控制器發(fā)送命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程控制；通過(guò)以上系統(tǒng)之間的聯(lián)系與通信，實(shí)現(xiàn)整套家居的智能控制系統(tǒng).

圖2 主程序流程圖

軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)思想，程序設(shè)計(jì)主要有setup()函數(shù)和loop()函數(shù)組成，初始化以及一次性的操作主要由setup函數(shù)完成，Arduino控制器的軟件程序需要完成以下功能：接收和判斷命令，采集和傳輸傳感器以及按鈕所連接的輸入引腳的輸入值和狀態(tài).通過(guò)串口接收上位機(jī)的命令，分析處理并作出判斷.

包括氣體監(jiān)測(cè)子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、數(shù)據(jù)控制欲處理子程序.系統(tǒng)軟件采用Arduino IDE開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，調(diào)試完成后下載到Arduino控制器中運(yùn)行.系統(tǒng)程序運(yùn)用C語(yǔ)言編寫(xiě)，結(jié)合一些主要函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)的功能.

主流程圖如圖2所示

4 總 結(jié)

針對(duì)家庭安防措施中存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款基于Arduino的智能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和實(shí)時(shí)處理，并對(duì)相關(guān)警報(bào)裝置進(jìn)行控制，在住宅門(mén)口、窗戶(hù)、廚房放置相應(yīng)傳感器，采用遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件，兩者實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互通，達(dá)到智能監(jiān)控的目的.設(shè)計(jì)中采用模塊化的思想，該設(shè)計(jì)方案原理簡(jiǎn)單、硬件穩(wěn)定性可靠及價(jià)格低的特點(diǎn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值.

[1]Arduino[EB/OL].http://en.wikipedia.org/wiki/Arduino

[2]蔡睿妍.Arduino的原理及應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2012,20(16)

[3]周力，吳康雄.基于Internet和瀏覽器的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].裝備制造技術(shù)，2010(6)：101～103

[4]張麗，黃國(guó)青.基于Arduino/Android的智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015,8

[5]沈金鑫.Arduino與LabVIEW開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn).北京:機(jī)械工業(yè)出版社[M]，2014,3

On the Control System of Intelligent Home Remote Based on Arduino

SUNXin1，GUYong2

(1.Hengshui High school,Hengshui,Hebei 053000； 2.Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou,Hebei 075000)

The Arduino,based on the system development of single chip microcomputer,has the advantages of simple use,multiple functions,and low price.An intelligent home system with the function of remote control is designed in this paper by using Arduino open-source platform and sensor module a,so as to realize the intelligent home system with the functions of intelligent security monitoring and family environment supervision.

intelligent home;remote control;Arduino

2015-02-16

孫昕(1998-)，男.

TP 2

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