基于Arduino的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計

張云飛 劉奕烽 鳳歡 許健

摘要：隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)應(yīng)運而生，本項目設(shè)有語音識別功能，由中文語音識別模塊BY8302-16P完成，以Arduino單片機為主控系統(tǒng)，配合語音合成模塊、溫濕度傳感器DHT11、氣體傳感器、環(huán)境光線傳感器、通風(fēng)扇，電磁式繼電器以及報警裝置等協(xié)調(diào)運行，實現(xiàn)室內(nèi)照明與室內(nèi)安全監(jiān)測的智能控制。用戶通過回答關(guān)鍵字“小胖同學(xué)”觸發(fā)家居系統(tǒng)，主控系統(tǒng)根據(jù)接收到的預(yù)設(shè)語音信息做出相應(yīng)的回答和完成相應(yīng)的操作，實現(xiàn)家庭照明控制、環(huán)境安全監(jiān)測的功能。

關(guān)鍵詞：智能家居;室內(nèi)照明;環(huán)境監(jiān)測

1 工作原理及性能分析

1.1工作原理

1.1.1室內(nèi)通風(fēng)照明

通風(fēng)照明的完成是通過對繼電器控制實現(xiàn)的，繼電器是一種利用各種物理量的變化，將電量或非電量信號轉(zhuǎn)化為電磁力或使輸出狀態(tài)發(fā)生階躍變化，從而通過其觸頭或突變量促使在同一電路或另一電路中的其它器件或裝置動作的一種控制元件。它用于各種控制電路中進行信號傳遞、放大、轉(zhuǎn)換、聯(lián)鎖等，控制主電路和輔助電路中的器件或設(shè)備按預(yù)定的動作程序進行工作，實現(xiàn)自動控制和保護的目的。

電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸頭簧片等組成的只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”;處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。

2 設(shè)計方案

2.1控制系統(tǒng)

Arduino UNO單片機為主控制芯片，處理反饋信息。總控制電路主要由主控制芯片、中文語音識別模塊、語音合成模塊、溫濕度傳感器、氣體傳感器、環(huán)境光線傳感器、通風(fēng)扇，電磁式繼電器以及報警裝置組成。當用戶發(fā)出“小胖同學(xué)”指令時，系統(tǒng)處于應(yīng)答狀態(tài)，此時用戶發(fā)出“小胖同學(xué)開燈”指令時語音識別模塊接收信息并反饋給控制板，控制板發(fā)出信號打開繼電器開啟照明燈;智能家居系統(tǒng)同時帶有安全監(jiān)測功能，氣體傳感器隨時監(jiān)測周圍環(huán)境的變化，若有害氣體濃度過高，氣體傳感器會給控制板發(fā)送信息，控制板接收到信息后會發(fā)出開啟報警裝置并給繼電器發(fā)送指令，繼電器打開，排氣裝置啟動，同時控制板繼續(xù)接收氣體傳感器的信息，當有害氣體濃度達到正常值時，控制板會關(guān)閉報警裝置與繼電器，排風(fēng)扇停止工作。

2.1.2主要模塊：

（1）中文語音識別模塊

采用串口控制語音模塊BY8302-16P，識別開關(guān)燈命令，執(zhí)行開關(guān)燈操作，并語音播報當前狀態(tài)。識別溫濕度讀取命令，并語音播報當前溫濕度情況。實時監(jiān)測危險氣體，一旦檢測到立即報警并語音播報危險情況。未有識別時不做操作，識別命令有誤時播報“請問您在說什么？”。系統(tǒng)會對環(huán)境光線進行檢測，光線暗的情況下會提醒你：“光線不足，正在開燈”然后開燈，如果光線明亮?xí)r，會說：“光線明亮，不需要開燈”保持燈在關(guān)的狀態(tài)。

（2）溫濕度傳感器DHT11

置于室內(nèi)活動頻繁的地方，檢測室內(nèi)的溫度與濕度，時刻反饋信息給單片機，起到維護室內(nèi)舒適度的左右。

（3）氣體傳感器

置于臥室、廚房等敏感區(qū)域，檢測環(huán)境內(nèi)有害氣體的濃度，向單片機提供環(huán)境的信息，便于完成環(huán)境安全監(jiān)控功能。

（4）電機驅(qū)動模塊

定的水溫值，控制步進電機帶動混水閥的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)角，精確的控制冷熱水的混合比例，直到混合水溫值在設(shè)定溫度范圍內(nèi)時電機停止轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)恒溫出水。

3 創(chuàng)新點及應(yīng)用

3.1 創(chuàng)新點

（1）在智能家居尚未普及的情況下有效地解決了日常生活中夜晚開燈困難的問題，比較傳統(tǒng)的按鍵控制方式利用語音控制更加方便與安全;

（2）完成對室內(nèi)環(huán)境安全的檢測，營造舒適安全的生活環(huán)境，利于人們生活健康。

3.2應(yīng)用及前景

該系統(tǒng)實用價值高且功耗低，有效的解決了夜晚開燈困難的問題完成了對室內(nèi)有害氣體的檢測與處理，適用范圍廣，擁有較好的市場前景，對推進人們的便利生活、家居智能化等具有現(xiàn)實意義。

參考文獻

[1]智能家居 向忠宏 人民郵電出版社 （2002-06出版）

[2]智能家居設(shè)計與施工 顧牧君 同濟大學(xué)出版社 （2004-10出版）

[3]智能家居控制系統(tǒng) 周洪、胡文山、張立明、盧亦焱 中國電力出版社 （2006-01出版）.