基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高航

摘 要：文章設(shè)計(jì)了一種基于Arduino的智能家居系統(tǒng)，選用Arduino Mega2560作為核心控制器，結(jié)合傳感器技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、GSM通信技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對家居環(huán)境的監(jiān)控、對家電設(shè)備的精確控制，具有防火、防盜、有害氣體監(jiān)測等功能。該系統(tǒng)具有軟硬件資源豐富、成本低、功耗小、便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的實(shí)用和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能家居；Arduino；傳感器；無線控制

引言

作為智能城市的重要組成部分，智能家居系統(tǒng)既能給人們的生活帶來便利，有提高了安全性，同時(shí)提供了全方位的信息交換功能，節(jié)約了時(shí)間和資源[1]。

1 智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

建立智能家居系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵和基礎(chǔ)，它對整個(gè)家居系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性以及節(jié)能性都有重大影響[2]。智能家居的硬件系統(tǒng)主要包括終端控制設(shè)備、核心控制器、智能家電或者智能物品、傳感器、無線模塊以及報(bào)警系統(tǒng)等設(shè)備組成其系統(tǒng)框圖如圖1所示。而核心控制器又是硬件系統(tǒng)的關(guān)鍵，文章介紹一種基于Arduino的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1.1 Arduino控制器

Arduino是一種開源的電子平臺，是一系列開源硬件中間件的產(chǎn)品集合，含有豐富的硬件接口，可以支持市面上的絕大部分傳感器和執(zhí)行器[3]。文章系統(tǒng)的核心控制器采用Arduino Mega2560。

1.2 GSM模塊

本設(shè)計(jì)GSM控制模塊采用SIM900A模塊，SIM900A是由SIMCOM公司推出的一款新型GSM/GPRS通訊模塊，主要功能有語言通話、短信收發(fā)、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)以及彩信收發(fā)和基站定位功能。GSM是具有電話報(bào)警功能的監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)利用GSM網(wǎng)絡(luò)對房屋進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，當(dāng)系統(tǒng)檢測的房屋內(nèi)有危害情況時(shí)，通過GSM模塊給用戶發(fā)送短信告知用戶，同時(shí)可以利用GSM模塊對電器進(jìn)行控制以及的家居環(huán)境的監(jiān)測[4]。

1.3 無線模塊

目前的無線技術(shù)主要有紅外通訊技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、WLAN無線技術(shù)等，智能家居采用哪種無線技術(shù)，要根據(jù)它們各自優(yōu)缺點(diǎn)再結(jié)合產(chǎn)品市場等所要實(shí)現(xiàn)的目的來決定的[5]。本設(shè)計(jì)選用的是BT-HC05藍(lán)牙模塊。

1.4 傳感器模塊

溫濕度傳感系統(tǒng)采用DHT11溫濕度傳感模塊。氣體傳感系統(tǒng)采用MQ-2氣體傳感模塊。火焰?zhèn)鞲衅鞑捎?010 年最新推出的遠(yuǎn)紅外火焰?zhèn)鞲衅骺梢杂脕硖綔y火源或其它一些波長在760納米～1100納米范圍內(nèi)的熱源。 紅外人體傳感器是利用熱釋電效應(yīng)原理制成的，具有全自動感應(yīng)的功能。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是解決傳感器模塊、終端控制模塊、家電控制模塊以及控制器之間的通信問題以及數(shù)據(jù)命令的處理問題[6]。利用溫濕度傳感模塊，氣體傳感模塊對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行檢測，將采集量和設(shè)定的預(yù)設(shè)置進(jìn)行比較，并將檢測結(jié)果反饋到Arduino中央控制器，從而控制風(fēng)扇、排氣扇等家電設(shè)備，自動對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)智能家居系統(tǒng)工作在無人模式時(shí)，紅外人體傳感器開始監(jiān)測家居內(nèi)的人體活動，當(dāng)監(jiān)測到有人活動時(shí)或者當(dāng)當(dāng)火焰?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測到火災(zāi)時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會發(fā)出警報(bào)并通過GSM模塊以短信的方式告知用戶，用戶能對家電設(shè)備作出相應(yīng)的判斷；利用藍(lán)牙模塊對Arduino中央控制器發(fā)送命令，實(shí)現(xiàn)對家電的無線控制；通過GSM模塊實(shí)現(xiàn)短信控制家電和對家居環(huán)境的監(jiān)測功能；報(bào)警系統(tǒng)主要是提示家居內(nèi)環(huán)境異常，需要用戶及時(shí)處理；通過以上系統(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)[7]。

3 系統(tǒng)的測試與應(yīng)用

（1）系統(tǒng)局域網(wǎng)的測試主要是通過控制終端（手機(jī)）上的軟件發(fā)送命令來控制家電的運(yùn)行以及環(huán)境的監(jiān)測。（2）在測試之前首先要確定GSM模塊已插入了SIM卡，并且能正常運(yùn)行（正常運(yùn)行時(shí)指示燈會間斷閃爍）。通過手機(jī)給系統(tǒng)發(fā)送中文短信，系統(tǒng)接收短信后會將中文短信轉(zhuǎn)化為對應(yīng)中文的Unicode編碼，并與系統(tǒng)已設(shè)命令比較，若相等則去執(zhí)行相應(yīng)的操作，若為找到與短信匹配的操作則向手機(jī)返回錯(cuò)誤信息。（3）智能家居系統(tǒng)中傳感器模塊的主要作用是對家居環(huán)境的監(jiān)測，當(dāng)家居內(nèi)的環(huán)境因素不在系統(tǒng)設(shè)定的范圍內(nèi)或者異常時(shí)，系統(tǒng)能執(zhí)行相應(yīng)的操作并告知用戶[8]。

經(jīng)過測試證明，基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。系統(tǒng)采用藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)家庭無線局域網(wǎng)內(nèi)的通信，溫濕度傳感器、氣體傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鳌⑷梭w紅外傳感器等采集感應(yīng)模塊來監(jiān)測家居環(huán)境狀況，具有GSM短信控制家電和監(jiān)測家居環(huán)境的功能，方便操作，適用于現(xiàn)代家居小區(qū)，具有巨大的推廣價(jià)值[9]。

4 結(jié)束語

文章設(shè)計(jì)的基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性高、運(yùn)行穩(wěn)定、安全等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)具有GSM短信控制、藍(lán)牙無線控制、防火防盜等功能，并且能自動監(jiān)測家居環(huán)境狀況并處理異常情況[10]。Arduino的智能家居控制系統(tǒng)具有軟硬件資源豐富、成本低、功耗小、便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，具有一定的實(shí)用和推廣價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了家居系統(tǒng)的智能化、多元化。

參考文獻(xiàn)

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