基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計

宋洋　艾信友　黃澤帥　李楊　朱亞艷

摘 要：文章設(shè)計了基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng)，Arduino接收各傳感器采集的數(shù)據(jù)并處理分析，通過藍(lán)牙發(fā)送到Android端顯示實時數(shù)據(jù)，同時操作者通過Android端向Arduino發(fā)送指令，開啟或關(guān)閉相應(yīng)的電器設(shè)備，從而實現(xiàn)家居系統(tǒng)的智監(jiān)測與控制。

關(guān)鍵詞：Arduino；智能家居；藍(lán)牙；Android

引言

“智能家居”自問世以來因其不菲的造價和較高水準(zhǔn)的技術(shù)，主要應(yīng)用于高檔社區(qū)和富人私宅，一直是“不入平常百姓家”。為此，設(shè)計出穩(wěn)定安全、可靠實用、低成本低功耗的智能家居控制系統(tǒng)，讓更多的普通家庭也能享受到科技進(jìn)步帶來的福利。

1 系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)以Arduino為核心，各種傳感器模塊為數(shù)據(jù)的采集端，繼電器模塊為電器設(shè)備控制端，Android手機(jī)為顯示與控制終端?？傮w設(shè)計如圖1所示。

2 硬件設(shè)計

該系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包括微控制器模塊、電源模塊、傳感器模塊、藍(lán)牙模塊、繼電器模塊。

2.1 微控制器模塊

該模塊采用以Atmel公司的Atmage328為核心的Arduino，接收傳感器采集的數(shù)據(jù)并處理發(fā)送，同時接收指令開啟或關(guān)閉相應(yīng)的電器設(shè)備。

2.2 電源模塊

該系統(tǒng)電源采用專用電源與通用電源相結(jié)合的方式，為不同對象提供相匹配的電源。

市電通過變壓器降壓后經(jīng)過橋式整流器整流，C1、C2濾波，再由LM7812穩(wěn)壓，使穩(wěn)壓器穩(wěn)定輸出12V/700mA，為升降窗簾的步進(jìn)電機(jī)供電。

2.3 傳感器模塊

該系統(tǒng)包括溫濕度傳感器、光敏電阻傳感器模塊、煙霧濃度傳感器模塊、雨滴傳感器模塊、人體紅外傳感器模塊。

溫濕度傳感器采用DHT11傳感器，采集家居溫濕度參數(shù)；光敏電阻傳感器采集家居的光照強(qiáng)度；煙霧濃度傳感器采集家居的煙霧濃度，為可燃物燃燒提供預(yù)警信息；雨滴傳感器模塊安裝在屋頂或窗外，監(jiān)控室外是否降雨；人體紅外傳感器模塊構(gòu)建家居的安防系統(tǒng)，判斷是否有人靠近。

2.4 藍(lán)牙模塊

藍(lán)牙模塊選用主從一體的HC-05模塊，該模塊實現(xiàn)Arduino與Android客戶端的數(shù)據(jù)與指令的交換形成雙向數(shù)據(jù)通道。

2.5 繼電器模塊

該系統(tǒng)采用的繼電器模塊集成了光耦隔離器件，使得該模塊在驅(qū)動220V的電器設(shè)備時性能依舊優(yōu)越。輸入控制端：DC+接+5V，DC-接GND，IN接微控制器IO口。輸出控制：COM是公共端接電源火線，為保證該系統(tǒng)與機(jī)械控制互不干擾，常閉端NC，接電器火線，即在該系統(tǒng)關(guān)閉的情況下，機(jī)械開關(guān)仍起作用。

3 軟件設(shè)計

該系統(tǒng)軟件部分采用C語言編程，Android客戶端使用Java編程。

3.1 系統(tǒng)主程序流程圖（圖2）。

3.2安卓程序設(shè)計

Android部分包括UI界面設(shè)計、藍(lán)牙服務(wù)程序設(shè)計兩大部分。整個UI界面分為主界面、藍(lán)牙連接界面。

主界面采用線性布局、相對布局和表格布局相結(jié)合的方式，其中采用了TextView、Button等控件。

Android平臺提供了藍(lán)牙API，可實現(xiàn)藍(lán)牙設(shè)備之間的通信。

3.3 數(shù)據(jù)處理

各傳感器在工作工程中存在不可消除的干擾，故而采用平均值與限幅濾波的算法相結(jié)合的方法，消除異常值并提高精確度。限幅濾波算法如下：監(jiān)測各種環(huán)境下的大量數(shù)據(jù)，計算分析，確定理論偏差值，計算出本次數(shù)據(jù)與上次數(shù)據(jù)的實際偏差值，若實際偏差值小于理論偏差值則保存本次數(shù)據(jù)并讀取下個數(shù)據(jù)；反之，則舍棄本次數(shù)據(jù)并讀取下個數(shù)據(jù)。

Android端將接收到的數(shù)據(jù)切割處理并顯示。家居環(huán)境改變，將影響數(shù)據(jù)的長度，比如光照強(qiáng)度、煙霧濃度等參數(shù)值低于10%時，Android端接收到的數(shù)據(jù)不等長，數(shù)據(jù)顯示有亂碼。為保證數(shù)據(jù)等長，家居參數(shù)先加10發(fā)送，Android端再減10處理。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)在實際的聯(lián)調(diào)中，實現(xiàn)了家居智能化監(jiān)測與控制。軟硬件運(yùn)行穩(wěn)定、價格低廉，適合普通家庭消費，具有應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1]黃文凱.Arduino開發(fā)實戰(zhàn)指南（機(jī)器人卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2]李興華.Android開發(fā)實戰(zhàn)經(jīng)典[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.