一種基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng)

1、一種基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng) :l:崔陽,張維華.白云峰(哈爾濱理工大學(xué)電工電子教學(xué)與實訓(xùn)中心,黑龍江哈爾濱1500801摘要:介紹了一種基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng),利用Arduino作為主控系統(tǒng),結(jié)合傳感器 技術(shù)、GSM通信技術(shù)、語音控制技術(shù)等實現(xiàn)對家居環(huán)境中的溫濕度、空氣質(zhì)量、照明設(shè)備、家電設(shè)備等 的智能控制。該系統(tǒng)具有無線控制的功能,操作方便,成本低,適合大量推廣使用。關(guān)鍵詞:Arduino;智能家居:無線控制中圖分類號:TP274文獻標(biāo)識碼:A文章編號:02587998(201404012303Intellectual home control system ba

2、sedon ArduinoCui Yang,Zhang Weihua,Bai Yunfeng(Teaching and Training Center of Electrical and Eleetronics Engineering,Harbin University of Science and Techn0109yHarbin 150080,ChinaAbstract:Introduces the de s;ign andimpleinentation of intellectual home control systein based on Arduino.The system is

3、controlled by ArduinosyeteinUsing a combination of sensor techn0109Y,GSM coilllnunieation techn0109Y and speech control teehn0109yto achieVe the intelligent control of environment temperature and humidity,th8quality ofatmosphere,lighting equipment and household applianees in house.The system is cont

4、rolledwirelessly,operated easily and at low cost,SO it is suitable fo。popularization. Key words:Arduino;intellectual home:wireless control1984年世界上第一幢智能建筑在美國康涅迪格州 出現(xiàn)。它將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電 器和家庭保安裝置連接到一個家庭智能化系統(tǒng)中進行 集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理,并保持 這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)1。如今這種建 筑正成為都市人青睞的家居體驗方式。2003年以來,海信、清華同方等公司也相繼加

5、入到 智能家居行列,但目前的智能家居系統(tǒng)還缺乏統(tǒng)一明確 的國際標(biāo)準(zhǔn),許多公司開發(fā)出的產(chǎn)品都是基于自己組建 的網(wǎng)絡(luò)和信息交換協(xié)議,很多產(chǎn)品是針對特定的組網(wǎng)環(huán) 境開發(fā)的,部分核心技術(shù)沒有對外公布,技術(shù)復(fù)雜,直接 導(dǎo)致了使用范圍的局限性。由于缺乏對應(yīng)的第三方產(chǎn) 品,各個接入設(shè)備之間不能兼容,互操作性差,不利于產(chǎn) 品的擴充。1系統(tǒng)的硬件設(shè)計以電子系統(tǒng)為核心的家居系統(tǒng)是未來智能家居的 發(fā)展趨勢2,本文介紹一種基于Arduino的智能家居控制 系統(tǒng)。建立智能家居控制系統(tǒng),硬件是關(guān)鍵和基礎(chǔ),它對 整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制和反饋的準(zhǔn)確性、節(jié)能性都有 *基金項目:哈爾濱理工大學(xué)2012年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目

6、電子技術(shù)應(yīng)用2014年第40卷第4期直接影響3。智能家居控制系統(tǒng)的硬件部分主要包括A卜 duino控制器、傳感系統(tǒng)、無線控制系統(tǒng)、語音播報部分 和液晶顯示等。其中,傳感器部分由溫濕度傳感器和氣 體傳感器三部分組成,用以檢測室內(nèi)溫濕度及有害氣 體。無線控制部分由GSM和無線語音控制模塊兩部分 組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。芏!竺城m岫啦fIIlH=蠹苫 主特氣體竹聃f倒1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.1Arduino控制器Arduino是一個開源的單片機電子設(shè)計平臺,硬件部 分由Atmel AVR單片機、I/O接口及相關(guān)電路組成.軟件 部分則包括標(biāo)準(zhǔn)的程序編譯器和程序下載器,具有使用 123計算杌技木與應(yīng)用Com

7、puter Technology and Its Applications類似Java和C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境H。相對 于傳統(tǒng)的單片機,Arduino的特點主要包括免費、開源的 IDE,開源的硬件(包括原理圖和PCB圖,所有資源都可 以免費下載,并且可依需求自己修改,方便與傳感器及 各式各樣的電子組件連接。本系統(tǒng)的主控制器采用 Arduino Mega2560。Arduino Mega2560是采用USB接口的 核心電路板,核心是ATmega2560單片機,同時具有54路數(shù)字輸入/輸出口(其中16路可作為PWM輸出1.16路模擬輸入,4路UART接口,一個16MHz

8、晶體振蕩器. 一個USB口,一個電源插座,一個ICSP header和一個復(fù) 位按鈕?？刂瓢逋ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)USB線纜與電腦連接,便于在 線進行程序調(diào)試5。1.2無線語音模塊無線語音采用YS V0.7模塊,其核心是LD3320語音 識別專用芯片,如圖2所示。模塊將LD3320芯片與周圍 必要的容阻件集成在一塊PCB上,將LD3320的芯片管腳 通過2x20的排針引出,方便用戶在面包板或者標(biāo)準(zhǔn) DIP40插座等設(shè)備上對LD3320芯片進行快速開發(fā)。模塊 主控MCU是51內(nèi)核的單片機STC90LE52,電源設(shè)計采用 的是LMlll73.3芯片,為LD3320提供3.3V電壓。將主 控MCU的管腳連接到LD

9、3320模塊的排針上,同時給 LD3320模塊提供合適f4MHz48MHz的晶振信號,在主 控MCU中編寫程序進行LD3320的語音識別。 代雙頻GSM/GPRS通信模塊的無鉛產(chǎn)品,其簡潔的封裝 是很多應(yīng)用系統(tǒng)中無線高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐虢鉀Q方案. 可以進行數(shù)據(jù)、語音、SMS和FAX各個方面的應(yīng)用.且 功耗低,為用戶提供了永遠在線、高速度、更簡單的移動 數(shù)據(jù)通信接人手段,通過獨特的40腳的連接器fZIFl實 現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號及控制信號的雙向傳 輸。GSM是具有電話報警功能的監(jiān)控系統(tǒng),系統(tǒng)利用 GSM網(wǎng)絡(luò)對房屋進行遠程控制,當(dāng)系統(tǒng)檢測的房屋內(nèi)有 危害情況時,通過GSM模塊給用戶發(fā)送短

10、信告知用戶。 同時可以利用GSM模塊對電器進行控制。1.4傳感器模塊1.4.1溫濕度傳感模塊溫濕度傳感系統(tǒng)采用DHTll溫濕度傳感模塊,外形 及原理圖如圖3所示。DHTll數(shù)字溫濕度傳感器是一 款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器,采用 專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù),確保產(chǎn)品 具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一 個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件.可與高性能 單片機相連接,達到檢測環(huán)境溫濕度的目的,具有品質(zhì) 卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。124歡迎網(wǎng)上投稿WWW.chinaaet.con 電子技術(shù)應(yīng)用2014-第409第4期計算杌技木與應(yīng)用Co

11、mputer Technology and Its Applications圖4MQ系列傳感器模塊原理圖2系統(tǒng)的軟件設(shè)計利用溫濕度傳感模塊、氣體傳感模塊對室內(nèi)環(huán)境進 行檢測,將采集量和設(shè)定的預(yù)設(shè)置進行比較,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)境進行調(diào)節(jié);利用語音控制 模塊對Arduino中央控制器發(fā)送命令,實現(xiàn)對家電的無 線語音控制;通過GSM模塊實現(xiàn)短信控制家電功能;利 用液晶模塊顯示出各部分信息,通過語音播報模塊進行 外部通信。通過以上系統(tǒng)之間的聯(lián)系與通信,實現(xiàn)整套 家居的智能控制系統(tǒng)。系統(tǒng)軟件采用Arduino IDE開發(fā)環(huán)境進行設(shè)

12、計,調(diào) 試完成后下載到Arduino Mega2560控制器中運行。系統(tǒng) 程序運用C語言編寫,結(jié)合一些主要函數(shù)來實現(xiàn)各個模 塊對應(yīng)的功能。程序由系統(tǒng)主程序、初始化子程序、語音 控制子程序、GSM控制子程序、傳感器檢測子程序等模 塊組成,系統(tǒng)主程序流程圖如圖5所示。3系統(tǒng)的功能(1語音YS V0.7模塊通過對照識別人語言中的敏感 詞,經(jīng)過藍牙向Arduino中央控制發(fā)出特定字符,中央控 制器通過處理接收到的字符,控制外部模塊。(2將已準(zhǔn)備好的電話卡,插入GSM模塊的卡槽里, 當(dāng)成功識別所插入的卡后,指示燈會有規(guī)律地閃爍。這 時,通過手機向GSM模塊發(fā)送帶有特殊符號的短信,模 塊會自動識別字符從而

13、控制繼電器的工作。如:向GSM 發(fā)送“On”,則GSM控制繼電器,打開開關(guān);發(fā)送“off”則 關(guān)閉開關(guān)。f31DHTll溫濕度傳感模塊,通過不斷地對周圍環(huán)境 進行檢測,將得到的數(shù)據(jù)發(fā)送至中央控制器,中央控制 器處理得到數(shù)據(jù)后,將數(shù)據(jù)顯示在LCDl602B液晶顯示 模塊上。實時將溫度與設(shè)定溫度閾值進行比較,超過閾 值時,自動啟動風(fēng)扇,調(diào)節(jié)溫度。(4將MQ一2氣體傳感模塊直接插接到Arduino傳感 器擴展板上。當(dāng)檢測到的有害氣體達到設(shè)定閾值后,蜂 電子技術(shù)應(yīng)用2014年第40卷第4期圖5主程序流程圖鳴器發(fā)出警報聲,同時Arduino控制引腳的電平,形成電 位差使排氣扇開始工作。經(jīng)過試驗證明,基于

14、Arduino的智能家居控制系統(tǒng) 運行穩(wěn)定。采用無線模塊,溫濕度、危險氣體等采集感應(yīng) 模塊,液晶及語音輸出設(shè)備等主要的功能性部件,構(gòu)建 了一套智能家居系統(tǒng)。系統(tǒng)具有語音及GSM短信控制 家電、煙霧防火報警等功能,采用液晶顯示及語音播報 反映環(huán)境溫濕度及自動判斷外部環(huán)境、自動處理異情的 功能;采用無線模塊起到無線控制功能,方便操作,適用 于現(xiàn)代家居小區(qū),更適合行動不便的老人家庭,具有巨 大的推廣使用價值和開發(fā)潛力。參考文獻1孫玉娟.智能家居借勢突圍從智慧城市到美麗中國J. 中國住宅設(shè)施.2013f11:86872劉主鏈,宋躍,何志輝,等.無線模塊與GSM實現(xiàn)的智能 遠程家居控制系統(tǒng)J.計算機測量與控制,2011,19f9: 21332135.3陳致遠,朱葉承,周卓泉,等.一種基于STM32的智能家 居控制系統(tǒng)J.電子技術(shù)應(yīng)用,2012,39f9: