CN105204369A - 一种基于Arduino平台的智能家居系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Arduino平台的智能家居系统模型，属于嵌入式计算机领域。该模型以Arduino核心控制单元为基础，由监测模块、温控模块、网络及短信模块、报警模块和显示模块等五个模块组成。监测模块由各种传感器组成，对家居环境中温度、湿度和烟雾浓度等环境变量进行采集。温控模块由温度传感器、加热设备和制冷设备共同组成，通过闭环方式将室内温度控制在恒定范围内。网络及短信模块采用ENC28J60将本模型连接到网络，利用Yeelink实现对智能家居模型的监视和远程控制。报警模块由蜂鸣器、气体传感器和人体感应器组成，实时监测家居环境安全。显示模块包括一块液晶显示屏，对采集到的环境相关信息进行显示。
Description
技术领域
本发明属于嵌入式计算机领域，涉及一种基于Arduino平台的智能家居系统。
背景技术
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，以提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种智能家居系统模型。
本发明的技术方案：
一种基于Arduino平台的智能家居系统，采用Arduino作为核心控制单元，智能家居系统包括五个模块，即监测模块、温控模块、网络及短信模块、报警模块和显示模块；各个模块协同工作，共同实现系统的数据采集、数据存储、数据处理和设备远程控制功能。系统模块结构图如图1所示。
监测模块包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和火焰传感器，对家居环境中温度、湿度和烟雾浓度数据变量进行采集，并将采集到的数据变量转换成数字信号，然后传递给Arduino核心控制单元；
温控模块包括温度传感器、加热设备和制冷设备，构成一个闭环控温子系统；Arduino核心控制单元根据温度传感器采集的温度数据，进一步操控加热设备和制冷设备，智能家居系统的温度控制在22-24摄氏度范围内；
网络及短信模块包括ENC28J60网络模块和GSM，并用若干LED灯模拟照明设备，网络及短信模块将本系统与网络连接，然后利用网络服务平台Yeelink实现对智能家居系统的监视、控制和通过GSM发送短信；
报警模块包括蜂鸣器、气体传感器和人体感应器，用蜂鸣器模拟室内报警铃声，实时监测家居环境安全，当监测到危险气体或有人闯入时，报警模块发出警报。
显示模块由一块液晶显示屏组成，将采集到的环境信息显示到LCD上，将家居环境信息以数字化形式呈现到用户面前。
本发明的有益效果在于可以通过监测模块、温控模块、网络及短信模块、报警模块和显示模块这五个模块协同工作，共同实现系统的数据采集、数据存储、处理和设备远程控制等功能，模拟实现智能家居系统。
附图说明
图1是本发明的系统模块结构图。
图2是本发明的系统工作流程图。
图3是本发明的温控模块电路原理图。
图4是本发明的显示模块电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
1.系统运行流程
各个模块协同合作共同完成系统功能，这些功能包括家居环境数据采集、数据处理、数据存储和设备远程控制等功能。系统工作流程图如图2所示，系统运行包括三个组成部分，分别是中断服务部分、配置部分和执行部分，分别介绍如下。
配置部分负责系统进入正常工作模式前的配置，包括Arduino核心控制单元的引脚状态设置、各设备初始化、网络连接初始化、定时器中断设置等任务。
中断服务部分通过传感器对周围环境进行信号采集。这些任务包括温度测量、湿度测量、光亮度测量、红外线检测、烟雾检测等。信息采集完毕后，Arduino核心控制单元将会对这些信息是否处于安全范围内进行分析，如发现有不符之处，则会通过GPRS模块进行报警。如温度超限，则通过闭环控制系统进行温度调节。
执行部分的任务为将传感器数据通过Yeelink平台存储到网上，通过手机和PC机浏览器可查看传感器数据，并发出指令到Arduino核心控制单元。
2.监测模块
监测模块通过温度传感器采集温度数据，通过湿度传感器采集湿度数据，通过红外线传感器监测红外线数据，通过烟雾传感器监测烟雾浓度，通过火焰传感器监测火焰情况。然后，将这些环境信息转换成数字信号，并提供给Arduino核心控制单元使用。其中，湿度传感器采用DHT11，将单总线数字信号转换成用户易识别的十进制数字，仅取传感器输出的前八位数字即可，该八位数据表示湿度的整数部分，可满足测量精度需求。温度传感器采用DS18B20，统一采用单总线设计，便于传感器数量的扩展。其他传感器数据获取相对简单，利用Arduino引脚直接读取数据。
3.温控模块
温控模块的执行机构为继电器和半导体制冷片，控制算法采用二值控制。制冷片型号为TEC1-12706，该制冷片一面为制冷，一面为制热。该半导体制冷片依据珀尔帖效应制成，组件重量轻，体积小并具有相对高的致冷量，适用于有限空间致冷。由于致冷组件是一种固态热泵，因而无需维护，无噪音，能在任何位置工作，抗冲击和抗振动能力强。另外，当改变组件工作电流极性时，它又可以致热，改变电流强度可调整致冷功率。使用半导体制冷制热时需要风扇进行散热和加速空气流动。半导体制冷片和风扇采用5V电源供电，由一块220V转5V的稳压电源提供。
控温系统由Arduino核心控制单元进行控制，使用继电器进行开关控制。为了保证系统安全，电路中加有光耦隔离和保护三极管。温控模块电路原理图如图3所示。
4.网络及短信模块
系统使用ENC28J60网络模块实现远程查看与控制智能家居系统模型。ENC28J60模块通过RJ45接口连接网线。ENC28J60模块与Arduino核心控制单元通过两个中断引脚和SPI接口实现连接，数据传输速率为10Mb/s。ENC28J60模块扩展板与Arduino核心控制单元的端口连接方法如表1所示。
表1ENC28J60与Arduino核心控制单元端口连接方法
使用ENC28J60连接到以太网后，通过在yeelink平台配置好系统API后，将传感器数据上传，然后就可通过因特网在yeelink网站远程异地实时地查看传感器数据，以及环境状态参数。同时配置好相应开关即可控制LED灯。
短信采用GSM模块进行控制，当检测到模型房屋内有危险气体，或者外界闯入时，通过GSM模块给用户发送短信告知用户，同时可以利用GSM模块对电器进行控制。
Arduino核心控制单元通过串口与GSM模块通讯，GSM模块有4个接线引脚，分别是5v电源、GND和串口通信收发端TX、RX，连接到Arduino核心控制单元的对应引脚。Arduino核心控制单元通过发送AT指令控制GSM模块发送短信和拨打电话。
5.报警模块
本系统使用5个LED和一个蜂鸣器来实现灯光控制和报警提醒。通过74HC595芯片连接LED灯和蜂鸣器，可有效减少I/O引脚需求。其中LED灯既可以用作模拟室内照明灯具，又可以在安防系统和烟雾等报警系统中通过闪烁进行报警。
报警模块的主要任务是保卫家居安全，当有陌生人闯入室内，或者是检测到室内有危险气体泄漏，或者是检测到家庭意外火灾时，报警模块都会发出警报声，以提醒住户存在危险。报警模块包括四个传感器，分别为两个人体感应器HC-SR501和两个气体传感器MQ-2。房间1和房间2中的两个人体感应器时刻监视室内，当监测到陌生人闯入室内时，蜂鸣器开始蜂鸣报警。同时，气体传感器MQ-2时刻监测厨房有害气体，当发现有害气体泄露时，警报器开始报警。
6.显示模块
显示模块采用LCD1602字符型液晶模块，这是一种专门用来显示字母、数字、符号的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。1602是指显示的内容为16X2，即可以显示两行，每行16个字符。1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等。
LCD1602数据端采用四位接法，一个字节分两次输送，即每次输送半个字节，以便节省引脚。本系统使用2片74HC595芯片来控制输出，将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字。通过74HC595芯片使用4个I/O口控制14个输出，进而控制LCD1602液晶显示屏、LED灯及蜂鸣器，显示模块电路原理图如图4所示。
Claims (1)
1.一种基于Arduino平台的智能家居系统，其特征在于，该智能家居系统采用Arduino作为核心控制单元，包括五个模块，即监测模块、温控模块、网络及短信模块、报警模块和显示模块；各个模块协同工作，共同实现系统的数据采集、数据存储、数据处理和设备远程控制功能；
监测模块包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和火焰传感器，对家居环境中温度、湿度和烟雾浓度数据变量进行采集，并将采集到的数据变量转换成数字信号，然后传递给Arduino核心控制单元；
温控模块包括温度传感器、加热设备和制冷设备，构成一个闭环控温子系统；Arduino核心控制单元根据温度传感器采集的温度数据，进一步操控加热设备和制冷设备，智能家居系统的温度控制在22-24摄氏度范围内；
网络及短信模块包括ENC28J60网络模块和GSM，并用若干LED灯模拟照明设备，网络及短信模块将本系统与网络连接，然后利用网络服务平台Yeelink实现对智能家居系统的监视、控制和通过GSM发送短信；
报警模块包括蜂鸣器、气体传感器和人体感应器，用蜂鸣器模拟室内报警铃声，实时监测家居环境安全，当监测到危险气体或有人闯入时，报警模块发出警报；
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