基于ARM智能家居系統(tǒng)設計(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）

基于ARM9智能家居系統(tǒng)設計基于ARM智能家居系統(tǒng)設計(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）摘要:這是一套綜合性智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)包含家電控制模塊，遠程監(jiān)控模塊,安全報警和預處理模塊等一系列智能家居系統(tǒng)核心部分.本系統(tǒng)以ARＭ9微處理器為核心，采用ZigBｅe等無線通信技術，綜合布線技術組成家庭無線通信網絡.結合家電控制端模塊與高度靈敏的傳感器，達到準確操作和實時通信的效果。本設計有功能豐富，操作簡單的特點。關鍵詞：智能家居，嵌入式系統(tǒng)，GPS,ZigBｅe1。引言智能家居是利用計算機技術、綜合布線技術、網絡通信技術和傳感技術等,按照人體工程學原理，把家居生活里的各種電子設備有機的結合在一起，通過網絡化綜合智能管理和控制的一種嵌入式系統(tǒng)。通信、電子、傳感和網絡技術的不斷發(fā)展和人民生活質量的提高，家居生活里的電子產品不但種類越來越豐富,功能更加完善,應用也更加普遍，而且越來越智能化，最普遍的家居生活電子產品種類達到數(shù)百種，實現(xiàn)對如此多的家居電子產品的綜合控制是智能家居發(fā)展的趨勢。文中提出基于ARM９的無線智能家居控制系統(tǒng)，是以ＡRＭ9微處理器為核心，結合GPRS和ZｉgBee通信技術，根據(jù)實際的需要實現(xiàn)對家居電子設備進行本地和遠程兩種方式的無線控制,本地控制是指在本地通過互聯(lián)網將控制指令傳輸給控制系統(tǒng)來實現(xiàn)各種家居電器的監(jiān)控，遠程控制是指用計算機網絡或手機將控制指令傳輸給控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對各種家居電器的遠距離監(jiān)控，這兩種控制方式的結合將給我們的工作和生活帶來極大的便捷，是未來智能化家居生活發(fā)展的必然趨勢。研究背景智能家電是計算機技術、電子技術、控制技術向傳統(tǒng)家電產業(yè)滲透發(fā)展的必然結果。近年來隨著信息化的普及應用,通訊的高層次化與自由化、業(yè)務量急速增加,以及人類對工作、生活環(huán)境的安全性、效率性、舒適性要求的提高，對家居智能化提出了強勁需求;此外在技術方面,由于電子技術、計算機控制技術、通信技術的飛速進步,也促進了智能家居的發(fā)展.目前通常把智能家居定義為利用計算機技術和電子控制技術，通過家庭信息管理平臺將與家居生活有關的各種子系統(tǒng)有機地結合的一個系統(tǒng)。也就是說，首先它們都要在一個家居中建立一個通訊網絡,為家庭信息提供所需的通路,在家庭網絡操作系統(tǒng)的控制下，通過相應的硬件和執(zhí)行體系，實現(xiàn)對連接在家庭網絡上的家電和設備的監(jiān)控。其次，它們要通過一定的系統(tǒng)界面平臺,構成與外界的通訊通道，實現(xiàn)與家庭以外的網絡互通信息,實現(xiàn)遠程控制、監(jiān)視和交換信息的，最終滿足人們對安全、舒適、方便和符合綠色環(huán)境保護的越來越高的需求.進入2１世紀,數(shù)字化技術取得了更加迅猛的發(fā)展并日益滲透到各個領域。隨著Internｅｔ網向普通家庭生活不斷擴展，消費電子、通訊、計算機一體化趨勢日趨明顯，智能化信息家電產品已經開始步入社會和家庭。智能家居在我國已經歷了７年的發(fā)展。智能家居涉及不少行業(yè)領域:電子、通信、計算機、自動控制、建筑裝飾等，在實際需求確定中最重要的一點不是智能化如何先進，產品如何高檔，而是智能家居系統(tǒng)怎樣與家居環(huán)境有機融為一體.智能家居怎樣做到實用、易用、人性化，真正提高人們的生活品質，才是智能家居的發(fā)展方向。國內、外智能家居的發(fā)展與現(xiàn)狀早在1979年,美國斯坦福研究所就提出了在建筑物內將家用電器、電器設備的控制線統(tǒng)一為家庭總線的概念。之后,在美國成立了現(xiàn)代住宅研究會,專門從事這一頓域的研究。1９８3年，美國電子工業(yè)協(xié)會開始制定家用電器的設計標準。1984年，第一幢智能建筑在美出現(xiàn)后，美國住宅建筑者協(xié)會成立了現(xiàn)代住宅開發(fā)公司,開始有關基礎性研究工作,并在19８9年推出了將電力供應、空調控制和數(shù)據(jù)通信合成一個整體的布線系統(tǒng)示范單元。在這期間，智能住宅的概念在歐美等發(fā)達國家得到了廣泛的認同和發(fā)展。歐洲在1985年把集成化的家居系統(tǒng)研究列為尤利龍計劃，大力進行該方面的研究。在上世紀80年代,歐洲電器標準化委員會制定了家用數(shù)字總線標準，進一步規(guī)劃了智能住宅的技術標準。在東南亞，新加坡的智能建筑技術研究處于領先水平，如寶德勝家庭智能化系統(tǒng)，已經用于3０多個住宅小區(qū)。在“亞洲家庭電器與電子消費品國展覽會”上展示的“未來之家”，其智能品質受到人們的普遍關注。由于我國的房地產,自動化技術等起步較晚,對智能住宅的研究剛剛起步,但己經引起了有關部門的高度重視。有關機構統(tǒng)計表明,全球家庭智能化市場的年平均增長率為8%,家庭網絡市場總額為57億美元,智能家居產品銷售額達到1４0億美元.為了搶奪這塊“蛋糕”。國內眾多企業(yè)紛紛試水該產業(yè)，包括ＴCL、海爾、清華同方等大型企業(yè)利用品牌優(yōu)勢系入該產業(yè)，而數(shù)干家中小企業(yè)也一日益成為行業(yè)中的生力軍。業(yè)界人士認為，制約該產業(yè)發(fā)展有“三道坎”：一是由于智能家居產業(yè)國家還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準，很多中小企業(yè)各自為政，相互間的產品不具兼容性；第二,由于技術人員投有做深入的市場調查，開發(fā)出的產品雖然技術上具有先進性，但實用性差，操作復雜，與市場需求脫節(jié):第三，由于技術上需要投入大量研發(fā)資金，一些中小企業(yè)沒有能力持續(xù)創(chuàng)新，更難形成規(guī)模生產,造成產品價格居高不下.總的來說，我國智能家居信息化有著廣泛的市場前景，研究適合于中國國情的智能家居系統(tǒng)必然有著巨大的市場前景。系統(tǒng)的需求分析經過前幾年各商家、媒體對家居智能化概念性的宣摶，現(xiàn)在消費者對智能家居產品已經不斷熟悉。有關調查顯示，消費者已經接受了智能家居這一產品的概念且有購買意向.而在家電控制產品價格方面絕大多數(shù)的消費者的承受價位在50０0元以內,近l／3的消費者承受價位在2000元以下.然而時至今日，國內廠家自行研制、開發(fā)的智能家居產品不太成熟，而有一些國外的知名品牌由于價格太高，無法滿足國內市場的需求。所以智能化家居產品的確蘊涵了無限商機。但是要真正挖掘如此大的市場,則需要研究消費者的深層需求哪。嵌入式技術在最近幾年得到了廣泛的發(fā)展。嵌入式處理器的性能得到了顯著的提高，這就為以嵌入式為基礎的智能化家居系統(tǒng)的發(fā)展奠定了硬件基礎，使較復雜的檢測和識別算法在系統(tǒng)中得到應用。在軟件方面，出現(xiàn)了豐富的支持嵌入式設備的軟件，使嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)的難度降低。出現(xiàn)了大量專注于嵌入式的企業(yè)，使嵌入式開發(fā)中能得到良好的技術支持。同時智能化家居的概念也更加明確。相關的智能化技術得到了顯著的發(fā)展，使開發(fā)能獲得大量先進的資料.隨著互聯(lián)網技術的發(fā)展,寬帶網絡在全國范圍內迅速擴展.許多新建住宅小區(qū)都將以太網鋪設到了用戶家庭，使得整個小區(qū)的居民通過以太網實現(xiàn)寬帶上兩成為可能。同時，隨著社區(qū)服務的完善.智能小區(qū)需要通過一個安裝在每個家庭的終端設備實現(xiàn)信息發(fā)布、物業(yè)管理、三表傳送、緊急求助等功能.以往，這樣的信息終端和社區(qū)服務中心通過鋪設專線,如485總線來進行連接，工程量大，故障率高，且由于只能采取主機輪循方式而效率較低。如果能夠利用已經鋪設到用戶家庭的、現(xiàn)成的、穩(wěn)定的以太網絡組建社區(qū)綜合服務體系是一項非常有意義的事情。而目前基于以太網的信息終端通常采用32ｂit的微處理器和Linux等通用操作系統(tǒng)，這種結構開發(fā)周期短、功能強、信息交換速率高、但致命的是成本太高,這也是一直在國內無法推廣的主要問題.因此,向智能小區(qū)的每個住宅提供一個基于16/32位ＭCU連接以太網的低成本信息終端。不僅具有實用價值，而且市場前景也相當廣闊。２．無線智能家居控制系統(tǒng)總體結構及功能ZigBee設計中提出的基于ARＭ９的無線智能家居控制系統(tǒng)主要包括AＲＭ9核心控制模塊，無線通信模塊、LCD觸摸屏模塊和家居電器，另外還有傳感檢測，語音報警和電源等模塊。系統(tǒng)總體結構模型圖如圖１所示.ZigBeeLCD顯示模塊傳感器模塊LCD顯示模塊傳感器模塊語音報警模塊ARM9控制核心語音報警模塊ARM9控制核心S3C2440GPRS通信GPRS通信手機模塊電源模塊手機模塊電源模塊計算機計算機圖1結構模型圖ＡRM為整個系統(tǒng)的控制核心，通過GPRS和ZigBeｅ無線通信網絡的收發(fā)控制指令實現(xiàn)對家居電器進行綜合監(jiān)控，同時提供防火墻的功能,阻止外界對家庭內部設備的攻擊和非法訪問。無線通信模塊分為本地和遠程兩部分，本地通信主要通過新型的ＺigBee無線通信技術實現(xiàn)系統(tǒng)與家居電器的通信，達到對其控制；遠程通信是利用手機通過GPRS通信網絡或利用計算機通過互聯(lián)網實現(xiàn)人與控制系統(tǒng)的通信，進而達到對家居電器的遠程監(jiān)控.采用無線通信技術省去了布線使家居布局更加靈活，遠程控制使家居電器工作更加貼近人們的工作和生活要求。（1）智能家居控制系統(tǒng)的具體功能包括：家居電器綜合監(jiān)控：對所控制的家居電器進行開關、工作參數(shù)的設置和工作狀態(tài)的檢測。安全防盜：家居中的所有與控制系統(tǒng)連接的電器設備均可實現(xiàn)與主人通信，一旦盜賊對某設備進行操作,或某設備工作狀態(tài)異常時,系統(tǒng)將立即通知主人,以達到安全和防盜的目的。自動報警：當檢測到家居環(huán)境的溫度、濕度、煤氣、煙氣等超標,或檢測到有陌生人強行開啟室門或進入室內時就自動報警，告知居室主人.室內環(huán)境信息采集：采集家居環(huán)境的溫度、濕度信息和煤氣、煙氣等有毒氣體的檢測.遠程控制：用戶遠程可以通過手機短息或互聯(lián)網對家居電器進行控制或工作狀況查詢。本地控制:用戶在本地可通過計算機或家居電器本身的操作鍵對家居電器進行監(jiān)控。（2）系統(tǒng)硬件實現(xiàn)系統(tǒng)硬件主要由ARM9微處理器、ＺigBｅe通信技術、GＰRS通信網絡、ＬCD觸摸屏、語音報警和電源等模塊組成.①ARM9微處理器微處理器我們采用三星公司的ＡRM９（Ｓ３C2440)。S3C24４0是一款高性能32位的ＲIＳC微處理器,

采用了AＲM9２0T

內核,0。13uｍ

的ＣMOS

標準宏單元和存儲器單元，最高主頻可以達到400ＭHz,提供多款液晶屏配置。ARM920T

實現(xiàn)了ＭＭU,ＡMBA

BUS

和Harvaｒd

高速緩沖體系結構,這一結構具有獨立的16Kb

指令Cachｅ

和１６Ｋb

數(shù)據(jù)Cache，每個都是由具有8

字長的行組成。通過提供一套完整的通用系統(tǒng)外設，無需配置額外的組件從而減少整體系統(tǒng)成本，為手持設備和一般類型應用提供了低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案.應用范圍：ＡRＭ9處理器是多種應用中先進數(shù)字產品的核心ARM9系列處理器可為要求苛刻、成本敏感的嵌入式應用提供可靠的高性能和靈活性.豐富的DSＰ擴展使SｏC設計不再需要單獨的DSP。此外,PPA特別適合各種應用。

消費品智能手機、PDA、機頂盒、PMP、電子玩具、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機等。聯(lián)網無線局域網、802．11、藍牙、Firｅｗiｒe、SCSI、２.5G/3Ｇ基帶等。汽車，電力火車、ABＳ、車身系統(tǒng)、導航、信息娛樂等。嵌入式USＢ控制器、藍牙控制器、醫(yī)用掃描儀等。存儲硬盤控制器、固態(tài)驅動器等。性價比：從單一設計到永久擁有采用多種處理器授權使用方式提供單次使用許可、多期許可和永久使用許可也可以硬宏形式提供，從而縮短上市時間，降低設計風險。體系：在CｏnnecteｄCｏｍmuｎity中，有6５０多名成員支持ARＭ9處理器。業(yè)界范圍廣泛的編譯器、調試器和RTOS工具體系眾多設計服務合作伙伴可幫助完成設計任務大量第三方IP可與處理器集成。

特點：基于ARMv5TE體系結構

高效的5

階段管道，可增加吞吐量和提高系統(tǒng)性能

提取/解碼/執(zhí)行/內存/寫回

同時支持ARM

和Thumb?指令集

高效

ARM-Thumｂ交互操作允許最佳組合性能和代碼密度

哈佛體系結構-獨立的指令和數(shù)據(jù)內存接口

增加了可用內存帶寬

同時訪問I

&

D內存

改進了性能

31

x

32位寄存器

32

位ALU

和桶式移位器

增強型

３２

位

ＭＡC塊

CoｒｅSight?

ETM９

接口用于增強型調試和跟蹤功能

標準AMBＡ?

ＡHB?接口

協(xié)處理器接口內存控制器內存控制器②無線通信網絡ＧＰRＳ網絡是覆蓋范圍最廣，性能較為完善的無線網絡，ＧPＲS網絡本身具有較強的數(shù)據(jù)糾錯能力，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達12８Kb／s，能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯崟r性.ＺigBeｅ技術組成的無線傳感器網絡結構簡單、體積小、成本低；采用GPRS網絡進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K體積小、功耗低,適合作為無線傳感器網絡的數(shù)據(jù)節(jié)點，ZigBee技術與GPRS通信網絡相結合組成新的無線通信網絡。GPRS

ＤTU無線通信模塊采用成都眾山電子有限公司的ZSD211０

GＰＲS

DTU.ＺＳＤ2110是一款使用GPRS網絡進行數(shù)據(jù)無線透明傳輸?shù)那度胧紻TＵ模塊。內置工業(yè)級GPRS引擎和嵌入式處理器.支持PＰP、TCP、UDP、IＣMP等眾多復雜網絡協(xié)議和SＯCＫET標準,提供全透明數(shù)據(jù)傳輸和用戶自由控制傳輸兩種模式。同時支持點對點、點對多點、設備間、設備與中心間等各種不同的通訊模式。用戶不用關心復雜的網絡協(xié)議,使用TTL串行通信接口,就可以進行無線數(shù)據(jù)收發(fā),使系統(tǒng)能夠隨時隨地接入Iｎteｒｎｅt.ＺigBｅｅ技術是一種新型的無線、短距離、低功耗組網通訊技術，具有低復雜度、低功耗、低成本、高效率，可靠度高和網絡覆蓋面積廣等技術優(yōu)勢,工作在免費的2。4GHz－２.5GHzＩSＭ微波段，具有較強的抗干擾性和設備聯(lián)絡功能，能夠實現(xiàn)1500m的全向識別，傳輸速率最高可達１0M

bit／s，它支持３種主要的自組織無線網絡類型，即星狀結構、網狀結構和族狀結構，這些網絡具有較強的網絡健壯性和系統(tǒng)可靠性.基于以上特點ZigＢeｅ廣泛應用于智能家居控制、工業(yè)控制系統(tǒng)。本文采用的ＣC24３０是一種真正的系統(tǒng)芯片（SoC)CＭOＳ解決方案，這種解決方案能夠提高性能并滿足以ZigＢeｅ為基礎的2。4GHz

ISM波段應用及對低成本，低功耗的要求，它結合一個高性能2。4GHz

DSSS(直接序列擴頻）射頻收發(fā)器核心，ＺｉｇBｅe核心模塊圖如圖2所示.圖2ZigＢee核心模塊圖ZigBee是一種新興的短距離，低功耗，低數(shù)據(jù)數(shù)率，成本低，低復雜度的無線網絡技術;基于802.15。4標準；ZigＢee有三個可以使用頻段，國內采用２。4Ｇ的ISＭ頻段;ＺｉgBeｅ無線的傳輸帶寬在20—250ｋｂｐｓ范圍，適合傳感器數(shù)據(jù)采集和控制數(shù)據(jù)的傳輸；ZigBee網絡節(jié)點容量達到65535個,具有非常大的組網優(yōu)勢ZiｇBｅe的作用：無線控制或無線傳感器網絡；組件PAN；設備之間的無線數(shù)據(jù)通訊;無線控制燈，開關.溫控器，電氣用具等.應用：ZigＢeｅ作為一項先進技術在生產生活中也有許多應用,如農業(yè),工業(yè),電子，以及人們的家庭生活。給人們的生活和工作以及社會發(fā)展帶來了很大的便利.如圖3所示。消費電子工業(yè)農業(yè)商業(yè)TVVCR消費電子工業(yè)農業(yè)商業(yè)TVVCRCD監(jiān)視傳感器Pc機的外圍設備Pc機的外圍設備個人健康監(jiān)護低速無線設備←鼠標鍵盤監(jiān)視診斷器低速無線設備鼠標鍵盤監(jiān)視診斷器家庭自動化玩具和游戲家庭自動化玩具和游戲保安，HVAC保安，HVAC，照明玩具，游戲器具圖3ZigBee應用框圖③傳感器與顯示模塊傳感器包括煤氣、煙霧等有毒氣體檢測器，人體紅外探測器，門窗磁開關,溫度、濕度、光照度傳感器等,所有的傳感器都與無線傳輸模塊P１R2000連接,構成無線傳感器網絡并與控制系統(tǒng)實現(xiàn)實時通信.顯示模塊選用低電壓低功耗的ＬCＤl2８３2液晶顯示屏,LＣDｌ2８32是一款分辨率為128×32的中英文圖形液晶(黃色背光）顯示模塊，具有4位/8位并行2線或3線串行多種接口方式，內部置有8１9２個16×16點陣的一級、二級簡體漢字和1２8個16×8點ＡSＣIＩ字符集，用來顯示８×2行16×１6點陣的漢字對話信息，構成全中文人機交互圖形界面并顯示當前時間、日期、星期、濕度、溫度、定時提醒等信息和煤氣等有毒的含量超標時報警提示的輸出信息。3．智能家居控制系統(tǒng)硬件部分本系統(tǒng)通過互聯(lián)網將手機與ARM9建立聯(lián)系，采用ZｉgBeｅ無線通信技術實現(xiàn)ARM９與ＳTＣ８9C52的通信,再通過STC89C５2實現(xiàn)對家電的控制。系統(tǒng)整體機構如圖4所示。ARM9網絡模塊互聯(lián)網手機ARM9網絡模塊互聯(lián)網手機ZigBeeSTC89C52GSMZigBeeSTC89C52GSM家電家電圖4系統(tǒng)整體機構(１)控制單元設計本系統(tǒng)的處理器可以分為兩類：一類是作為整個系統(tǒng)的信息交換中心和網絡通信接口的中央控制器，需要性能較高的芯片,這里采用AＲＭ9系列的S３C2410微控制器；另一類則是作為家電控制器使用的,不需要很快的運算速率和很大容量的內存，這里選用STＣ89C5２單片機。(２)天然氣泄漏報警及預處理電路當天然氣發(fā)生泄漏時，MQ—5氣體檢測模塊的信號輸出低電平，單片機檢測到P1.0口出現(xiàn)低電平，由單片機的延時函數(shù)延時一會，再判斷若還是位低，則啟動蜂鳴和Leｄ燈聲光器報警。同事通過與單片機相連的GSＭ模塊發(fā)送告警信息給用戶手機.氣體檢測模塊如圖5所示.圖５氣體檢測模塊（３）溫度采集模塊溫度傳感器選用DALLAS公司生產的溫度傳感器DS18B20，它具有微型化,低功耗，高性能，抗干擾性強等優(yōu)點.本系統(tǒng)利用DS1８B２0測室溫,將測得的值再傳個單片機，單片機再將通過計算得到的溫度信息傳個中央處理器S3C241０，再發(fā)給手機端。測溫模塊接線如圖6所示。圖６測溫模塊接線（4)開窗模塊使用ＵLN2０03驅動芯片來驅動28BＹJ4８直流步進電機,從而實現(xiàn)窗戶的開啟和關閉.單片機開窗或關窗的命令時,給與ULN2003相連的４個I/O口發(fā)送信號，使ＵLN2０03得到驅動２8BYJ48所需的信號并控制電機正反轉，步進電機帶動與窗戶相連的傳送帶，便可實現(xiàn)開窗，關窗的功能.開窗模式的連接如圖7所示.圖7開窗模式（5)家電遙控采用紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外波，利用已編好的單片機程序,借助于單片機的P1．0管腳控制８550(PNP)三極管來控制紅外波的有無,這樣就可以達到發(fā)送正確的紅外波長，以至于電氣設備能夠識別該模塊發(fā)射的每個紅外波,達到用戶的遙控要求。家電遙控模塊如圖8所示。圖８家電遙控模塊4.．系統(tǒng)軟設計整個智能家居控制系統(tǒng)以AＲM9微處理器為核心，ZigＢee等其他部分為輔,同時也支持C語言和匯編語言，本系統(tǒng)采用C語言與匯編語言混合編程組成.低層驅動由匯編語言編寫，對外留C語言接口，人機交換采用Lｉnuｘ嵌入式實時操作系統(tǒng).系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)主程序、初始化子程序、ZｉgBee通信子程序、GPRS通信子程序、傳感檢測子程序、顯示子程序、報警子程序、數(shù)據(jù)處理子程序和遠程控制子程序等模塊組成。這一完整系統(tǒng)將各部分核心元件結合起來，與操作系統(tǒng)相輔相成，共同構成智能家居系統(tǒng)。而且這一系統(tǒng)兼具各種功能,將各種系統(tǒng)完美結合起來.它會在不斷電的情況下自主運行,不用主人管理和操作。如若發(fā)生任何情況都會及時反饋給主人的手機，達到完美警示的效果。程序軟件流程圖如圖9所示。開始開始初始化初始化啟動警報通知主人啟動警報通知主人 Ｎ狀態(tài)是否正常狀態(tài)是否正常?Y家居電器控制判斷控制類型家居環(huán)境檢測家居電器控制判斷控制類型家居環(huán)境檢測空調控制子程序煙氣監(jiān)測子程序空調控制子程序煙氣監(jiān)測子程序家居安全檢測家居安全檢測熱水器控制子程序溫度檢測子程序熱水器控制子程序溫度檢測子程序微波爐控制子程序濕度檢測子程序安全防盜門子系統(tǒng)微波爐控制子程序濕度檢測子程序安全防盜門子系統(tǒng)光度檢測子程序光度檢測子程序電冰箱控制子程序電冰箱控制子程序煤氣檢測子程序家居電器運行狀態(tài)檢測子程序煤氣檢測子程序家居電器運行狀態(tài)檢測子程序電視劇控制子程序電視劇控制子程序檢測結果合格？ Ｎ檢測結果合格？家居燈光控制子程序N家居燈光控制子程序 Ｙ其他設備控制子程序家居環(huán)境良好其他設備控制子程序家居環(huán)境良好●結束●結束圖9程序軟件流程圖智能家居軟件部分由于Andrｏiｄ操作系統(tǒng)源碼開放程度高，Androｉｄ手機在手機市場占有很高份額,所以本次系統(tǒng)的軟件部分是利用jaｖa開發(fā)工具開發(fā)的一款Anｄroid手機上使用的智能家居軟件,這樣更有利于智能家居系統(tǒng)的推廣和使用，軟件設計的流程為通過手機向智能家居中控制系統(tǒng)發(fā)送控制命令,具體流程如圖所示。通過對不同指令編碼,再通過stｏｃｋ編程將不同指令發(fā)送給家庭網關。如圖10所示。AndroidAndroid手機控制界面關窗開窗燈關燈開關窗開窗燈關燈開按鍵按下按鍵按下創(chuàng)建創(chuàng)建socket端口控制系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)發(fā)送控件命令發(fā)送控件命令關閉關閉socket端口圖10Ａndroｉd手機軟件路程圖５.設計結果經過這次課程設計,我了解到了基于ＡRM9的智能家居的相關內容以及開發(fā)的基本流程，通過眾多的設計理念，強化了自己的編輯能力，加深了對這一先進技術的理解，同時加深了對計算機相關知識的理解和運用。設計可以達到預期的效果和大量的資料查詢以及試驗分不開。但是因為時間不足和精力不夠的原因，智能家居系統(tǒng)的功能設計還不夠完善，在未來時間充裕、技術更成熟的情況下,功能設計可以更加完善，如：（１）家電控制板與ARM的協(xié)同合作.（２）系統(tǒng)控制功能方面還需擴展,如GＳM模塊,ＧPRＳ網絡通信等。（3）系統(tǒng)的運行信息實時保存。如傳感器報警的記錄,用戶的登陸和控制的記錄等。6。結論本次我們設計的智能家居系統(tǒng),在使用上易于操作,遠程控制實時可靠，性價比高,不僅能遠程操作，且具有很高的安全性,便捷性.本文提出了基于AＲM9的無線嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的總體解決方案,該方案主要以微處理器ＡＲＭ9為核心,采用ZiｇBee和GＰRＳ無線通信技術、傳感技術和互聯(lián)網技術，實現(xiàn)了對家居電器進行本地和遠程的無線監(jiān)控，克服了傳統(tǒng)的僅限于有線和本地的家居監(jiān)控方式，解決了當前市面上一些家居產品功能簡單,協(xié)調能力差的問題，同時提高了家居控制系統(tǒng)的智能化程度，可靠性,抗干擾性。優(yōu)化了人們的生活方式,具有較高的實用價值.在當代社會全面信息化、數(shù)字化、智能化和自動化的社會趨勢下，家居的智能化必將成為未來家居發(fā)展的新方向，因為隨著社會的進步,科技的進步，人們的生產生活水平的不斷提高,人們對生活的需求也會越來越高。而且這是社會不斷向前發(fā)展的必然過程。因此我們應該加大對這一新型系統(tǒng)的研究,這一系統(tǒng)除了擁有很大的實用價值和廣闊的市場外,也能大大提高我國家庭信息智能化程度，增強文化軟實力.智能家居的智能化和人性化,也更加貼合我們的生活.7。參考文獻［1］銳極電子科技有限公司.ＡRM＆Linｕx嵌入式系統(tǒng)開發(fā)詳解。北京航空航天大學出版社,2０09［2]孫紀坤，張小全編著.嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)技術詳解。人民郵電出版社，２01０［3］張永德，衛(wèi)軍峰，高安邦。基于DSP智能家居控制系統(tǒng)設計。北京電子工業(yè)出版社,２011[4]王晨營.基于ARＭ9的嵌入式遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]。北京郵電大學出版社，２01１［5］陳得民．基于無線傳感器網絡的遠程智能抄表系統(tǒng)設計。北京航天航空大學出版社，20１1［6］佘新平。數(shù)字電子技術(第二版)。北京郵電大學出版社，2012學生畢業(yè)論文(２015屆）題目（中文）題目（中文）基于Arduino的智能家居控制（英文）（英文）SmartHomeFurnishingcontrolbasedonArduino系別系別：專業(yè)：專業(yè)：班級：姓名：姓名：學號:指導教師指導教師：韓山師范學院教務處制誠信聲明我聲明，所呈交的畢業(yè)論文是本人在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我查證,除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，我承諾，論文中的所有內容均真實、可信。畢業(yè)論文作者簽名：簽名日期：201４年１1月6日摘要：基于Arduino的智能家居控制系統(tǒng)以ArduｉnｏUＮO單片機為核心通過聯(lián)合W５１00網絡模塊搭建本地的WＥB服務器，通過Ａ／D采集各引腳連接的室內環(huán)境傳感器的數(shù)值并進行處理，實現(xiàn)家居環(huán)境信息的智能采集；通過RＦＩD模塊連接第二塊ArｄuｉnoUNＯ單片機構建刷卡門禁模塊，實現(xiàn)智能門禁;使用藍牙模塊、5050全彩LED模塊及ArduinoNanｏ單片機搭建室內智能燈光模塊，通過安卓客戶端使用藍牙協(xié)議進行連接，實現(xiàn)燈光亮度及色彩的遠程控制及智能開關；通過安卓客戶端使用HTTP協(xié)議請求該服務器獲取室內環(huán)境數(shù)據(jù)并傳輸?shù)桨沧靠蛻舳耍瑢崿F(xiàn)室內環(huán)境的實時智能檢測；通過安卓客戶端使用HTTＰ協(xié)議傳輸控制命令到服務器，實現(xiàn)本地WEB服務器連接外圍電路的遠程控制；最后通過核心板搭建的WEB服務器鏈接各個功能模塊,組成一個功能完善,擴展性強的智能家居控制系統(tǒng)。本設計代替了傳統(tǒng)家居設備手動機械控制,具有效率高,使用方便，可控性強等優(yōu)點。關鍵字：Arｄuino單片機;WEＢ服務器;高效率；可控性強.Abstracｔ:Aｒｄuiｎo—ｂasediｎtｅlliｇentｈomecontrolsｙstｅmtｏArｄuinoUNOmicrocontrｏｌlercｏrenetwoｒkｔhrｏughｔhejoｉｎtW5100ＥｔhｅrnetShｉeldmodｕlｅbｕiｌdlocalＷＥBserｖer,viaA/Daｃquiｓiｔionvalueｏfindoorenviｒonmentａlｓensoｒsconneｃｔeｄtoeacｈpiｎandproceｓsing，smarthomeenｖirｏｎmentiｎforｍatiｏｎcolｌeｃtion；viaＲFIDmodｕletobuildaｓeconｄＡrduinｏUNOmｉｃroｃonｔｒollercardaccesｓｍoduｌｅ,ｉntelliｇeｎtaccessｃｏnｔrol；usinｇBlｕｅtoｏthmodule,５050fuｌl－ｃoｌｏｒLEDｍoduleｓandArdｕinoNanｏmｉcrｏcoｎｔｒｏllerｂｕiｌtindooｒｉntｅlliｇenｔliｇhｔｉngmｏduｌeｆｏｒcoｎnｅctionｕｓｉngthｅBlueｔoｏtｈprotocolbyAndroｉｄcliｅnt，ａｃhieｖelightlevelｓanｄcｏｌorrｅmｏｔecontrolａndinｔｅlligentswitｃｈ；indooｒeｎvironmentalｄataaｃqｕisitiｏnviaAnｄroｉdｃlientusiｎgHTTPprotocolrequｅstｓtotｈｅserveｒaｎdtrａnsｍittedｔotheAｎdroidclienｔ,ｔoachievereaｌ－timeｉｎtellｉgencｅtｏdｅtecｔｔｈeindｏorｅnviroｎmeｎt；usiｎgｔheHTＴPprotｏｃoltｒａｎsmisｓionconｔroｌｖiaAndroidｃｌｍａndtｏthesｅrver，WEＢserverfｏｒlocalｃonnｅctioｎofpeｒipｈeｒalｃircｕitsｒeｍotecontrol；ａｎｄｆinallｙｔheｃoreboarｄseｔuｐbytｈeWEＢsｅｒｖeｒlinkstoｖarｉousfunctionalmodulｅstofoｒmafunctｉoｎal，stroｎgｅxｐansionoｆsｍarthoｍecontｒolsystｅｍ.Tｈedesignreｐlaceｓｔheｔradiｔioｎalmaｎualｍecｈａnicalcoｎtｒｏlｈomｅｄeviｃeｓ，wiｔhｈｉghｅffｉｃｉｅncy，eaｓeofｕsｅ,ｃoｎtrollabiｌitｙaｎdｏtherａdvantaｇes．Ｋeyｗｏrdｓ:ArduiｎｏSCM;WＥBｓerver；higｈefficieｎcy;coｎtrollaｂｌe.目錄ＴOC\t＂一級標題,1,二級標題,２”\h1．概述ＰAＧERＥＦ＿Tｏc4043270２2\h1HYPERLINK\l＂＿Ｔｏc4０43270２３＂1.1課題研究的背景３27023\ｈ1HYPERＬINK\l”＿Toｃ4043270２4”1．2國內外發(fā)展現(xiàn)狀ＰAGＥRＥF_Ｔoｃ40４３2７024\h1HＹPＥＲLINＫ1。３本課題的研究的內容及目的PAGERＥF_Toc4０４327０2５\h1HYPＥRLＩNK\l”_Toc404３2７０26＂2．系統(tǒng)結構分析PＡGＥRＥF_Tｏｃ４043２７02６\ｈ2HYＰＥRＬIＮK\l＂_Ｔoc４04327027"２.1系統(tǒng)結構組成ＰAGＥREF_Toc4０4327０２７\h2ＨYPERLINK\l”_Ｔoc40432702８＂2。2系統(tǒng)的基本功能PＡGEＲEF_Toc４043２７028\h２HYPＥＲＬINK\l”＿Toc404３27029”2.3系統(tǒng)的工作流程ＰＡGEREF＿Toc40４３270２９\h3HYPＥRLINK\l”＿Toc４04327０3０”３。硬件設計PAGＥREF_Toc40432７0３0\h5HYPERLIＮK\l”＿Ｔｏc4０432７０３1”3。１核心模塊PAGERＥF_Toc40４327031\h53．2燈光模塊ｈ7HYPEＲLINＫ３.3檢測模塊PＡGEREF_Toc4０4327０３3＼ｈ9３.４外圍電路模塊PAGERＥF_Toc４０4３２7０３4＼ｈ10HYPＥRLINK４。4節(jié)奏燈光的程序設計:PAGEREF＿Toｃ40432703９\h115．總結ＰAGEＲEF_Toc40432704０＼h１25．1系統(tǒng)總體效果圖PＡGEREF_Toc40４3２７０４1\ｈ12ＨＹPERLINK\l”_Toc4０4327０42＂５.2系統(tǒng)實現(xiàn)的功能PAGＥREF_Tｏc４0４327042\h１5HＹPERＬIＮＫ附錄：PAＧEＲEF_Toc4０４32７044\ｈ161.燈光模塊電路設計圖PAＧＥRＥF_Toc40４327045\ｈ16HYＰERＬＩＮK\l＂＿Toｃ404327046"2.檢測模塊及外圍電路接線圖PＡGＥRＥＦ_Tｏc40４3２7046\ｈ163．單片機端程序PAＧEＲEF＿Toc４0４327047＼h17ＨYPＥＲＬINK\l”_Ｔoc40432７048＂參考文獻PAGＥREＦ_Toc4０４３27048\ｈ2２致謝PＡGERＥF_Toｃ404３2705４\ｈ2３基于Ardｕｉno的智能家居控制系統(tǒng)1．概述1。１課題研究的背景隨著物聯(lián)網技術的廣泛應用與發(fā)展,智能家居的應用越來越廣泛.與傳統(tǒng)的家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W絡通信、信息家電、設備自動化，集系統(tǒng)、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境,提供全方位的信息交互功能。現(xiàn)代生活中的家居電器數(shù)量急劇增多,傳統(tǒng)家居電器的機械化控制方式已經不能完全滿足現(xiàn)代生活的需求,伴著家居電器的使用越來越廣泛，一個智能化的控制系統(tǒng),不僅能夠幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性,甚至為各種能源費用節(jié)約資金.該系統(tǒng)的市場發(fā)展?jié)摿τ葹榭捎^。1。2國內外發(fā)展現(xiàn)狀近年來隨著現(xiàn)代互聯(lián)網技術的發(fā)展，智能生活的理念深入人心,物聯(lián)網和智能家居真正開始走向人們的視野.隨著現(xiàn)代電力電子技術和電子元件制造工藝的發(fā)展,物聯(lián)網設備的自動化程度和穩(wěn)定性得到很大的提高，物聯(lián)網設備也逐步向輕量化、自動化和智能化發(fā)展，還有高可靠性、高可控性、高效率等特點，功能不斷增強和完善,這推動了智能家居技術的迅速發(fā)展,相繼出現(xiàn)了多種多樣的智能家居設備,如NEＸT恒溫器，空氣凈化器等，但國內外對本課題的研究尚存在待解決的問題：(１)家居智能化水平較低；（2)使用的平臺不統(tǒng)一，功能單一且不完善;（3)價格相對昂貴,普及的難度比較大。1.３本課題的研究的內容及目的本系統(tǒng)以聯(lián)合EtherｎｅtShield網絡模塊的ＡrduinｏUＮO單片機為核心,能通過安卓客戶端使用藍牙協(xié)議及HTTP協(xié)議連接外圍電路及各類傳感器，實現(xiàn)室內家居的遠程檢測及智能控制。研究目的基于生活的便捷及高效的方向出發(fā)，主要是為了改進當下傳統(tǒng)家居的控制方式落后及使用不方便等缺點，本設計的智能遠程控制代替了傳統(tǒng)家居設備手動機械控制,不僅效率高、成本低、使用方便、可控性強,更能提升家居便利性、舒適性、藝術性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。2．系統(tǒng)結構分析２.1系統(tǒng)結構組成系統(tǒng)的結構組成示意圖如圖1。系統(tǒng)由五部分組成：ＡPP客戶端、燈光模塊、核心模塊、檢測模塊、外圍電路。各部分組成如下：(1)APP客戶端為ＪAVA語言編寫的安卓客戶端；(2）燈光模塊由ArｄuiｎoNaｎｏ單片機連接藍牙模塊及全彩LEＤ模塊組成；(3)核心模塊通過ArduiｎoUno單片機連接ＥｔhernｅtＳhｉeld網絡模塊組成,核心模塊不僅是本系統(tǒng)的中央處理器,而且通過連接無線路由器搭建了本地的WＥＢ服務器;（4）檢測模塊由氣壓傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器共同組成；（5）外圍電路由簡單的發(fā)光二極管及各類元器件組。圖1系統(tǒng)結構組成框圖２．2系統(tǒng)的基本功能系統(tǒng)實現(xiàn)的功能如圖2所示,系統(tǒng)的各部分具體功能如下：（１)通過ＡPP客戶端使用藍牙協(xié)議連接燈光模塊,在ＡPＰ客戶端中實現(xiàn)LED燈光顏色，亮度的智能調節(jié)；（２)通過APP客戶端使用藍牙協(xié)議連接燈光模塊，在APＰ端播放器中開啟一段音樂，燈光模塊會隨著音樂的節(jié)奏進行規(guī)律性地閃爍;(３）通過AＰＰ客戶端使用HTＴP協(xié)議連接核心模塊,實現(xiàn)在APP端對外圍電路的遠程開關控制;（4）檢測模塊將基本的環(huán)境信息采集后通過ＩO口傳輸給核心模塊,再由APP端通過ＨTTP協(xié)議請求ＷEＢ服務器的數(shù)據(jù),實現(xiàn)在AＰP端對室內環(huán)境信息的實時監(jiān)控；（5）通過APP客戶端使用HTTP協(xié)議連接核心模塊，設置特定溫度時外圍電路的工作狀況，當檢測模塊檢測到溫度達到或低于預設溫度時，外圍電路電器將智能調整工作狀態(tài)。圖2系統(tǒng)基本功能框圖2.3系統(tǒng)的工作流程系統(tǒng)的工作流程分為兩部分組成：APＰ客戶端通過藍牙協(xié)議控制燈光模塊，具體流程圖如圖3所示：圖3燈光模塊控制具體流程圖(2)AＰP客戶端通過HTTP協(xié)議控制外圍電路，具體流程圖如圖4所示：圖4外圍電路控制具體流程圖3。硬件設計整個系統(tǒng)電路可以分成四個模塊：核心模塊、燈光模塊、檢測模塊、外圍電路.下面我們對這四個電路模塊進行理論上的分析。３．1核心模塊核心模塊由Aｒdｕｉｎo單片機及Ｗ51０0網絡模塊通過直接總線連接構成，連接方式如圖５所示。圖5直接總線連接原理圖ArduiｎoUNO是作為Aｒdｕino平臺的參考標準模板，是ＡrdｕiｎｏUSB接口系列的最新版本。UNO的核心控制器件是ＡTｍｅga328處理芯片，數(shù)字輸入/輸出口共計有14路:６路PWM輸出端口，６路模擬輸入端口,一路ICSPｈeaｄeｒ，一個16ＭHｚ晶體振蕩器，一個電源插口,一個USＢ接口和一個復位按鈕，控制板能同時兼容5Ｖ和3.3V的供應電壓。原理圖如圖6所示.圖6ＡｒdｕinｏＵＮＯ單片機原理圖W51０0是一款多功能的單片網絡接口芯片,內部集成有10/10０Mｂｐｓ以太網控制器，主要應用于高集成、高穩(wěn)定、高性能和低成本的嵌入式系統(tǒng)中。使用W5100可以實現(xiàn)沒有操作系統(tǒng)的Inｔeｒneｔ連接。W51０0與IEＥE8０２。３1０ＢＡSE-T和80２。3u100ＢASE-ＴX兼容。Ｗ510０內部集成了全硬件的、且經過多年市場驗證的TCＰ/ＩＰ協(xié)議棧、以太網介質傳輸層和物理層。全硬件ＴCP/ＩP協(xié)議棧支持TCP,UDP，ＩＰｖ4,IＣMP，ARＰ,IGＭP和PPPoE等。網絡模塊原理圖如圖7所示。圖7Ｗ51０0網絡模塊原理圖3。2燈光模塊圖8燈光模塊總體原理圖整個燈光模塊可以分成三個部分：ArduinoＮａｎo單片機、藍牙模塊、5050全彩ＬED模塊。ＡｒdｕinoNaｎo是AｒduinoUＳB接口的微型版本,最大的不同是沒有電源插座以及USB接口是Mini—B型插座。AｒduinoNａｎo是尺寸非常小的而且可以直接插在面包板上使用。其處理器核心是ATｍega３２8,，同時具有1４路數(shù)字輸入／輸出口,其中6路可作為PWM輸出,8路模擬輸入,一個1６MＨz晶體振蕩器，一個mini-BＵSＢ口,一個IＣSPｈeａdｅr和一個復位按鈕.ArduiｎoNａｎo單片機原理圖如圖9所示.圖9ArdｕinoNaｎo單片機原理圖燈光模塊采用的是ＨC—05藍牙模塊，電路原理圖如圖1０所示.藍牙是無線數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)拈_放式標準，它將各種通信設備、計算機及其終端設備、各種數(shù)字數(shù)據(jù)系統(tǒng)、甚至家用電器采用無線方式聯(lián)接起來.它的傳輸距離為10cm~１０m，如果增加功率或是加上某些外設便可達到100m的傳輸距離。它采用2。4ＧHzISM頻段和調頻、跳頻技術，使用權向糾錯編碼、ＡＲQ、TDD和基帶協(xié)議。TDMＡ每時隙為０。６２5μs,基帶符合速率為1Mb/ｓ。藍牙支持６４kb／s實時語音傳輸和數(shù)據(jù)傳輸,語音編碼為CVＳD，發(fā)射功率分別為1mW、2．5mW和10０mW，并使用全球統(tǒng)一的48比特的設備識別碼。由于藍牙采用無線接口來代替有線電纜連接，具有很強的移植性，并且適用于多種場合,加上該技術功耗低、對人體危害小,而且應用簡單、容易實現(xiàn)，所以易于推廣.圖10HC-05藍牙模塊原理圖5050全彩LED模塊內置控制芯片，僅需1個IＯ口即可控制多個ＬＥD芯片內置整形電路，信號畸變不會累計，穩(wěn)定顯示三基色256級亮度調劑,16萬色真彩顯示效果,掃描頻率不低于４０0Hz/S串行連級接口，能通過一根信號線完成數(shù)據(jù)的接收與解碼，刷新速率3０幀/秒時，低速連級模式連級數(shù)不小于5１2點,其原理圖如圖11所示。圖115050全彩LＥD模塊原理圖3。3檢測模塊檢測模塊由ＤHＴ11溫濕度傳感器及BMＰ08５氣壓傳感器組成。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，其原理圖如圖１2所示，它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(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,并與一個高性能8位單片機相連接，具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。圖12DＨT11溫濕度傳感器原理圖BＭP0８5是一款高精度、超低能耗的壓力傳感器，其示意圖如圖13所示,它可以應用在移動設備中。它的性能卓越，絕對精度最低可以達到0.0３hＰa，并且耗電極低，只有3uA。BMP0８５采用強大的8-pin陶瓷無引線芯片承載（LCＣ）超薄封裝，可以通過IＩC總線直接與各種微處理器相連.圖13BMP０85壓力傳感器原理圖3。4外圍電路模塊外圍電路由耗電設備直接通過Ｉ/Ｏ口連接到Ardｕino的相應接口上組成,其原理圖如圖14所示。圖１4外圍電路模塊及檢測模塊接線原理圖４。軟件設計4。1ＡPＰ端程序設計:作為系統(tǒng)的控制端部分,ＡPＰ端使用全球占有率最高的andｒoｉd系統(tǒng)，具有極佳的普適性；其程序設計分為兩個部分:（1)藍牙連接控制：APＰ端先通過ＢluetｏｏthAdapｔeｒ協(xié)議搜索獲取本地的藍牙列表,手動選擇藍牙設備后通過調用BluetｏothSocｋｅｔ對象的方法與燈光模塊的HＣ－05藍牙模塊進行通信，再由ｇetＯutpｕｔStｒｅａm()方法以數(shù)據(jù)流的形式輸出控制指令，HＣ-05藍牙模塊接收控制指令后傳輸給ＡrduｉnoNａno單片機進行處理,最后ＡPP端關閉輸出，完成燈光模塊的控制。（2)HTＴP連接控制：ＡPP端通過HTTP協(xié)議連接ArduiｎｏＵno單片機與W5100網絡模塊共同搭建的WEＢ服務器，采用ＡJAＸ技術使用Javascript向服務器提出請求及發(fā)送控制指令，從而完成對ＷＥＢ服務器采集到的環(huán)境信息的獲取及遠程控制外圍電路。４。2WEB服務器程序設計：WEB服務器通過Ａｒduｉnｏ單片機的編程語言搭建，通過使用以太網庫，AｒｄuｉnoUno單片機將能夠通過W５１０0模塊回應AＰP端的HTTP請求,通過APP端內嵌的ＷＥB瀏覽器連接到特定的ＩP地址后,ArduinｏUno單片機便可以通過HＴTP協(xié)議從模擬引腳端獲取的檢測模塊檢測到的環(huán)境數(shù)據(jù),最后通過HTTP協(xié)議反饋檢測數(shù)據(jù)到AＰP端。４.3燈光色彩亮度調節(jié):APP端將取色盤上的RGB顏色及亮度條百分比轉換為特定的數(shù)據(jù)流格式后（格式為（255，２55,２55，1００）,由藍牙模塊接收并輸出給AｒduinoNaｎｏ單片機，再由ＡrduinoＮaｎｏ單片機分析處理后傳輸給5050全彩LED模塊進行顯示,完成燈光模塊的色彩及亮度調節(jié).4.４節(jié)奏燈光的程序設計：節(jié)奏燈光的程序設計分為兩部分:(1)andｒoid音樂頻譜獲取:利用數(shù)字信號處理的知識把時域上連續(xù)的信號（波形）強度轉換成離散的頻域信號（頻譜）。頻譜反映的是音樂在某個連續(xù)時間段內，聲音的震動頻率.(2）頻譜轉換及傳輸：通過采集震動頻率將其轉化為特定格式的數(shù)據(jù)流,在Apｐ端以BluｅtoothSocｋｅt方法傳輸給ArduiｎoNａｎo單片機進行處理，從而實現(xiàn)節(jié)奏燈光。5.總結5.１系統(tǒng)總體效果圖圖1５系統(tǒng)總體效果圖圖16智能燈光效果圖圖１7ＡPＰ端主界面圖圖18AＰP端實時環(huán)境界面圖5。2系統(tǒng)實現(xiàn)的功能（１)160０萬色的LＥD燈光色彩調節(jié)及100級燈光亮度調節(jié)。(2)實時的室內溫濕度及氣壓的監(jiān)控.（3）智能感知溫度并智能調配室內電器工作狀態(tài).（4)遠程的智能家居開關控制。5.3不足及改進之處（1)由于Apｐ端采用了Ｖisｕａlizer類，所以在aｎdroid2.３以下的版本是無法支持。(2)由于使用HTTＰ協(xié)議所以遠程控制時會存在２到３秒內的延遲.（３）由于安卓的系統(tǒng)定制版本繁多的原因，在極個別手機上會出現(xiàn)應用崩潰的問題。附錄：1.燈光模塊電路設計圖2.檢測模塊及外圍電路接線圖3．單片機端程序voidｌoop(）{//ｈttp：//１９２。168。1．1７7/［1,１23，112]數(shù)據(jù)格式/／lisｔenｆorinｃoｍｉnｇcｌｉentsＥthernｅtClientclｉｅnt＝server．availabｌe（）;if(clｉeｎｔ){Seｒiａl.printｌｎ（”ｎｅｗclienｔ”）;/／anｈttprequestendswithablａnkｌineｂooleancurrentＬineIｓBｌａnk=true;whiｌe（ｃlｉenｔ.cｏnnｅｃteｄ()){if（cliｅnt.aｖailable（））｛ ／/獲取客戶端的數(shù)據(jù)chａrc＝client．read（）;if（ｃ==’［’）ResponｓｅＢegin=ｔrue;eｌseiｆ（c=='］’）ResponsｅBeｇin=false；if(RｅsｐonseBegiｎ）ｒｅtｕｒnVaｌuｅ+=c；Sｅｒiaｌ。writｅ（c);//ｉfｙou＇vegｏttｅntoｔheｅｎdoｆtｈelｉｎｅ(ｒｅceiveｄanewｌine//ｃｈaracter)aｎｄｔhｅlineiｓblａｎk,thehtｔprequｅsthａsended,//sｏyoｕｃaｎseｎdarｅplyiｆ(c=＝＇\ｎ’＆＆cｕrｒeｎtLinｅＩｓＢlanｋ）{Sｅｒiａl.priｎｔln(ｒeturnＶalue）；parsingString(）；Ｓerial．println(id);Ｓｅｒial．pｒｉｎtｌn(key1）;Serial．ｐｒinｔlｎ(ｋey2）；?if（iｄ.ｅquals（＂1＂)）｛／/溫度?//sｅnｄaｓtandardｈtｔpｒesponsｅｈｅａdeｒcｌieｎt。pｒinｔln(”HＴTP/1。1２０0OK＂）;cｌiｅnt．prinｔln（"Conｔent-Ｔｙpe：ｔeｘt/ｈtml”);cliｅnt.printlｎ(”Connｅctｉｏｎ：cｌose"）；cｌienｔ．prinｔln（）;?/／theconｎｅctionwillbeｃloｓedaftercompleｔionｏftheｒespｏnｓegｅｔTempData()；/／獲取溫度cｌiｅｎt。print(ｄａt(yī)temp)；//輸出?｝elseif(id．eqｕａls（"2＂））{/／LED亮度setLｅdＢrightｎeｓs(kｅｙ1。ｔoＩnt（））;?}eｌseif(id。eｑuａｌs(＂３”)）｛／/濕度clieｎt．prｉnｔlｎ（"HＴTＰ/1。１2０0OK”）；client．priｎtln（＂Coｎtent-Type:text／htmｌ＂）；cliｅnｔ。println(＂Coｎnｅction：close"）；clieｎｔ.ｐrintｌｎ（）；geｔHT（）;cｌiｅnｔ．ｐrint(hｕmidity１1);/／輸出｝elseif(ｉd.eqｕals（"4”)){／/溫度clｉent.prinｔｌn(”HTTP/１。1200OK"）;cｌienｔ．printlｎ(”Conteｎt-Type:texｔ/htｍl＂）；ｃlｉeｎt。priｎｔlｎ(＂Conｎection：cｌｏse”）；ｃｌｉent.ｐrintln（);getHT（)；ｃlｉenｔ．print（tｅmperature11）;//輸出｝eｌseif（id。eｑｕals（"5"))｛／/溫度［5]，使用的cliｅｎt.println(”HTTP/１。１200OK”);clienｔ．priｎtln("Content-Type：tｅxt／ｈtｍl”）;clienｔ．printlｎ（"Conｎection：cｌose"）；client.printｌn(）；tempeｒatｕｒe=bｍp085ＧeｔTemperatuｒｅ（bmｐ０85ReaｄＵＴ()）；clieｎｔ。print(0．1*teｍｐerａt(yī)ure）;//輸出 }elseｉf（iｄ．equals(”６＂)){//氣壓ｃlｉｅnt。prinｔｌｎ(”HTTP／1.12００ＯK")；client.printｌn(＂Coｎｔent-Type：tｅxｔ/hｔmｌ＂);cliｅnｔ。ｐriｎｔlｎ（＂Connectiｏn：cｌose")；clｉenｔ.prｉnｔlｎ(）；pressure=bmp０８5ＧetPressｕre（bmp085ＲｅａdＵP（））;ｃlｉent．ｐrint（pressure）;//輸出 ｝eｌseｉｆ（id。eqｕals（”7＂））{／/開關［7,1，１],［模塊，開關，是否開]?switch(key1.toInt（)）｛／/選擇輸出口caｓe1:ｋａiｇuan（lｅd1)；brｅak;ｃase2:kaiguaｎ（lｅd2);ｂreak;ｃase3：kaｉgｕaｎ(lｅd３）；breａk;ｃasｅ４:kaiguan(lｅd4);breａｋ;cａsｅ５:ｋaｉguan（leｄ5）；ｂｒｅak；caｓe6：kaiｇuａn(led6);ｂrｅａk；case7:kaiguａn(ｌeｄ7）;ｂｒeａk； }clｉeｎt.ｐrinｔln（”HTTP/1。１20０OK＂)；?｝eｌseif(id．equals("8＂））{/／開關［８，50０,１]［模塊，時間(秒）,是否開(1，0)]unｓiｇnedｌｏngｔime=mｉllis（); ｔime１＝ｔime+(key1．toＩnt(））*１０0０；?stａｔuｓ１=ｋey2。tｏＩnt(）；Ｓerial。println(”timｅ１=”）;Serｉａl．priｎtln（ｔime1）;Serial.println(time);?｝elseｉf（iｄ.ｅquａls(”９”))｛///／開關[8，26］傳溫度值，默認2６℃temp_ｓeｔ=（keｙ1。toIｎt（)）*10;Serial．priｎtln(”temp12＝”)；Ｓerial．println（temp_sｅt）;ｔemｐerａt(yī)ｕrｅ=bｍp０85GetTｅｍｐerature（ｂmｐ085RｅadUT（)）；Sｅrial.prｉnｔｌn(tempeｒature）; ｝break;｝if(c=='\n')｛/／you＇restartinganewlinｅcurrentＬiｎeIｓBlank＝tｒｕe;｝eｌseｉf（c！='\r’)｛／/ｙoｕ＇vｅgoｔtenachａrａcｔeronｔhecurｒentlｉnecｕrrｅntLiｎeIsBlaｎk=fａlｓe；}}}//ｇiｖｅthewebbrowserｔimｅtoreｃeｉvｅthedataｄｅlaｙ（１）；／/clｏsetｈｅcｏnnｅction：ｃｌieｎt．stｏp(）；Serial．println（＂ｃlienｔdiｓcｏｎｎｅｃｔed”)；}/／定時開關ｉｆ（tiｍe1！=０）｛if(ｔime1=＝millis（）)｛ if(staｔｕs1=＝1）｛／/開diｇiｔalWriｔe(ｌed1，HIＧH）；?time1=0；?｝eｌsｅif(ｓtaｔus1＝=０）｛//關dｉgitalWrｉte(leｄ1，LOW)； tｉmｅ１＝０; ｝?｝ ｝//到某個溫度值時開關tempｅratuｒe＝ｂｍp085GｅtTeｍperatuｒe(bmp０85RｅadＵT(）)；if（teｍperature〉＝ｔemｐ_set)｛intｔemｐ_value＝（teｍperature—temp_set）+10０；iｆ(teｍp＿value>２５5)｛temｐ_vａluｅ=2５５;?}ｓeｔLedBrightness(ｔeｍp_vａlｕe)；｝ｅlse｛dｉｇｉtalWrite(led2，LＯW)； }｝參考文獻［1]SiｍｏnMonk。《Ａrduino編程從零開始》．北京：科學出版社,2013［2]姚尚朗。《Anｄroid開發(fā)入門與實戰(zhàn)》(第二版)．北京：人民郵電出版社,201３[３］明日科技。《ＨTＭL5從入門到精通》．北京：清華大學出版社，2012［4］吳功宜.《物聯(lián)網工程導論》．北京：機械工業(yè)出版社，2０12［5]喻宗泉。《藍牙技術基礎》．北京：機械工業(yè)出版社，2014山東科技大學第三屆學生電子設計大賽技術報告基于Arｄuino單片機的智能家居系統(tǒng)學院：電子通信與物理學院班級：碩研２015級參賽者：張榮飛曹其棟侯煥存摘要本文中我們基于Arduiｎo單片機設計了一個模擬智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)以ＡrduinｏＵNOR3單片機為核心，外接光照檢測、溫濕度傳感器、LED、風扇和無線通信等模塊。整個系統(tǒng)分為檢測端和控制端兩大部分,檢測端由光敏電阻、溫濕度傳感器、無線通信模塊和單片機組成。控制端由無線接收、液晶顯示、電燈控制和風扇控制四大模塊組成，包含單片機、無線通信模塊、ＬCD顯示屏、風扇和LＥD等。檢測端和控制端之間借助無線通信模塊進行無線通信，控制端內部的無線接收和液晶顯示兩個模塊之間則采用串口通信。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對室內溫度、濕度和光照強度等參數(shù)的實時檢測,并借助ＬＣＤ顯示溫濕度值，還可以根據(jù)檢測端探測到的光照強度和溫度值以及預先設定的參數(shù)對室內的電燈和風扇進行智能控制。關鍵詞：智能家居；Ａrduinｏ單片機；自動控制；無線通信;液晶顯示目錄TＯC＼o＂1－3＂\h\z\uＨYPEＲLINK\l”_Toc451２77４４9”§1緒論?PＡGEＲEＦ_Ｔoc45127７449\h１１.1智能家居簡介 PＡGEＲEF＿Toｃ４51277450\ｈ1HYPERLINK\l＂_Toc４51277４５1”1.2智能家居的研究意義 PAGＥREＦ_Toc４512７7451＼h2§2系統(tǒng)總體設計方案 PＡＧEREF_Ｔoc45１277452＼h3HYPERLINK\l＂_Tｏｃ45127745３”2。1系統(tǒng)框圖 ＰＡGEREF＿Toc4５1277453\ｈ32。2系統(tǒng)工作原理簡介?ＰAＧEREF_Toc4512７74５４＼h３§３系統(tǒng)硬件設計 PAGERＥF＿Toｃ451２７7４55\ｈ４HYPＥRLIＮK\l”_Toc４５1２7745６"3.1單片機的選擇 PAGＥREF_Tｏc451277456\h4ＨYＰERLIＮK３.1。１ArduｉnoUNO簡介?PAGEREF_Tｏc4５１2774５7\h43。１。2Ａrduiｎo單片機特色 PAＧERＥF＿Toｃ４51277458＼h53．1。3Arｄuino單片機引腳簡介 PAＧEREF_Toｃ４512７7459\h53.1．4Ardｕino單片機編程軟件 ＰAGEREF_Toc4５1２77460\h63．2溫濕度檢測模塊設計?PAGＥREF_Ｔoc451277461\ｈ63.2.1DＨＴ11概述 PAＧEREＦ＿Toc4５１27７4６2＼h63.2．２DHT1１引腳說明 PＡGEＲEF_Toc451２77463\h7HYPERLＩNK3.２。3電源引腳?PＡGEREF_Ｔoｃ451２77464\h８HＹＰERＬIＮＫ\l”_Ｔｏｃ451277465"３．2.4串行接口(單線雙向） ＰAGＥREF_Toc45１277４65\ｈ8HＹPEＲLINＫ\l＂_Tｏｃ４５1277466”3.3光照檢測模塊設計 PAGＥＲEF_Toc45１277４66\h８HＹPERLIＮＫ\l＂_Tｏｃ45127７467"3。4無線通信模塊設計?PAGEＲEF_Toc45１27７４6７＼h９HYPERLINK\l＂_Toc451277４68＂3。5液晶顯示模塊設計 ＰＡＧＥREF_Tｏc4５127７468\h９3．５．1液晶顯示模塊的選擇 ＰAGERＥF_Toc451２77469＼ｈ９3。5．２液晶顯示電路設計 ＰAGEREF_Toc45１277470\ｈ１0ＨYPERLIＮK\l”＿Ｔoc４512７7４71＂３．６其他模塊設計 ＰAGＥREF＿Toc451277471\h11HYPEＲＬINK\l＂_Toc４5１277４７2"３。6。1電燈模塊設計?PＡGＥＲEF_Tｏc45１277４７2＼h１1HＹＰＥRＬＩＮＫ\l”_Tｏc45127７473＂３。６。2風扇模塊設計?PＡGＥREF_Ｔoc45127７473\h1２HYPEＲLＩNK3。7系統(tǒng)硬件實物圖 PＡGEREF_Toc４5127７474＼ｈ1２§4軟件系統(tǒng)設計?PAGＥREF_Ｔoc４５127747５\h13４.1檢測端程序設計?PＡGＥREF_Toｃ4512７7４76＼ｈ1３4。２控制端程序設計 ＰAＧEREF_Ｔoc451２77477\h13HYＰEＲLIＮＫ\l”_Ｔoc４５1277４78”§5總結?PAGEＲEF_Tｏｃ451277４78\h１５參考文獻?ＰAGEREF_Toc4５1277４79\h15附錄:源程序 ７７４80\h1６§１緒論１。1智能家居簡介智能家居很早就出現(xiàn)在人們的定義當中，但很長時間以來都沒有真正意義上的智能家居成型，到了1９84年美國聯(lián)合科技公司（UnｉtedTecｈnologiesＢuildｉngSyｓtｅｍ)將智能信息融入建筑設備中，在整合的基礎上應用到了美國康乃迪克州哈特佛市的城市地標性建筑中時,出現(xiàn)了世界上的首棟智能化建筑，也正是從那時開始,智能化家居正式融入到現(xiàn)代生活中。智能家居控制的發(fā)展關鍵在于設計理念以及經營者的心態(tài),市場目標客戶真正需要什么東西，如果只注重簽單，不設身處地的為客戶著想，不兼顧智能解決未來的發(fā)展，提供片面的智能家居解決方案，而不考慮客戶的適用性,是不可取的，是急功近利的表現(xiàn),這不僅降低了智能家居的應用效果，還不利于整個智能家居行業(yè)的發(fā)展.智能家居控制系統(tǒng)的市場不是一般普通的商品買賣,而是一項系統(tǒng)性工程,它涉及到很多技術，涉及到人們生活的方方面面,智能家居控制系統(tǒng)的終極目標是一種理想,更是一種理念,要想智能家居控制系統(tǒng)有很好的發(fā)展,研發(fā)機構必須本著長遠發(fā)展的心態(tài),本著簡化、實用、性價比高、適合市場的理念，虔誠研究人們的生活、習慣、精神文化等需要,并把它看最高目標,運用各種技術手段實現(xiàn)它.在國內,智能家居不是單純意義上的智能產品，也不能被狹義的理解為小區(qū)智能化,而是基于小區(qū)的多層次家居智能化解決方案。它綜合利用主控平臺、無線連接及通信、設備管理、整體布局布線等手段，將住戶智能化管理、交互共享及消費服務、小區(qū)安防監(jiān)控等常見家居因素協(xié)調配合并最終整合為整體，在原有小區(qū)智能化的大面上延伸到小區(qū)內部室內家居的具體環(huán)節(jié)，構建出高效、舒適、安全、便捷的個性化住宅空間。近幾年,很多研發(fā)機構和廠商已經意識到家庭安全的重要性，把智能家居作為一個重要的方向和項目來研究，并紛紛投入大量人力財力，使智能家居真正的走向市場和產業(yè)化生產。智能家居是一個具有交互能力的平臺,并且通過平臺能夠把各種不同的系統(tǒng)、協(xié)議、信息和內容控制在相對獨立的模塊單元中進行傳輸、交換。１。2智能家居的研究意義隨著人們生活水平的不斷提高，生活節(jié)奏的加快，人們不斷的對居住環(huán)境提出更高的要求，越來越注重家庭生活中每個成員的舒適、安全和便利，因此從市場需求的角度來說，智能家居必然是前景廣闊。因此設計一個符合國家國情和規(guī)范的集遠程控制和本地控制為一體的智能家居控制系統(tǒng)是非常具有現(xiàn)實意義的，且勢在必行。作為智能家居的核心系統(tǒng)的智能家居的控制系統(tǒng),它的設計功能的完善必將推動住宅智能化的發(fā)展.而系統(tǒng)功能的集成化、用戶使用的傻瓜化以及市場的平民化將是智能家居控制器的發(fā)展趨勢,系統(tǒng)也將逐步邁向綠色化。最終，我想全人類的夢想是智能家居控制系統(tǒng)將囊括所有的家事雜物，讓我們真正的享受舒適溫馨的家庭生活.雖然智能家居經過十幾年的蓬勃發(fā)展，很多功能已趨于完善和成熟，智能化家居系統(tǒng)的應用也越來越廣泛，然而生活中的智能家居所展現(xiàn)出的智能化,與業(yè)主所理想的智能化還存在較大差距。而這也推動了智能化技術在家居領域的縱深發(fā)展,并為各類智能化家居新產品的設計和研發(fā)增加了動力，同時新產品的出現(xiàn)，也大大豐富了智能家居系統(tǒng)的厚度.因此,將智能家居作為這次研究的主要內容具有很大的現(xiàn)實指導意義。本文的目的就是設計一個簡捷有效智能家居控制系統(tǒng),從溫度、濕度、光照強度的采集,到LCＤ實時顯示，并根據(jù)采集的信號不同采取相應的應對機制，智能控制家中的電燈、風扇等電器設備，從而實現(xiàn)基本的智能家居功能.§2系統(tǒng)總體設計方案2。1系統(tǒng)框圖智能家居控制系統(tǒng)對整個家庭內部環(huán)境進行監(jiān)測和及時應對的系統(tǒng),核心部分是單片機，通過與其他各監(jiān)測模塊和執(zhí)行模塊的連接,實現(xiàn)對室內環(huán)境的整體改變和各元件的控制。首先,主控元件對接收到的數(shù)據(jù)(如光線強暗，溫度高低）通過LCD顯示模塊進行實時顯示,使室內情況一目了然.然后根據(jù)各信號采集模塊傳送給單片機的數(shù)據(jù)，做出應對執(zhí)行，實現(xiàn)家居系統(tǒng)的智能控制.系統(tǒng)總體框圖如下：圖2。1系統(tǒng)總體框圖２。2系統(tǒng)工作原理簡介本系統(tǒng)工作可以分為四個部分：第一部分是傳感器數(shù)據(jù)采集，將溫度傳感器、濕度傳感器以及光敏電阻分別連接到單片機①上，單片機①會將傳感器采集到的實時數(shù)據(jù)進行處理；第二部分是數(shù)據(jù)傳輸，有兩個無線模塊，一個連接到單片機①上作為發(fā)射端,一個連接到單片機②上作為接收端,單片機①將處理過的數(shù)據(jù)通過發(fā)射端發(fā)送出去,單片機②通過接收端將數(shù)據(jù)接收進來，再次進行處理；第三部分是控制功能，單片機②將接收到的數(shù)據(jù)與設定的閾值進行比較，當達到閾值條件時，可以啟動風扇或者電燈，另外,溫度和光敏設定了幾個不同的閾值,當達到某一閾值會有相應的風扇轉速或者電燈亮度；第四部分,溫濕度顯示，單片機②將通過無線方式接收到的數(shù)據(jù)采用串口通信的方式傳給單片機③,單片機③是專門用來控制LＣD1602液晶顯示屏的，得到數(shù)據(jù)后單片機③將數(shù)據(jù)傳到液晶屏進行顯示。§３系統(tǒng)硬件設計3。1單片機的選擇首先將所需器件羅列,根據(jù)與單片機相連的各器件，確定整個系統(tǒng)所需與單片機連接的管腳數(shù)，通過查資料，選定Aｒduｉno單片機作為該系統(tǒng)的微控制器，因為它帶有模擬I／O口,在外接各類傳感器方面比普通的51系列單片機更為方便.Ａrduｉnｏ單片機的模擬I/O口可以很方便地將光敏電阻和溫濕度傳感器等模塊采集到的模擬量經A／D轉換后送給單片機進行處理,而對數(shù)字信號的識別和處理正是Arｄuｉnｏ的優(yōu)勢所在。3.1。1ＡrduiｎoUNＯ簡介ＡrduinoUNO是ArduinｏＵSB接口系列的最新版本，作為Ａrｄｕinｏ平臺的參考標準模板.UＮO的處理器核心是AＴmｅga３2８，同時具有14路數(shù)字輸入/輸出口(其中６路可作為ＰWM輸出)，6路模擬輸入，一個16ＭHｚ晶體振蕩器,一個ＵSB口，一個電源插座，一個ICSPheａｄeｒ和一個復位按鈕。UＮO已經發(fā)布到第三版,與前兩版相比有以下新的特點：在AＲＥF處增加了兩個管腳SDA和SCL，支持I2Ｃ接口；增加ＩＯREＦ和一個預留管腳，將來擴展板將能兼容5V和3.3V核心板。這樣改進了復位電路設計,UＳB接口芯片由ＡＴmegａ1６U2替代了ATmega８U2。圖2。2為改進后的ＡrｄuinoUＮO。圖2.２ArduｉnｏUＮＯR3３.１．2Arｄuino單片機特色１、開放源代碼的電路圖設計，程序開發(fā)接口免費下載，也可依需求自己修改.2、使用低價格的微處理控制器（ATMＥGA８或AＴmeｇa128）.可以采用USB接口供電，不需外接電源，也可以使用外部9VDC輸入。3、Ａrduino支持IＳP在線燒，可以將新的“booｔloａdｅr”固件燒入ＡTmeｇa8或ATｍeｇa１28芯片.有了boｏtlｏaｄer之后,可以通過串口或者USＢtoRs2３２線更新固件.4、可依據(jù)官方提供的Eａｇle格式PＣＢ和SCＨ電路圖,簡化Arduiｎo模組,完成獨立運作的微處理控制.可簡單地與傳感器，各式各樣的電子元件連接（如：紅外線、超聲波、熱敏電阻、光敏電阻、伺服馬達等）。5、支持多種互動程序，如：Ｆlａsｈ、Ｍａx/Msp、VＶＶＶ、PD、C、Procesｓing等。6、應用方面，利用Aｒduiｎo，突破以往只能使用鼠標、鍵盤、CCD等