基于ARM智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)(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(shè)計(jì)基于ARM智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)(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(yuǎn)程監(jiān)控模塊,安全報(bào)警和預(yù)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(cuò)等無線通信技術(shù)，綜合布線技術(shù)組成家庭無線通信網(wǎng)絡(luò).結(jié)合家電控制端模塊與高度靈敏的傳感器，達(dá)到準(zhǔn)確操作和實(shí)時(shí)通信的效果。本設(shè)計(jì)有功能豐富，操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：智能家居，嵌入式系統(tǒng)，GPS,ZigBｅe(cuò)1。引言智能家居是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和傳感技術(shù)等,按照人體工程學(xué)原理，把家居生活里的各種電子設(shè)備有機(jī)的結(jié)合在一起，通過網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高，家居生活里的電子產(chǎn)品不但種類越來越豐富,功能更加完善,應(yīng)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(chǎn)品種類達(dá)到數(shù)百種，實(shí)現(xiàn)對(duì)如此多的家居電子產(chǎn)品的綜合控制是智能家居發(fā)展的趨勢(shì)。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(jié)合GPRS和ZｉgBee通信技術(shù)，根據(jù)實(shí)際的需要實(shí)現(xiàn)對(duì)家居電子設(shè)備進(jìn)行本地和遠(yuǎn)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(wǎng)將控制指令傳輸給控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)各種家居電器的監(jiān)控，遠(yuǎn)程控制是指用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)將控制指令傳輸給控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種家居電器的遠(yuǎn)距離監(jiān)控，這兩種控制方式的結(jié)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(shì)。研究背景智能家電是計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)向傳統(tǒng)家電產(chǎn)業(yè)滲透發(fā)展的必然結(jié)果。近年來隨著信息化的普及應(yīng)用,通訊的高層次化與自由化、業(yè)務(wù)量急速增加,以及人類對(duì)工作、生活環(huán)境的安全性、效率性、舒適性要求的提高，對(duì)家居智能化提出了強(qiáng)勁需求;此外在技術(shù)方面,由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通信技術(shù)的飛速進(jìn)步,也促進(jìn)了智能家居的發(fā)展.目前通常把智能家居定義為利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子控制技術(shù)，通過家庭信息管理平臺(tái)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)。也就是說，首先它們都要在一個(gè)家居中建立一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò),為家庭信息提供所需的通路,在家庭網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制下，通過相應(yīng)的硬件和執(zhí)行體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接在家庭網(wǎng)絡(luò)上的家電和設(shè)備的監(jiān)控。其次，它們要通過一定的系統(tǒng)界面平臺(tái),構(gòu)成與外界的通訊通道，實(shí)現(xiàn)與家庭以外的網(wǎng)絡(luò)互通信息,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、監(jiān)視和交換信息的，最終滿足人們對(duì)安全、舒適、方便和符合綠色環(huán)境保護(hù)的越來越高的需求.進(jìn)入2１世紀(jì),數(shù)字化技術(shù)取得了更加迅猛的發(fā)展并日益滲透到各個(gè)領(lǐng)域。隨著Internｅｔ網(wǎng)向普通家庭生活不斷擴(kuò)展，消費(fèi)電子、通訊、計(jì)算機(jī)一體化趨勢(shì)日趨明顯，智能化信息家電產(chǎn)品已經(jīng)開始步入社會(huì)和家庭。智能家居在我國(guó)已經(jīng)歷了７年的發(fā)展。智能家居涉及不少行業(yè)領(lǐng)域:電子、通信、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、建筑裝飾等，在實(shí)際需求確定中最重要的一點(diǎn)不是智能化如何先進(jìn)，產(chǎn)品如何高檔，而是智能家居系統(tǒng)怎樣與家居環(huán)境有機(jī)融為一體.智能家居怎樣做到實(shí)用、易用、人性化，真正提高人們的生活品質(zhì)，才是智能家居的發(fā)展方向。國(guó)內(nèi)、外智能家居的發(fā)展與現(xiàn)狀早在1979年,美國(guó)斯坦福研究所就提出了在建筑物內(nèi)將家用電器、電器設(shè)備的控制線統(tǒng)一為家庭總線的概念。之后,在美國(guó)成立了現(xiàn)代住宅研究會(huì),專門從事這一頓域的研究。1９８3年，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)開始制定家用電器的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。1984年，第一幢智能建筑在美出現(xiàn)后，美國(guó)住宅建筑者協(xié)會(huì)成立了現(xiàn)代住宅開發(fā)公司,開始有關(guān)基礎(chǔ)性研究工作,并在19８9年推出了將電力供應(yīng)、空調(diào)控制和數(shù)據(jù)通信合成一個(gè)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(dá)國(guó)家得到了廣泛的認(rèn)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(jì)劃，大力進(jìn)行該方面的研究。在上世紀(jì)80年代,歐洲電器標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制定了家用數(shù)字總線標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步規(guī)劃了智能住宅的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在東南亞，新加坡的智能建筑技術(shù)研究處于領(lǐng)先水平，如寶德勝家庭智能化系統(tǒng)，已經(jīng)用于3０多個(gè)住宅小區(qū)。在“亞洲家庭電器與電子消費(fèi)品國(guó)展覽會(huì)”上展示的“未來之家”，其智能品質(zhì)受到人們的普遍關(guān)注。由于我國(guó)的房地產(chǎn),自動(dòng)化技術(shù)等起步較晚,對(duì)智能住宅的研究剛剛起步,但己經(jīng)引起了有關(guān)部門的高度重視。有關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)表明,全球家庭智能化市場(chǎng)的年平均增長(zhǎng)率為8%,家庭網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)總額為57億美元,智能家居產(chǎn)品銷售額達(dá)到1４0億美元.為了搶奪這塊“蛋糕”。國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)紛紛試水該產(chǎn)業(yè)，包括ＴCL、海爾、清華同方等大型企業(yè)利用品牌優(yōu)勢(shì)系入該產(chǎn)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(rèn)為，制約該產(chǎn)業(yè)發(fā)展有“三道坎”：一是由于智能家居產(chǎn)業(yè)國(guó)家還沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，很多中小企業(yè)各自為政，相互間的產(chǎn)品不具兼容性；第二,由于技術(shù)人員投有做深入的市場(chǎng)調(diào)查，開發(fā)出的產(chǎn)品雖然技術(shù)上具有先進(jìn)性，但實(shí)用性差，操作復(fù)雜，與市場(chǎng)需求脫節(jié):第三，由于技術(shù)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(chǎn),造成產(chǎn)品價(jià)格居高不下.總的來說，我國(guó)智能家居信息化有著廣泛的市場(chǎng)前景，研究適合于中國(guó)國(guó)情的智能家居系統(tǒng)必然有著巨大的市場(chǎng)前景。系統(tǒng)的需求分析經(jīng)過前幾年各商家、媒體對(duì)家居智能化概念性的宣摶，現(xiàn)在消費(fèi)者對(duì)智能家居產(chǎn)品已經(jīng)不斷熟悉。有關(guān)調(diào)查顯示，消費(fèi)者已經(jīng)接受了智能家居這一產(chǎn)品的概念且有購買意向.而在家電控制產(chǎn)品價(jià)格方面絕大多數(shù)的消費(fèi)者的承受價(jià)位在50０0元以內(nèi),近l／3的消費(fèi)者承受價(jià)位在2000元以下.然而時(shí)至今日，國(guó)內(nèi)廠家自行研制、開發(fā)的智能家居產(chǎn)品不太成熟，而有一些國(guó)外的知名品牌由于價(jià)格太高，無法滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。所以智能化家居產(chǎn)品的確蘊(yùn)涵了無限商機(jī)。但是要真正挖掘如此大的市場(chǎng),則需要研究消費(fèi)者的深層需求哪。嵌入式技術(shù)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(chǔ)的智能化家居系統(tǒng)的發(fā)展奠定了硬件基礎(chǔ)，使較復(fù)雜的檢測(cè)和識(shí)別算法在系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在軟件方面，出現(xiàn)了豐富的支持嵌入式設(shè)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(shù)支持。同時(shí)智能化家居的概念也更加明確。相關(guān)的智能化技術(shù)得到了顯著的發(fā)展，使開發(fā)能獲得大量先進(jìn)的資料.隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,寬帶網(wǎng)絡(luò)在全國(guó)范圍內(nèi)迅速擴(kuò)展.許多新建住宅小區(qū)都將以太網(wǎng)鋪設(shè)到了用戶家庭，使得整個(gè)小區(qū)的居民通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)寬帶上兩成為可能。同時(shí)，隨著社區(qū)服務(wù)的完善.智能小區(qū)需要通過一個(gè)安裝在每個(gè)家庭的終端設(shè)備實(shí)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(wù)中心通過鋪設(shè)專線,如485總線來進(jìn)行連接，工程量大，故障率高，且由于只能采取主機(jī)輪循方式而效率較低。如果能夠利用已經(jīng)鋪設(shè)到用戶家庭的、現(xiàn)成的、穩(wěn)定的以太網(wǎng)絡(luò)組建社區(qū)綜合服務(wù)體系是一項(xiàng)非常有意義的事情。而目前基于以太網(wǎng)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(jié)構(gòu)開發(fā)周期短、功能強(qiáng)、信息交換速率高、但致命的是成本太高,這也是一直在國(guó)內(nèi)無法推廣的主要問題.因此,向智能小區(qū)的每個(gè)住宅提供一個(gè)基于16/32位ＭCU連接以太網(wǎng)的低成本信息終端。不僅具有實(shí)用價(jià)值，而且市場(chǎng)前景也相當(dāng)廣闊。２．無線智能家居控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能ZigBee設(shè)計(jì)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(cè)，語音報(bào)警和電源等模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)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(bào)警模塊ARM9控制核心語音報(bào)警模塊ARM9控制核心S3C2440GPRS通信GPRS通信手機(jī)模塊電源模塊手機(jī)模塊電源模塊計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)圖1結(jié)構(gòu)模型圖ＡRM為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，通過GPRS和ZigBeｅ無線通信網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)控制指令實(shí)現(xiàn)對(duì)家居電器進(jìn)行綜合監(jiān)控，同時(shí)提供防火墻的功能,阻止外界對(duì)家庭內(nèi)部設(shè)備的攻擊和非法訪問。無線通信模塊分為本地和遠(yuǎn)程兩部分，本地通信主要通過新型的ＺigBee無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與家居電器的通信，達(dá)到對(duì)其控制；遠(yuǎn)程通信是利用手機(jī)通過GPRS通信網(wǎng)絡(luò)或利用計(jì)算機(jī)通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人與控制系統(tǒng)的通信，進(jìn)而達(dá)到對(duì)家居電器的遠(yuǎn)程監(jiān)控.采用無線通信技術(shù)省去了布線使家居布局更加靈活，遠(yuǎn)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(duì)所控制的家居電器進(jìn)行開關(guān)、工作參數(shù)的設(shè)置和工作狀態(tài)的檢測(cè)。安全防盜：家居中的所有與控制系統(tǒng)連接的電器設(shè)備均可實(shí)現(xiàn)與主人通信，一旦盜賊對(duì)某設(shè)備進(jìn)行操作,或某設(shè)備工作狀態(tài)異常時(shí),系統(tǒng)將立即通知主人,以達(dá)到安全和防盜的目的。自動(dòng)報(bào)警：當(dāng)檢測(cè)到家居環(huán)境的溫度、濕度、煤氣、煙氣等超標(biāo),或檢測(cè)到有陌生人強(qiáng)行開啟室門或進(jìn)入室內(nèi)時(shí)就自動(dòng)報(bào)警，告知居室主人.室內(nèi)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(cè).遠(yuǎn)程控制：用戶遠(yuǎn)程可以通過手機(jī)短息或互聯(lián)網(wǎng)對(duì)家居電器進(jìn)行控制或工作狀況查詢。本地控制:用戶在本地可通過計(jì)算機(jī)或家居電器本身的操作鍵對(duì)家居電器進(jìn)行監(jiān)控。（2）系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件主要由ARM9微處理器、ＺigBｅe(cuò)通信技術(shù)、GＰRS通信網(wǎng)絡(luò)、ＬCD觸摸屏、語音報(bào)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(nèi)核,0。13uｍ

的ＣMOS

標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元，最高主頻可以達(dá)到400ＭHz,提供多款液晶屏配置。ARM920T

實(shí)現(xiàn)了ＭＭU,ＡMBA

BUS

和Harvaｒd

高速緩沖體系結(jié)構(gòu),這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16Kb

指令Cachｅ

和１６Ｋb

數(shù)據(jù)Cache，每個(gè)都是由具有8

字長(zhǎng)的行組成。通過提供一套完整的通用系統(tǒng)外設(shè)，無需配置額外的組件從而減少整體系統(tǒng)成本，為手持設(shè)備和一般類型應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案.應(yīng)用范圍：ＡRＭ9處理器是多種應(yīng)用中先進(jìn)數(shù)字產(chǎn)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(yīng)用提供可靠的高性能和靈活性.豐富的DSＰ擴(kuò)展使SｏC設(shè)計(jì)不再需要單獨(dú)的DSP。此外,PPA特別適合各種應(yīng)用。

消費(fèi)品智能手機(jī)、PDA、機(jī)頂盒、PMP、電子玩具、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等。聯(lián)網(wǎng)無線局域網(wǎng)、802．11、藍(lán)牙、Firｅｗiｒe、SCSI、２.5G/3Ｇ基帶等。汽車，電力火車、ABＳ、車身系統(tǒng)、導(dǎo)航、信息娛樂等。嵌入式USＢ控制器、藍(lán)牙控制器、醫(yī)用掃描儀等。存儲(chǔ)硬盤控制器、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器等。性價(jià)比：從單一設(shè)計(jì)到永久擁有采用多種處理器授權(quán)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(shí)間，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。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(diào)試器和RTOS工具體系眾多設(shè)計(jì)服務(wù)合作伙伴可幫助完成設(shè)計(jì)任務(wù)大量第三方IP可與處理器集成。

特點(diǎn)：基于ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)

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(nèi)存/寫回

同時(shí)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(jié)構(gòu)-獨(dú)立的指令和數(shù)據(jù)內(nèi)存接口

增加了可用內(nèi)存帶寬

同時(shí)訪問I

&

D內(nèi)存

改進(jìn)了性能

31

x

32位寄存器

32

位ALU

和桶式移位器

增強(qiáng)型

３２

位

ＭＡC塊

CoｒｅSight?

ETM９

接口用于增強(qiáng)型調(diào)試和跟蹤功能

標(biāo)準(zhǔn)AMBＡ?

ＡHB?接口

協(xié)處理器接口內(nèi)存控制器內(nèi)存控制器②無線通信網(wǎng)絡(luò)ＧＰRＳ網(wǎng)絡(luò)是覆蓋范圍最廣，性能較為完善的無線網(wǎng)絡(luò)，ＧPＲS網(wǎng)絡(luò)本身具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)能力，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)12８Kb／s，能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性.ＺigBeｅ技術(shù)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低；采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，ZigBee技術(shù)與GPRS通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合組成新的無線通信網(wǎng)絡(luò)。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(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)無線透明傳輸?shù)那度胧紻TＵ模塊。內(nèi)置工業(yè)級(jí)GPRS引擎和嵌入式處理器.支持PＰP、TCP、UDP、IＣMP等眾多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和SＯCＫET標(biāo)準(zhǔn),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(shí)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、設(shè)備間、設(shè)備與中心間等各種不同的通訊模式。用戶不用關(guān)心復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,使用TTL串行通信接口,就可以進(jìn)行無線數(shù)據(jù)收發(fā),使系統(tǒng)能夠隨時(shí)隨地接入Iｎteｒｎｅt.ＺigBｅｅ技術(shù)是一種新型的無線、短距離、低功耗組網(wǎng)通訊技術(shù)，具有低復(fù)雜度、低功耗、低成本、高效率，可靠度高和網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積廣等技術(shù)優(yōu)勢(shì),工作在免費(fèi)的2。4GHz－２.5GHzＩSＭ微波段，具有較強(qiáng)的抗干擾性和設(shè)備聯(lián)絡(luò)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)1500m的全向識(shí)別，傳輸速率最高可達(dá)１0M

bit／s，它支持３種主要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型，即星狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和族狀結(jié)構(gòu)，這些網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性.基于以上特點(diǎn)ZigＢeｅ廣泛應(yīng)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(chǔ)的2。4GHz

ISM波段應(yīng)用及對(duì)低成本，低功耗的要求，它結(jié)合一個(gè)高性能2。4GHz

DSSS(直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心，ＺｉｇBｅe(cuò)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(fù)雜度的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù);基于802.15。4標(biāo)準(zhǔn)；ZigＢee有三個(gè)可以使用頻段，國(guó)內(nèi)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(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容量達(dá)到65535個(gè),具有非常大的組網(wǎng)優(yōu)勢(shì)ZiｇBｅe(cuò)的作用：無線控制或無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；組件PAN；設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)通訊;無線控制燈，開關(guān).溫控器，電氣用具等.應(yīng)用：ZigＢeｅ作為一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)在生產(chǎn)生活中也有許多應(yīng)用,如農(nóng)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(huì)發(fā)展帶來了很大的便利.如圖3所示。消費(fèi)電子工業(yè)農(nóng)業(yè)商業(yè)TVVCR消費(fèi)電子工業(yè)農(nóng)業(yè)商業(yè)TVVCRCD監(jiān)視傳感器Pc機(jī)的外圍設(shè)備Pc機(jī)的外圍設(shè)備個(gè)人健康監(jiān)護(hù)低速無線設(shè)備←鼠標(biāo)鍵盤監(jiān)視診斷器低速無線設(shè)備鼠標(biāo)鍵盤監(jiān)視診斷器家庭自動(dòng)化玩具和游戲家庭自動(dòng)化玩具和游戲保安，HVAC保安，HVAC，照明玩具，游戲器具圖3ZigBee應(yīng)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(cè)器，人體紅外探測(cè)器，門窗磁開關(guān),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(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)并與控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(nèi)部置有8１9２個(gè)16×16點(diǎn)陣的一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體漢字和1２8個(gè)16×8點(diǎn)ＡSＣIＩ字符集，用來顯示８×2行16×１6點(diǎn)陣的漢字對(duì)話信息，構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面并顯示當(dāng)前時(shí)間、日期、星期、濕度、溫度、定時(shí)提醒等信息和煤氣等有毒的含量超標(biāo)時(shí)報(bào)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(wǎng)將手機(jī)與ARM9建立聯(lián)系，采用ZｉgBeｅ無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)ARM９與ＳTＣ８9C52的通信,再通過STC89C５2實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制。系統(tǒng)整體機(jī)構(gòu)如圖4所示。ARM9網(wǎng)絡(luò)模塊互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)ARM9網(wǎng)絡(luò)模塊互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)ZigBeeSTC89C52GSMZigBeeSTC89C52GSM家電家電圖4系統(tǒng)整體機(jī)構(gòu)(１)控制單元設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的處理器可以分為兩類：一類是作為整個(gè)系統(tǒng)的信息交換中心和網(wǎng)絡(luò)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(yùn)算速率和很大容量的內(nèi)存，這里選用STＣ89C5２單片機(jī)。(２)天然氣泄漏報(bào)警及預(yù)處理電路當(dāng)天然氣發(fā)生泄漏時(shí)，MQ—5氣體檢測(cè)模塊的信號(hào)輸出低電平，單片機(jī)檢測(cè)到P1.0口出現(xiàn)低電平，由單片機(jī)的延時(shí)函數(shù)延時(shí)一會(huì)，再判斷若還是位低，則啟動(dòng)蜂鳴和Leｄ燈聲光器報(bào)警。同事通過與單片機(jī)相連的GSＭ模塊發(fā)送告警信息給用戶手機(jī).氣體檢測(cè)模塊如圖5所示.圖５氣體檢測(cè)模塊（３）溫度采集模塊溫度傳感器選用DALLAS公司生產(chǎn)的溫度傳感器DS18B20，它具有微型化,低功耗，高性能，抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn).本系統(tǒng)利用DS1８B２0測(cè)室溫,將測(cè)得的值再傳個(gè)單片機(jī)，單片機(jī)再將通過計(jì)算得到的溫度信息傳個(gè)中央處理器S3C241０，再發(fā)給手機(jī)端。測(cè)溫模塊接線如圖6所示。圖６測(cè)溫模塊接線（4)開窗模塊使用ＵLN2０03驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)28BＹJ4８直流步進(jìn)電機(jī),從而實(shí)現(xiàn)窗戶的開啟和關(guān)閉.單片機(jī)開窗或關(guān)窗的命令時(shí),給與ULN2003相連的４個(gè)I/O口發(fā)送信號(hào)，使ＵLN2０03得到驅(qū)動(dòng)２8BYJ48所需的信號(hào)并控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)與窗戶相連的傳送帶，便可實(shí)現(xiàn)開窗，關(guān)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(jī)程序,借助于單片機(jī)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(dá)到發(fā)送正確的紅外波長(zhǎng)，以至于電氣設(shè)備能夠識(shí)別該模塊發(fā)射的每個(gè)紅外波,達(dá)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(shè)計(jì)整個(gè)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(shí)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(qū)動(dòng)由匯編語言編寫，對(duì)外留C語言接口，人機(jī)交換采用Lｉnuｘ嵌入式實(shí)時(shí)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(cè)子程序、顯示子程序、報(bào)警子程序、數(shù)據(jù)處理子程序和遠(yuǎn)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(jié)合起來，與操作系統(tǒng)相輔相成，共同構(gòu)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(jié)合起來.它會(huì)在不斷電的情況下自主運(yùn)行,不用主人管理和操作。如若發(fā)生任何情況都會(huì)及時(shí)反饋給主人的手機(jī)，達(dá)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(dòng)警報(bào)通知主人啟動(dòng)警報(bào)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(cè)家居電器控制判斷控制類型家居環(huán)境檢測(cè)空調(diào)控制子程序煙氣監(jiān)測(cè)子程序空調(diào)控制子程序煙氣監(jiān)測(cè)子程序家居安全檢測(cè)家居安全檢測(cè)熱水器控制子程序溫度檢測(cè)子程序熱水器控制子程序溫度檢測(cè)子程序微波爐控制子程序濕度檢測(cè)子程序安全防盜門子系統(tǒng)微波爐控制子程序濕度檢測(cè)子程序安全防盜門子系統(tǒng)光度檢測(cè)子程序光度檢測(cè)子程序電冰箱控制子程序電冰箱控制子程序煤氣檢測(cè)子程序家居電器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)子程序煤氣檢測(cè)子程序家居電器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)子程序電視劇控制子程序電視劇控制子程序檢測(cè)結(jié)果合格？ Ｎ檢測(cè)結(jié)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(shè)備控制子程序家居環(huán)境良好其他設(shè)備控制子程序家居環(huán)境良好●結(jié)束●結(jié)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(jī)在手機(jī)市場(chǎng)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A(yù)nｄroid手機(jī)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(shè)計(jì)的流程為通過手機(jī)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(duì)不同指令編碼,再通過stｏｃｋ編程將不同指令發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)。如圖10所示。AndroidAndroid手機(jī)控制界面關(guān)窗開窗燈關(guān)燈開關(guān)窗開窗燈關(guān)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(guān)閉關(guān)閉socket端口圖10Ａndroｉd手機(jī)軟件路程圖５.設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì),我了解到了基于ＡRM9的智能家居的相關(guān)內(nèi)容以及開發(fā)的基本流程，通過眾多的設(shè)計(jì)理念，強(qiáng)化了自己的編輯能力，加深了對(duì)這一先進(jìn)技術(shù)的理解，同時(shí)加深了對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)知識(shí)的理解和運(yùn)用。設(shè)計(jì)可以達(dá)到預(yù)期的效果和大量的資料查詢以及試驗(yàn)分不開。但是因?yàn)闀r(shí)間不足和精力不夠的原因，智能家居系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)還不夠完善，在未來時(shí)間充裕、技術(shù)更成熟的情況下,功能設(shè)計(jì)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(kuò)展,如GＳM模塊,ＧPRＳ網(wǎng)絡(luò)通信等。（3）系統(tǒng)的運(yùn)行信息實(shí)時(shí)保存。如傳感器報(bào)警的記錄,用戶的登陸和控制的記錄等。6。結(jié)論本次我們?cè)O(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng),在使用上易于操作,遠(yuǎn)程控制實(shí)時(shí)可靠，性價(jià)比高,不僅能遠(yuǎn)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(shù)、傳感技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居電器進(jìn)行本地和遠(yuǎn)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(dāng)前市面上一些家居產(chǎn)品功能簡(jiǎn)單,協(xié)調(diào)能力差的問題，同時(shí)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(shí)用價(jià)值.在當(dāng)代社會(huì)全面信息化、數(shù)字化、智能化和自動(dòng)化的社會(huì)趨勢(shì)下，家居的智能化必將成為未來家居發(fā)展的新方向，因?yàn)殡S著社會(huì)的進(jìn)步,科技的進(jìn)步，人們的生產(chǎn)生活水平的不斷提高,人們對(duì)生活的需求也會(huì)越來越高。而且這是社會(huì)不斷向前發(fā)展的必然過程。因此我們應(yīng)該加大對(duì)這一新型系統(tǒng)的研究,這一系統(tǒng)除了擁有很大的實(shí)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)外,也能大大提高我國(guó)家庭信息智能化程度，增強(qiáng)文化軟實(shí)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(xiàn)［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(xué)出版社,2０09［2]孫紀(jì)坤，張小全編著.嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)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(shè)計(jì)。北京電子工業(yè)出版社,２011[4]王晨營(yíng).基于ARＭ9的嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]。北京郵電大學(xué)出版社，２01１［5］陳得民．基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程智能抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)。北京航天航空大學(xué)出版社，20１1［6］佘新平。數(shù)字電子技術(shù)(第二版)。北京郵電大學(xué)出版社，2012學(xué)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(jí)：姓名：姓名：學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師：韓山師范學(xué)院教務(wù)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(dǎo)下進(jìn)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(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，我承諾，論文中的所有內(nèi)容均真實(shí)、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(jī)為核心通過聯(lián)合W５１00網(wǎng)絡(luò)模塊搭建本地的WＥB服務(wù)器，通過Ａ／D采集各引腳連接的室內(nèi)環(huán)境傳感器的數(shù)值并進(jìn)行處理，實(shí)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(jī)構(gòu)建刷卡門禁模塊，實(shí)現(xiàn)智能門禁;使用藍(lán)牙模塊、5050全彩LED模塊及ArduinoNanｏ單片機(jī)搭建室內(nèi)智能燈光模塊，通過安卓客戶端使用藍(lán)牙協(xié)議進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)燈光亮度及色彩的遠(yuǎn)程控制及智能開關(guān)；通過安卓客戶端使用HTTP協(xié)議請(qǐng)求該服務(wù)器獲取室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)并傳輸?shù)桨沧靠蛻舳耍瑢?shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)智能檢測(cè)；通過安卓客戶端使用HTTＰ協(xié)議傳輸控制命令到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)本地WEB服務(wù)器連接外圍電路的遠(yuǎn)程控制；最后通過核心板搭建的WEB服務(wù)器鏈接各個(gè)功能模塊,組成一個(gè)功能完善,擴(kuò)展性強(qiáng)的智能家居控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)代替了傳統(tǒng)家居設(shè)備手動(dòng)機(jī)械控制,具有效率高,使用方便，可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字：Arｄuino單片機(jī);WEＢ服務(wù)器;高效率；可控性強(qiáng).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ＴO(shè)C\t＂一級(jí)標(biāo)題,1,二級(jí)標(biāo)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(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀ＰAGＥRＥF_Ｔoｃ40４３2７024\h1HＹPＥＲLINＫ1。３本課題的研究的內(nèi)容及目的PAGERＥF_Toc4０４327０2５\h1HYPＥRLＩNK\l”_Toc404３2７０26＂2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析PＡGＥRＥF_Tｏｃ４043２７02６\ｈ2HYＰＥRＬIＮK\l＂_Ｔoc４04327027"２.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)PAGＥREF_Toc40432７0３0\h5HYPERLIＮK\l”＿Ｔｏc4０432７０３1”3。１核心模塊PAGERＥF_Toc40４327031\h53．2燈光模塊ｈ7HYPEＲLINＫ３.3檢測(cè)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(shè)計(jì):PAGEREF＿Toｃ40432703９\h115．總結(jié)ＰAGEＲEF_Toc40432704０＼h１25．1系統(tǒng)總體效果圖PＡGEREF_Toc40４3２７０４1\ｈ12ＨＹPERLINK\l”_Toc4０4327０42＂５.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能PAGＥREF_Tｏc４0４327042\h１5HＹPERＬIＮＫ附錄：PAＧEＲEF_Toc4０４32７044\ｈ161.燈光模塊電路設(shè)計(jì)圖PAＧＥRＥF_Toc40４327045\ｈ16HYＰERＬＩＮK\l＂＿Toｃ404327046"2.檢測(cè)模塊及外圍電路接線圖PＡGＥRＥＦ_Tｏc40４3２7046\ｈ163．單片機(jī)端程序PAＧEＲEF＿Toc４0４327047＼h17ＨYPＥＲＬINK\l”_Ｔoc40432７048＂參考文獻(xiàn)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(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展,智能家居的應(yīng)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(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、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(jī)械化控制方式已經(jīng)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(gè)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(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性,甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金.該系統(tǒng)的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿τ葹榭捎^。1。2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀近年來隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能生活的理念深入人心,物聯(lián)網(wǎng)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(shù)和電子元件制造工藝的發(fā)展,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的自動(dòng)化程度和穩(wěn)定性得到很大的提高，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也逐步向輕量化、自動(dòng)化和智能化發(fā)展，還有高可靠性、高可控性、高效率等特點(diǎn)，功能不斷增強(qiáng)和完善,這推動(dòng)了智能家居技術(shù)的迅速發(fā)展,相繼出現(xiàn)了多種多樣的智能家居設(shè)備,如NEＸT恒溫器，空氣凈化器等，但國(guó)內(nèi)外對(duì)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(tái)不統(tǒng)一，功能單一且不完善;（3)價(jià)格相對(duì)昂貴,普及的難度比較大。1.３本課題的研究的內(nèi)容及目的本系統(tǒng)以聯(lián)合EtherｎｅtShield網(wǎng)絡(luò)模塊的ＡrduinｏUＮO單片機(jī)為核心,能通過安卓客戶端使用藍(lán)牙協(xié)議及HTTP協(xié)議連接外圍電路及各類傳感器，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)家居的遠(yuǎn)程檢測(cè)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(jìn)當(dāng)下傳統(tǒng)家居的控制方式落后及使用不方便等缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的智能遠(yuǎn)程控制代替了傳統(tǒng)家居設(shè)備手動(dòng)機(jī)械控制,不僅效率高、成本低、使用方便、可控性強(qiáng),更能提升家居便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。2．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析２.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(cè)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(jī)連接藍(lán)牙模塊及全彩LEＤ模塊組成；(3)核心模塊通過ArduiｎoUno單片機(jī)連接ＥｔhernｅtＳhｉeld網(wǎng)絡(luò)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(wù)器;（4）檢測(cè)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(jiǎn)單的發(fā)光二極管及各類元器件組。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖２．2系統(tǒng)的基本功能系統(tǒng)實(shí)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(lán)牙協(xié)議連接燈光模塊,在ＡPＰ客戶端中實(shí)現(xiàn)LED燈光顏色，亮度的智能調(diào)節(jié)；（２)通過APP客戶端使用藍(lán)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(huì)隨著音樂的節(jié)奏進(jìn)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(shí)現(xiàn)在APP端對(duì)外圍電路的遠(yuǎn)程開關(guān)控制;（4）檢測(cè)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(qǐng)求ＷEＢ服務(wù)器的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)在AＰP端對(duì)室內(nèi)環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控；（5）通過APP客戶端使用HTTP協(xié)議連接核心模塊，設(shè)置特定溫度時(shí)外圍電路的工作狀況，當(dāng)檢測(cè)模塊檢測(cè)到溫度達(dá)到或低于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，外圍電路電器將智能調(diào)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(lán)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(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)電路可以分成四個(gè)模塊：核心模塊、燈光模塊、檢測(cè)模塊、外圍電路.下面我們對(duì)這四個(gè)電路模塊進(jìn)行理論上的分析。３．1核心模塊核心模塊由Aｒdｕｉｎo單片機(jī)及Ｗ51０0網(wǎng)絡(luò)模塊通過直接總線連接構(gòu)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(tái)的參考標(biāo)準(zhǔn)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(jì)有14路:６路PWM輸出端口，６路模擬輸入端口,一路ICSPｈeaｄeｒ，一個(gè)16ＭHｚ晶體振蕩器，一個(gè)電源插口,一個(gè)USＢ接口和一個(gè)復(fù)位按鈕，控制板能同時(shí)兼容5Ｖ和3.3V的供應(yīng)電壓。原理圖如圖6所示.圖6ＡｒdｕinｏＵＮＯ單片機(jī)原理圖W51０0是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片,內(nèi)部集成有10/10０Mｂｐｓ以太網(wǎng)控制器，主要應(yīng)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(shí)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(nèi)部集成了全硬件的、且經(jīng)過多年市場(chǎng)驗(yàn)證的TCＰ/ＩＰ協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)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(wǎng)絡(luò)模塊原理圖如圖7所示。圖7Ｗ51０0網(wǎng)絡(luò)模塊原理圖3。2燈光模塊圖8燈光模塊總體原理圖整個(gè)燈光模塊可以分成三個(gè)部分：ArduinoＮａｎo單片機(jī)、藍(lán)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(shí)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(gè)1６MＨz晶體振蕩器，一個(gè)mini-BＵSＢ口,一個(gè)IＣSPｈeａdｅr和一個(gè)復(fù)位按鈕.ArduiｎoNａｎo單片機(jī)原理圖如圖9所示.圖9ArdｕinoNaｎo單片機(jī)原理圖燈光模塊采用的是ＨC—05藍(lán)牙模塊，電路原理圖如圖1０所示.藍(lán)牙是無線數(shù)據(jù)和語音傳輸?shù)拈_放式標(biāo)準(zhǔn)，它將各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字?jǐn)?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(shè)便可達(dá)到100m的傳輸距離。它采用2。4ＧHzISM頻段和調(diào)頻、跳頻技術(shù)，使用權(quán)向糾錯(cuò)編碼、ＡＲQ、TDD和基帶協(xié)議。TDMＡ每時(shí)隙為０。６２5μs,基帶符合速率為1Mb/ｓ。藍(lán)牙支持６４kb／s實(shí)時(shí)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(shè)備識(shí)別碼。由于藍(lán)牙采用無線接口來代替有線電纜連接，具有很強(qiáng)的移植性，并且適用于多種場(chǎng)合,加上該技術(shù)功耗低、對(duì)人體危害小,而且應(yīng)用簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，所以易于推廣.圖10HC-05藍(lán)牙模塊原理圖5050全彩LED模塊內(nèi)置控制芯片，僅需1個(gè)IＯ口即可控制多個(gè)ＬＥD芯片內(nèi)置整形電路，信號(hào)畸變不會(huì)累計(jì)，穩(wěn)定顯示三基色256級(jí)亮度調(diào)劑,16萬色真彩顯示效果,掃描頻率不低于４０0Hz/S串行連級(jí)接口，能通過一根信號(hào)線完成數(shù)據(jù)的接收與解碼，刷新速率3０幀/秒時(shí)，低速連級(jí)模式連級(jí)數(shù)不小于5１2點(diǎn),其原理圖如圖11所示。圖115050全彩LＥD模塊原理圖3。3檢測(cè)模塊檢測(cè)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(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，其原理圖如圖１2所示，它應(yīng)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和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性.傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件,并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接，具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。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(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備中。它的性能卓越，絕對(duì)精度最低可以達(dá)到0.0３hＰa，并且耗電極低，只有3uA。BMP0８５采用強(qiáng)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(shè)備直接通過Ｉ/Ｏ口連接到Ardｕino的相應(yīng)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(cè)模塊接線原理圖４。軟件設(shè)計(jì)4。1ＡPＰ端程序設(shè)計(jì):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(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分:（1)藍(lán)牙連接控制：APＰ端先通過ＢluetｏｏthAdapｔeｒ協(xié)議搜索獲取本地的藍(lán)牙列表,手動(dòng)選擇藍(lán)牙設(shè)備后通過調(diào)用BluetｏothSocｋｅｔ對(duì)象的方法與燈光模塊的HＣ－05藍(lán)牙模塊進(jìn)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(lán)牙模塊接收控制指令后傳輸給ＡrduｉnoNａno單片機(jī)進(jìn)行處理,最后ＡPP端關(guān)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(jī)與W5100網(wǎng)絡(luò)模塊共同搭建的WEＢ服務(wù)器，采用ＡJAＸ技術(shù)使用Javascript向服務(wù)器提出請(qǐng)求及發(fā)送控制指令，從而完成對(duì)ＷＥＢ服務(wù)器采集到的環(huán)境信息的獲取及遠(yuǎn)程控制外圍電路。４。2WEB服務(wù)器程序設(shè)計(jì)：WEB服務(wù)器通過Ａｒduｉnｏ單片機(jī)的編程語言搭建，通過使用以太網(wǎng)庫，AｒｄuｉnoUno單片機(jī)將能夠通過W５１０0模塊回應(yīng)AＰP端的HTTP請(qǐng)求,通過APP端內(nèi)嵌的ＷＥB瀏覽器連接到特定的ＩP地址后,ArduinｏUno單片機(jī)便可以通過HＴTP協(xié)議從模擬引腳端獲取的檢測(cè)模塊檢測(cè)到的環(huán)境數(shù)據(jù),最后通過HTTP協(xié)議反饋檢測(cè)數(shù)據(jù)到AＰP端。４.3燈光色彩亮度調(diào)節(jié):APP端將取色盤上的RGB顏色及亮度條百分比轉(zhuǎn)換為特定的數(shù)據(jù)流格式后（格式為（255，２55,２55，1００）,由藍(lán)牙模塊接收并輸出給AｒduinoNaｎｏ單片機(jī)，再由ＡrduinoＮaｎｏ單片機(jī)分析處理后傳輸給5050全彩LED模塊進(jìn)行顯示,完成燈光模塊的色彩及亮度調(diào)節(jié).4.４節(jié)奏燈光的程序設(shè)計(jì)：節(jié)奏燈光的程序設(shè)計(jì)分為兩部分:(1)andｒoid音樂頻譜獲取:利用數(shù)字信號(hào)處理的知識(shí)把時(shí)域上連續(xù)的信號(hào)（波形）強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成離散的頻域信號(hào)（頻譜）。頻譜反映的是音樂在某個(gè)連續(xù)時(shí)間段內(nèi)，聲音的震動(dòng)頻率.(2）頻譜轉(zhuǎn)換及傳輸：通過采集震動(dòng)頻率將其轉(zhuǎn)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(jī)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)奏燈光。5.總結(jié)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(shí)時(shí)環(huán)境界面圖5。2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能（１)160０萬色的LＥD燈光色彩調(diào)節(jié)及100級(jí)燈光亮度調(diào)節(jié)。(2)實(shí)時(shí)的室內(nèi)溫濕度及氣壓的監(jiān)控.（3）智能感知溫度并智能調(diào)配室內(nèi)電器工作狀態(tài).（4)遠(yuǎn)程的智能家居開關(guān)控制。5.3不足及改進(jìn)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(yuǎn)程控制時(shí)會(huì)存在２到３秒內(nèi)的延遲.（３）由于安卓的系統(tǒng)定制版本繁多的原因，在極個(gè)別手機(jī)上會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用崩潰的問題。附錄：1.燈光模塊電路設(shè)計(jì)圖2.檢測(cè)模塊及外圍電路接線圖3．單片機(jī)端程序voidｌoop(）{//ｈttp：//１９２。168。1．1７7/［1,１23，112]數(shù)據(jù)格式/／lisｔenｆorinｃoｍｉnｇcｌｉentsＥthernｅtClientclｉｅnt＝server．a(chǎn)vailabｌe（）;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(guān)［7,1，１],［模塊，開關(guān)，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(guān)［８，50０,１]［模塊，時(shí)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(guān)[8，26］傳溫度值，默認(rèn)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(shí)開關(guān)ｉｆ（tiｍe1！=０）｛if(ｔime1=＝millis（）)｛ if(staｔｕs1=＝1）｛／/開diｇiｔalWriｔe(ｌed1，HIＧH）；?time1=0；?｝eｌsｅif(ｓtaｔus1＝=０）｛//關(guān)dｉgitalWrｉte(leｄ1，LOW)； tｉmｅ１＝０; ｝?｝ ｝//到某個(gè)溫度值時(shí)開關(guān)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(xiàn)［1]SiｍｏnMonk。《Ａrduino編程從零開始》．北京：科學(xué)出版社,2013［2]姚尚朗。《Anｄroid開發(fā)入門與實(shí)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(xué)出版社，2012［4］吳功宜.《物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論》．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2０12［5]喻宗泉。《藍(lán)牙技術(shù)基礎(chǔ)》．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014山東科技大學(xué)第三屆學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽技術(shù)報(bào)告基于Arｄuino單片機(jī)的智能家居系統(tǒng)學(xué)院：電子通信與物理學(xué)院班級(jí)：碩研２015級(jí)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(jī)設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)以ＡrduinｏＵNOR3單片機(jī)為核心，外接光照檢測(cè)、溫濕度傳感器、LED、風(fēng)扇和無線通信等模塊。整個(gè)系統(tǒng)分為檢測(cè)端和控制端兩大部分,檢測(cè)端由光敏電阻、溫濕度傳感器、無線通信模塊和單片機(jī)組成。控制端由無線接收、液晶顯示、電燈控制和風(fēng)扇控制四大模塊組成，包含單片機(jī)、無線通信模塊、ＬCD顯示屏、風(fēng)扇和LＥD等。檢測(cè)端和控制端之間借助無線通信模塊進(jìn)行無線通信，控制端內(nèi)部的無線接收和液晶顯示兩個(gè)模塊之間則采用串口通信。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度、濕度和光照強(qiáng)度等參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè),并借助ＬＣＤ顯示溫濕度值，還可以根據(jù)檢測(cè)端探測(cè)到的光照強(qiáng)度和溫度值以及預(yù)先設(shè)定的參數(shù)對(duì)室內(nèi)的電燈和風(fēng)扇進(jìn)行智能控制。關(guān)鍵詞：智能家居；Ａrduinｏ單片機(jī)；自動(dòng)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(jiǎn)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(shè)計(jì)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(jiǎn)介?ＰAＧEREF_Toc4512７74５４＼h３§３系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGERＥF＿Toｃ451２７7４55\ｈ４HYPＥRLIＮK\l”_Toc４５1２7745６"3.1單片機(jī)的選擇 PAGＥREF_Tｏc451277456\h4ＨYＰERLIＮK３.1。１ArduｉnoUNO簡(jiǎn)介?PAGEREF_Tｏc4５１2774５7\h43。１。2Ａrduiｎo單片機(jī)特色 PAＧERＥF＿Toｃ４51277458＼h53．1。3Arｄuino單片機(jī)引腳簡(jiǎn)介 PAＧEREF_Toｃ４512７7459\h53.1．4Ardｕino單片機(jī)編程軟件 ＰAGEREF_Toc4５1２77460\h63．2溫濕度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)?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(cè)模塊設(shè)計(jì) PAGＥＲEF_Toc45１277４66\h８HＹPERLIＮＫ\l＂_Tｏｃ45127７467"3。4無線通信模塊設(shè)計(jì)?PAGEＲEF_Toc45１27７４6７＼h９HYPERLINK\l＂_Toc451277４68＂3。5液晶顯示模塊設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) ＰAGEREF_Toc45１277470\ｈ１0ＨYPERLIＮK\l”＿Ｔoc４512７7４71＂３．６其他模塊設(shè)計(jì) ＰAGＥREF＿Toc451277471\h11HYPEＲＬINK\l＂_Toc４5１277４７2"３。6。1電燈模塊設(shè)計(jì)?PＡGＥＲEF_Tｏc45１277４７2＼h１1HＹＰＥRＬＩＮＫ\l”_Tｏc45127７473＂３。６。2風(fēng)扇模塊設(shè)計(jì)?PＡGＥREF_Ｔoc45127７473\h1２HYPEＲLＩNK3。7系統(tǒng)硬件實(shí)物圖 PＡGEREF_Toc４5127７474＼ｈ1２§4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)?PAGＥREF_Ｔoc４５127747５\h13４.1檢測(cè)端程序設(shè)計(jì)?PＡGＥREF_Toｃ4512７7４76＼ｈ1３4。２控制端程序設(shè)計(jì) ＰAＧEREF_Ｔoc451２77477\h13HYＰEＲLIＮＫ\l”_Ｔoc４５1277４78”§5總結(jié)?PAGEＲEF_Tｏｃ451277４78\h１５參考文獻(xiàn)?ＰAGEREF_Toc4５1277４79\h15附錄:源程序 ７７４80\h1６§１緒論１。1智能家居簡(jiǎn)介智能家居很早就出現(xiàn)在人們的定義當(dāng)中，但很長(zhǎng)時(shí)間以來都沒有真正意義上的智能家居成型，到了1９84年美國(guó)聯(lián)合科技公司（UnｉtedTecｈnologiesＢuildｉngSyｓtｅｍ)將智能信息融入建筑設(shè)備中，在整合的基礎(chǔ)上應(yīng)用到了美國(guó)康乃迪克州哈特佛市的城市地標(biāo)性建筑中時(shí),出現(xiàn)了世界上的首棟智能化建筑，也正是從那時(shí)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(guān)鍵在于設(shè)計(jì)理念以及經(jīng)營(yíng)者的心態(tài),市場(chǎng)目標(biāo)客戶真正需要什么東西，如果只注重簽單，不設(shè)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(yīng)用效果，還不利于整個(gè)智能家居行業(yè)的發(fā)展.智能家居控制系統(tǒng)的市場(chǎng)不是一般普通的商品買賣,而是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程,它涉及到很多技術(shù)，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(biāo)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(jī)構(gòu)必須本著長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的心態(tài),本著簡(jiǎn)化、實(shí)用、性價(jià)比高、適合市場(chǎng)的理念，虔誠研究人們的生活、習(xí)慣、精神文化等需要,并把它看最高目標(biāo),運(yùn)用各種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)它.在國(guó)內(nèi),智能家居不是單純意義上的智能產(chǎn)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(tái)、無線連接及通信、設(shè)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(fèi)服務(wù)、小區(qū)安防監(jiān)控等常見家居因素協(xié)調(diào)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(nèi)部室內(nèi)家居的具體環(huán)節(jié)，構(gòu)建出高效、舒適、安全、便捷的個(gè)性化住宅空間。近幾年,很多研發(fā)機(jī)構(gòu)和廠商已經(jīng)意識(shí)到家庭安全的重要性，把智能家居作為一個(gè)重要的方向和項(xiàng)目來研究，并紛紛投入大量人力財(cái)力，使智能家居真正的走向市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。智能家居是一個(gè)具有交互能力的平臺(tái),并且通過平臺(tái)能夠把各種不同的系統(tǒng)、協(xié)議、信息和內(nèi)容控制在相對(duì)獨(dú)立的模塊單元中進(jìn)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(duì)居住環(huán)境提出更高的要求，越來越注重家庭生活中每個(gè)成員的舒適、安全和便利，因此從市場(chǎng)需求的角度來說，智能家居必然是前景廣闊。因此設(shè)計(jì)一個(gè)符合國(guó)家國(guó)情和規(guī)范的集遠(yuǎn)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(shí)意義的，且勢(shì)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(shè)計(jì)功能的完善必將推動(dòng)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(chǎng)的平民化將是智能家居控制器的發(fā)展趨勢(shì),系統(tǒng)也將逐步邁向綠色化。最終，我想全人類的夢(mèng)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(jīng)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(yīng)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(dòng)了智能化技術(shù)在家居領(lǐng)域的縱深發(fā)展,并為各類智能化家居新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)增加了動(dòng)力，同時(shí)新產(chǎn)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(nèi)容具有很大的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。本文的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)捷有效智能家居控制系統(tǒng),從溫度、濕度、光照強(qiáng)度的采集,到LCＤ實(shí)時(shí)顯示，并根據(jù)采集的信號(hào)不同采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)機(jī)制，智能控制家中的電燈、風(fēng)扇等電器設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)基本的智能家居功能.§2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2。1系統(tǒng)框圖智能家居控制系統(tǒng)對(duì)整個(gè)家庭內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和及時(shí)應(yīng)對(duì)的系統(tǒng),核心部分是單片機(jī)，通過與其他各監(jiān)測(cè)模塊和執(zhí)行模塊的連接,實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境的整體改變和各元件的控制。首先,主控元件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)(如光線強(qiáng)暗，溫度高低）通過LCD顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,使室內(nèi)情況一目了然.然后根據(jù)各信號(hào)采集模塊傳送給單片機(jī)的數(shù)據(jù)，做出應(yīng)對(duì)執(zhí)行，實(shí)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(jiǎn)介本系統(tǒng)工作可以分為四個(gè)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(jī)①上，單片機(jī)①會(huì)將傳感器采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；第二部分是數(shù)據(jù)傳輸，有兩個(gè)無線模塊，一個(gè)連接到單片機(jī)①上作為發(fā)射端,一個(gè)連接到單片機(jī)②上作為接收端,單片機(jī)①將處理過的數(shù)據(jù)通過發(fā)射端發(fā)送出去,單片機(jī)②通過接收端將數(shù)據(jù)接收進(jìn)來，再次進(jìn)行處理；第三部分是控制功能，單片機(jī)②將接收到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到閾值條件時(shí)，可以啟動(dòng)風(fēng)扇或者電燈，另外,溫度和光敏設(shè)定了幾個(gè)不同的閾值,當(dāng)達(dá)到某一閾值會(huì)有相應(yīng)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速或者電燈亮度；第四部分,溫濕度顯示，單片機(jī)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(jī)③,單片機(jī)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(jī)③將數(shù)據(jù)傳到液晶屏進(jìn)行顯示。§３系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3。1單片機(jī)的選擇首先將所需器件羅列,根據(jù)與單片機(jī)相連的各器件，確定整個(gè)系統(tǒng)所需與單片機(jī)連接的管腳數(shù)，通過查資料，選定Aｒduｉno單片機(jī)作為該系統(tǒng)的微控制器，因?yàn)樗鼛в心MI／O口,在外接各類傳感器方面比普通的51系列單片機(jī)更為方便.Ａrduｉnｏ單片機(jī)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(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后送給單片機(jī)進(jìn)行處理,而對(duì)數(shù)字信號(hào)的識(shí)別和處理正是Arｄuｉnｏ的優(yōu)勢(shì)所在。3.1。1ＡrduiｎoUNＯ簡(jiǎn)介ＡrduinoUNO是ArduinｏＵSB接口系列的最新版本，作為Ａrｄｕinｏ平臺(tái)的參考標(biāo)準(zhǔn)模板.UＮO的處理器核心是AＴmｅga３2８，同時(shí)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(gè)16ＭHｚ晶體振蕩器,一個(gè)ＵSB口，一個(gè)電源插座，一個(gè)ICSPheａｄeｒ和一個(gè)復(fù)位按鈕。UＮO已經(jīng)發(fā)布到第三版,與前兩版相比有以下新的特點(diǎn)：在AＲＥF處增加了兩個(gè)管腳SDA和SCL，支持I2Ｃ接口；增加ＩＯREＦ和一個(gè)預(yù)留管腳，將來擴(kuò)展板將能兼容5V和3.3V核心板。這樣改進(jìn)了復(fù)位電路設(shè)計(jì),UＳB接口芯片由ＡＴmegａ1６U2替代了ATmega８U2。圖2。2為改進(jìn)后的ＡrｄuinoUＮO。圖2.２ArduｉnｏUＮＯR3３.１．2Arｄuino單片機(jī)特色１、開放源代碼的電路圖設(shè)計(jì)，程序開發(fā)接口免費(fèi)下載，也可依需求自己修改.2、使用低價(jià)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(jiǎn)化Arduiｎo模組,完成獨(dú)立運(yùn)作的微處理控制.可簡(jiǎn)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(dá)等）。5、支持多種互動(dòng)程序，如：Ｆlａsｈ、Ｍａx/Msp、VＶＶＶ、PD、C、Procesｓing等。6、應(yīng)用方面，利用Aｒduiｎo，突破以往只能使用鼠標(biāo)、鍵盤、CCD等