基于arduino的智能家居设计与实现.docx

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1、西南科技大学毕业设计题目：基于ARDUlNO的智能家居设计与实现学习形式：成人高等教育专业：机械设计制造及其自动化层次：本科姓名：学号：指导老师：【摘要】基于arduino的智能家居控制系统，以arduino为核心，通过结合wifi转串模块搭建本地tcp/ip服务器。ArdUinO进行数据采集，发送，接受和处理。然后通过Wifi转串口模块和远端安卓客户端通信，实现家居环境信息的智能采集和控制。本文抛砖引玉，实现安卓客户端灯光亮度调节，舵机角度控制，以及家居温度和光照度采集显示在安卓客户端。本设计采用arduino为核心，arduino具有外围电路简单，程序开源，扩展模块丰富等优点，设计难度在于

2、程序中数值的处理，以及客户端软件的编写。【关键词】arduino；智能家居；Wifi转串口模块；服务器；客户端。目录1、概述错误!未定义书签。1.1 课题研究背景错误!未定义书签。1.2 本课题的研究的内容及目的错误!未定义书签。1. 4系统的控制思路与流程错误!未定义书签。2、软件、硬件介绍错误!未定义书签。1.1 客户端软件错误!未定义书签。2. 2arduino介绍错误!未定义书签。2. 2.1ardino研发过程错误!未定义书签。3. 2.2arduino编程软件错误!未定义书签。4. 2.3Arduino硬件错误!未定义书签。5. 2.4Arduino编程语言简介错误!未定义书签。2

3、. 3WIFI模块介绍错误!未定义书签。3、硬件连接错误!未定义书签。3.1温度传感器错误!未定义书签。3. 2光线传感器错误!未定义书签。3. 3伺服舵机错误!未定义书签。3. 4灯光控制错误!未定义书签。4、通讯错误!未定义书签。3.1 串行通讯错误!未定义书签。3.2 异步通讯错误!未定义书签。4. 3Arduino与wifi模块连接错误!未定义书签。5. 4通讯协议错误!未定义书签。5、成品展示错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。附录错误!未定义书签。西南科技大学成人教育学院自动化专业姓名：罗永勇学号：61、概述1.1 课题研究背景近年来随着现代互联网技术

4、的发展，智能生活的理念深入人心，物联网和智能家居真正开始走向人们的视野。随着现代电力电子技术和电子元件制造工艺的发展，物联网设备的自动化程度和稳定性得到很大的提高，物联网设备也逐步向轻量化、自动化和智能化发展，还有高可靠性、高可控性、高效率等特点，功能不断增强和完善，这推动了智能家居技术的迅速发展，相继出现了多种多样的智能家居设备，如NEXT恒温器，空气净化器等，但国内外对本课题的研究尚存在待解决的问题：(1)家居智能化水平较低；(2)使用的平台不统一，功能单一且不完善；(3)价格相对昂贵，普及的难度比较大。1.2 本课题的研究的内容及目的本系统以ArduinoUNO为核心，联合hlk-rm0

5、4wifi转串口模块，通过安卓客户端使用tcp/ip协议连接外围电路及各类传感器，实现室内家居的远程监控及智能控制。研究目的基于家居生活的便捷高效的方向出发，主要是为了改进当下传统家居的控制方式落后及使用不方便等缺点，本设计的智能远程控制代替了传统家居设备手动机械控制，不仅效率高、成本低、使用方便、可控性强，更能提升家居便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。1.3 系统结构分析系统由七部分组成(如图一)：安卓APP客户端、灯光控制、arduino以及Wifi模块、光敏电阻、舵机、温度传感器、外围电路。各部分组成如下：(1) APP客户端为易安卓软件用易语言编写的安卓客户端；(2)灯

6、光亮度控制采用PWm调节(3) 核心模块通过ArduinoUno单片机连接wifi转串模块组成，核心模块不仅是本系统的中央处理器，而且通过连接无线路由器搭建了本地的tcpip服务器；(4) 温度传感器采用单总线dsl8b02集成温度传感器，该传感器可以在一个io上并接多个dsl8b02,大大的节约了CPU的硬件资源。(5)光线的测量采用光敏电阻；(6)伺服舵机；(7)外围电路由简单的发光二极管及各类元器件组无物r号(图一)1.4系统的控制思路与流程APP客户端使用tcp/ip协议，远程无线连接上工作在服务器模式的Wifi模块，wifi模块连接上家庭路由器，需要注意的是家庭网络要处于公网模式，在

7、APP客户端发送控制命令，wifi模块接受命令转成串口数据输出，arduino读取串口数据实现LED灯光亮度智能调节，舵机角度控制，同时arduino模块读取温度传感器数值，采样光敏电阻电压转换为光照度，然后arduino把数据通过串口传给Wifi模块，wifi模块发送数据，客户端接收数据然后显示在安卓手机上；控制流程如图二；APP客户端ITCP/IP协议（图二）控制流程图2、软件、硬件介绍2.1客户端软件采用安卓智能手机作为命令发送和接受端，通过因特网传输数据，实现家居的智能监控和远程操控，操作简单，使用方便。客户端软件采用中文版的安卓编写软件，本文主要专注于整体框架的实现，在此就不再对开发

8、软件进行详细介绍，对软件界面的美观性和舒适性未做过多的修饰。如有不足之处，请指教！客户端软件界面如图三：环境光强度舵机角度控制界面环境温度19.50摄氏度721.0勒克斯（图三）2.2arduino介绍2.2.1arduino研发过程MassimoBanzi之前是意大利IVrea一家高科技设计学校的老师。他的学生们经常抱怨找不到便宜好用的微控制器。2005年冬天，MaSSinIoBanZi跟DaVidCuartielles讨论了这个问题。DavidCuartielles是一个西班牙籍晶片工程师，当时在这所学校做访问学者。两人决定设计自己的电路板，并引入了Banzi的学生DaVidMeniS为电

9、路板设计编程语言。两天以后，DaVidMeniS就写出了程式码。又过了三天，电路板就完工了。这块电路板被命名为ArdUirio。2.2.2arduino编程软件ArduinoIDE基于processingIDE开发的。对于初学者来说，极易掌握，同时有着足够的灵活性。ArdUino语言基于Wiring语言开发，是对AVRGCC库的二次封装，不需要太多的单片机基础、编程基础，简单学习后，你也可以快速的进行开发。（图四）ARDUINO编程软件界面2.2.3Arduino硬件Arduino发展至今，出现了适应各种环境的硬件版本，如ArduinoUno.ArduinoNano、ArduinoNano、A

10、rduinoLilyPad,ArduinoMega2560。本文采用ArduinoUno为主控器，ArduinoUNO是ArdUinoUSB接口系列的最新版本，作为ArdUinO平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是ATmega328,同时具有14路数字输入/输出口（其中6路可作为PwM输出），6路模拟输入，一个16MHZ晶体振荡器，一个USB口，一个电源插座，一个ICSPheader和一个复位按钮。UNO已经发布到第三版，与前两版相比有以下新的特点：1、在AREF处增加了两个管脚SDA和SCL,支持I2C接口；2、增加IoREF和一个预留管脚，将来扩展板将能兼容5V和3.3V核心板。3、改

11、进了复位电路设计，USB接口芯片由ATlnega16U2替代了ATmega8U2,如图五为改进后的ArdUinOUN0。GNDGNDVln(D14) PC 0 : AINO (D15) PC 1 : AIN1 ID16) PC 2 : AIN2 D17) PC 3 : AIN3 D18) PC 4 : AIN4 D19) PC 5 : AIN55432BBBB111OPPPP*B*BFPpJ9321O :RRlllI98AgddddddISCKIMISOPWM T2A. MOSII PWM T1B, SS PWM T1A Input Capture76543210Dddddddd7654321

12、0DdddddddPpppppppPWMTOAPWMTOBPWMT2B.Ext Int 1ExtInt0USARTTXUSARTRX（图五）ARDUINOUNO硬件图2. 2.4Arduino编程语言简介ArdUinO语言是建立在C/C+基础上的，其实也就是基础的C语言，Arduino语言只不过把AVR单片机（微控制器）相关的一些参数设置都函数化，不用我们去了解他的底层，让我们不了解AVR单片机（微控制器）的朋友也能轻松上手。关键字： if if.else for switchcase while do.while break continue return goto语法符号：/数据类型:bo

13、olean布尔类型char字符类型unsignedint无符号整数类型long长整数类型unsignedlong无符号长整数类型float浮点类型double双精度浮点类型string字符数组型array数组类型void无类型数据类型转换：char()byte()int()long()float()常量：HIGHILOW：表示数字IO的电平，HIGH表示高电平(1),LOW表示低电平(O)oINPUTIOUTPUT：表示数字IO的方向，INPUT表示输入(高阻态)，OUTPUT：表示输出(AVR能提供5V电压40mA电流)。trueIfalse：true表示真(1),false表示假(O)o程

14、序结构：声明变量及接口名称(例如：intval；intledPin=13;)ovoidsetup()函数在程序开始时使用，初始化变量，管脚模式，调用库函数等(例如:pinMode(IedPin,OUTUPT)；),voidIoopO在SetUP()函数之后，即初始化之后，IoopO让你的程序循环地被执行。使用它来运转ArdUino。数字I/O：pinMode(pin,mode)：数字IO口输入输出模式定义函数，pin表示为013,mode表示INPUT或OUTPUTodigitalWrite(pin,value)：数字IO口输出电平定义函数，Pin表示为013,ValUe表示为HIGH或LoW

15、。必须先定义为输入或输出模式digitalWrite才能生效。intdigita!Read(pin)：数字IO口读输入电平函数，Pin表示为0-13,value表示为HIGH或LoTV。比如可以读数字传感器。模拟I/O：intanalogRead(pin)：模拟IO口读函数，pin表示为05(ArdUinODiecimila为05,Arduinonano为07)。比如可以读模拟传感器(10位AD,05V表示为0Io23)。analogWrite(pin,value)-PWM:数字IO口PwM输出函数，ArdUinO数字IO口标注了PWM的IO口可使用该函数，pin表示3,5,6,9,10,11,value表示为0-255。比如可用于电机PWM调速或音乐播放。时间函数：unsignedlongmill