基于Arduino的智能家居控制系統設計

宋洋　艾信友　黃澤帥　李楊　朱亞艷

摘 要：文章設計了基于Arduino的智能家居控制系統，Arduino接收各傳感器采集的數據并處理分析，通過藍牙發送到Android端顯示實時數據，同時操作者通過Android端向Arduino發送指令，開啟或關閉相應的電器設備，從而實現家居系統的智監測與控制。

關鍵詞：Arduino；智能家居；藍牙；Android

引言

“智能家居”自問世以來因其不菲的造價和較高水準的技術，主要應用于高檔社區和富人私宅，一直是“不入平常百姓家”。為此，設計出穩定安全、可靠實用、低成本低功耗的智能家居控制系統，讓更多的普通家庭也能享受到科技進步帶來的福利。

1 系統概述

該系統以Arduino為核心，各種傳感器模塊為數據的采集端，繼電器模塊為電器設備控制端，Android手機為顯示與控制終端。總體設計如圖1所示。

2 硬件設計

該系統硬件設計主要包括微控制器模塊、電源模塊、傳感器模塊、藍牙模塊、繼電器模塊。

2.1 微控制器模塊

該模塊采用以Atmel公司的Atmage328為核心的Arduino，接收傳感器采集的數據并處理發送，同時接收指令開啟或關閉相應的電器設備。

2.2 電源模塊

該系統電源采用專用電源與通用電源相結合的方式，為不同對象提供相匹配的電源。

市電通過變壓器降壓后經過橋式整流器整流，C1、C2濾波，再由LM7812穩壓，使穩壓器穩定輸出12V/700mA，為升降窗簾的步進電機供電。

2.3 傳感器模塊

該系統包括溫濕度傳感器、光敏電阻傳感器模塊、煙霧濃度傳感器模塊、雨滴傳感器模塊、人體紅外傳感器模塊。

溫濕度傳感器采用DHT11傳感器，采集家居溫濕度參數；光敏電阻傳感器采集家居的光照強度；煙霧濃度傳感器采集家居的煙霧濃度，為可燃物燃燒提供預警信息；雨滴傳感器模塊安裝在屋頂或窗外，監控室外是否降雨；人體紅外傳感器模塊構建家居的安防系統，判斷是否有人靠近。

2.4 藍牙模塊

藍牙模塊選用主從一體的HC-05模塊，該模塊實現Arduino與Android客戶端的數據與指令的交換形成雙向數據通道。

2.5 繼電器模塊

該系統采用的繼電器模塊集成了光耦隔離器件，使得該模塊在驅動220V的電器設備時性能依舊優越。輸入控制端：DC+接+5V，DC-接GND，IN接微控制器IO口。輸出控制：COM是公共端接電源火線，為保證該系統與機械控制互不干擾，常閉端NC，接電器火線，即在該系統關閉的情況下，機械開關仍起作用。

3 軟件設計

該系統軟件部分采用C語言編程，Android客戶端使用Java編程。

3.1 系統主程序流程圖（圖2）。

3.2安卓程序設計

Android部分包括UI界面設計、藍牙服務程序設計兩大部分。整個UI界面分為主界面、藍牙連接界面。

主界面采用線性布局、相對布局和表格布局相結合的方式，其中采用了TextView、Button等控件。

Android平臺提供了藍牙API，可實現藍牙設備之間的通信。

3.3 數據處理

各傳感器在工作工程中存在不可消除的干擾，故而采用平均值與限幅濾波的算法相結合的方法，消除異常值并提高精確度。限幅濾波算法如下：監測各種環境下的大量數據，計算分析，確定理論偏差值，計算出本次數據與上次數據的實際偏差值，若實際偏差值小于理論偏差值則保存本次數據并讀取下個數據；反之，則舍棄本次數據并讀取下個數據。

Android端將接收到的數據切割處理并顯示。家居環境改變，將影響數據的長度，比如光照強度、煙霧濃度等參數值低于10%時，Android端接收到的數據不等長，數據顯示有亂碼。為保證數據等長，家居參數先加10發送，Android端再減10處理。

4 結束語

該系統在實際的聯調中，實現了家居智能化監測與控制。軟硬件運行穩定、價格低廉，適合普通家庭消費，具有應用價值。

參考文獻

[1]黃文凱.Arduino開發實戰指南（機器人卷）[M].北京：機械工業出版社，2014.

[2]李興華.Android開發實戰經典[M].北京：清華大學出版社，2012.