基于Arduino與OneNET云平臺的智能家居系統(tǒng)設(shè)計摘要：隨著經(jīng)濟的日益發(fā)展，人們的物質(zhì)生活也大大改善，對生活質(zhì)量的要求也更加關(guān)注。因此，智能家居一問世就受到廣大居民的青睞。本系統(tǒng)是基于Arduino與OneNET云平臺的簡易智能家居設(shè)計，主控模塊采用ArduinoATMEGA2560開發(fā)板，數(shù)據(jù)采集模塊包括DHT11數(shù)字溫濕度傳感器、MQ-2煙霧傳感器、TSL2561光照強度傳感器、CO/CF-1000一氧化碳傳感器以及HC-SR501人體紅外傳感器，通過ESP8266無線網(wǎng)絡(luò)模塊將傳感器所采集的信息傳輸至OneNET中國移動物聯(lián)網(wǎng)開放平臺，用戶可通過手機對室內(nèi)狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，及時掌握居家環(huán)境的各種信息。關(guān)鍵詞：Arduino;傳感器;網(wǎng)絡(luò)模塊;OneNET目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章緒論 頁第一章緒論1.1課題研究背景及意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機技術(shù)、無線通信技術(shù)等在人們的生活和工作中得到廣泛的應(yīng)用，給我們的生活方式帶來了很大的便利。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的風(fēng)潮和國家政策層面的大力支持與引導(dǎo)下，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)得到快速的發(fā)展，在醫(yī)療衛(wèi)生、數(shù)字農(nóng)業(yè)、智能交通、家居生活等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。近兩年智能家居作為智慧城市的核心組成部分之一，如沐春風(fēng)般地迅速發(fā)展起來，智能家居正在被越來越多的人所接受。在國內(nèi)一些經(jīng)濟比較發(fā)達(dá)的城市，智能家居有一定的應(yīng)用，但實現(xiàn)大眾化還有一定的距離。傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)，因為采用的通信方式是有線的，因此它的信號傳輸比較穩(wěn)定，傳輸?shù)乃俣认鄬σ草^快，這個優(yōu)點是無線通信所不及的。但是，它也有自身的弊端，那就是需要大量復(fù)雜的布線，成本比無線通信要高出很多，使用不夠便捷，系統(tǒng)也不能很好地擴展。綜合對比，無線通信技術(shù)以其價格低廉、低消耗、高靈活度的優(yōu)勢，逐漸占據(jù)智能家居的主流，被廣泛應(yīng)用。本文通過Wi-Fi等無線傳輸?shù)姆绞?，結(jié)合Arduino開發(fā)平臺以及物聯(lián)網(wǎng)云平臺等技術(shù)，設(shè)計了一套適合大眾的簡易智能家居系統(tǒng)。1.2智能家居國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1智能家居國外研究現(xiàn)狀智能家居，在上個世紀(jì)八十年代以前，都只是科學(xué)家們提出的抽象概念，人們對“智能”一詞顯然是沒有直觀的認(rèn)識，直到美國聯(lián)合科技公司建成世界上第一棟智能建筑，智能家居才逐漸走入人們的視線。緊隨其后，世界上的發(fā)達(dá)國家就投入到智能領(lǐng)域中來，尤其是智能家居，人們居家生活智能化將會是一個大趨勢，因此，智能家居領(lǐng)域的發(fā)展非?？?，歐美一些發(fā)達(dá)國家在智能家居系統(tǒng)中提出一個又一個具體方案，推動了智能家居的飛速發(fā)展。最早開始智能家居系統(tǒng)研發(fā)的是美國，他們的技術(shù)實力非常先進(jìn)，以智能家居建筑為主，里面涵蓋了很多智能高科技，最有名的當(dāng)屬比爾蓋茨創(chuàng)建的“未來之屋”。“未來之屋”是通過網(wǎng)絡(luò)將建筑內(nèi)的所有家居設(shè)備都連接起來，控制中心只需要一臺計算機，就能夠?qū)λ屑揖舆M(jìn)行控制。它之所以能夠成為代表性智能家居建筑，是因為它的技術(shù)和理念都比較超前，成為智能家居以及其他智能領(lǐng)域的教科書，是智能家居系統(tǒng)的引航者。隨著科技的發(fā)展，智能家居不再成為一種遙不可及的“科技成品”，也逐漸走進(jìn)大眾家庭，人們對智能、舒適、便捷的家居生活開始關(guān)注起來，對各類智能家居的需求也越來越多。因此，眾多的科技公司也紛紛加入到智能家居的開發(fā)中，整個智能家居市場的競爭開始激烈起來。比如蘋果公司，在2014年研發(fā)了HomeKit智能家居平臺，該平臺支持所有蘋果設(shè)備用戶的使用，無論是手機、平板還是電話手表，都可以通過HomeKit來對室內(nèi)所有智能家居進(jìn)行控制。使用時，只需要將智能家居和iOS操作系統(tǒng)進(jìn)行配對連接，便可以通過Siri命令進(jìn)行語音操控，比如“關(guān)閉窗簾”、“打開空調(diào)”等等。另一家電子行業(yè)的巨頭——谷歌，在2014年收購了Nest公司，自此也加入了智能家居的領(lǐng)域。它利用自己強大的搜索引擎技術(shù)，將人工智能和語言處理技術(shù)融合在一起，然后融入到GoogleHome中，這樣就可以通過語音來控制智能家居設(shè)備。1.2.2智能家居國內(nèi)研究現(xiàn)狀與歐美發(fā)達(dá)國家相比，我國的智能家居起步較晚，技術(shù)和應(yīng)用都還在初級階段。不過在近幾年，隨著我國經(jīng)濟不斷提升，科技實力也隨之提高，我國智能家居市場急劇擴大，各大科技公司以及互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)將目光投向了智能科技，就連傳統(tǒng)的家電企業(yè)也開始加入，所研發(fā)出來的產(chǎn)品都加以“智能”冠名，比如智能掃地機、智能咖啡機等等，這足以說明智能家居的市場前景是非常光明、利好的。其代表有，海爾公司推出的U-home智能家居系統(tǒng)，美的智慧家居M-Smart系統(tǒng)以及移動、阿里的智能家居平臺等等。國內(nèi)的智能家居行業(yè)充分汲取了國外的先進(jìn)技術(shù)，然后進(jìn)行研究創(chuàng)新，使智能家居技術(shù)在短短時間內(nèi)呈飛躍式發(fā)展?？偨Y(jié)我國智能家居的發(fā)展歷程，可以分為三個階段：第一階段：智能家居設(shè)備單品智能化，就是可以通過客戶端對家庭內(nèi)的單個智能家居設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，比如空調(diào)、電燈、電扇等，各電氣設(shè)備之間不能夠互通。第二階段：這里指的是只能家居設(shè)備之間可以進(jìn)行感應(yīng)，可以實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的功能，也可以實現(xiàn)多種控制效果。例如：溫濕度傳感器和空調(diào)、加濕器三者之間的互動，當(dāng)室內(nèi)溫度（濕度）達(dá)到所設(shè)定的值空調(diào)（加濕器）自動開啟或者關(guān)閉；光照傳感器和照明設(shè)備、自動窗簾三者之間的互動，當(dāng)室內(nèi)光照值達(dá)到預(yù)定值可以自動開啟或者關(guān)閉照明設(shè)備（窗簾）。第三階段：系統(tǒng)實現(xiàn)智能化。這里是指智能家居設(shè)備之間可以實現(xiàn)信息互通，不用人為再去操作，只要傳感器采集到的信息進(jìn)行互通，其他設(shè)備就會自己開啟，比如：當(dāng)廚房的油煙機發(fā)現(xiàn)油煙量太大，客廳和臥室的凈化器就會自動開啟去除異味、吸附油煙功能。1.3文章結(jié)構(gòu)本論文設(shè)計的是基于Arduino與OneNET云平臺的簡易智能家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過各類傳感器，將室內(nèi)所采集到的信息通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)了居家環(huán)境的舒適、安防等智能化。第一章：緒論部分。該部分主要介紹了智能家居的研究背景以及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，并對該設(shè)計的文章結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡要概述。第二章：系統(tǒng)總體設(shè)計及相關(guān)技術(shù)分析。是對該系統(tǒng)的設(shè)計原則及要實現(xiàn)的具體功進(jìn)行分析，并詳細(xì)闡述了智能家居系統(tǒng)設(shè)計所涉及到的相關(guān)技術(shù)，主要包括Arduino開發(fā)板和物聯(lián)網(wǎng)云平臺的介紹。第三章：智能家居控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。該部分分為幾大模塊，首先是系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，其次是數(shù)據(jù)采集模塊，然后是無線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊、主控模塊、以及電源模塊等，對每一個硬件模塊的原理圖進(jìn)行分析。第四章：智能家居控制系統(tǒng)軟件設(shè)計。分析軟件功能設(shè)計，繪制整體系統(tǒng)流程圖，結(jié)合硬件模塊進(jìn)行相應(yīng)的軟件程序的編寫，實現(xiàn)硬件模塊的具體功能。第五章：智能家居控制系統(tǒng)的檢測與調(diào)試，對智能家居控制系統(tǒng)整體進(jìn)行測試，保證智能家居控制系統(tǒng)可以正常運行。第二章系統(tǒng)設(shè)計原則與相關(guān)技術(shù)分析2.1系統(tǒng)的設(shè)計原則隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，越來越多的領(lǐng)域開始進(jìn)入智能化，無論是企業(yè)生產(chǎn)還是個人居家生活，物聯(lián)網(wǎng)以及無線通信技術(shù)都無處不在。農(nóng)業(yè)方面有智能大棚，生活方面有智能家居，交通方面有智能避障小車等等。智能家居之所以更受人們的關(guān)注是因為人們對生活質(zhì)量的要求越來越高，舒適、便捷、環(huán)保等，這是當(dāng)下人們對居家環(huán)境的需求。因此，智能家居的發(fā)展具有廣闊的前景。為了滿足人們對居家的需求，智能家居系統(tǒng)在開發(fā)設(shè)計過程中要注意一下幾個原則：首先是穩(wěn)定原則，任何一個產(chǎn)品，如果其性能不夠穩(wěn)定，它的功能就不能夠保證穩(wěn)定實現(xiàn)，勢必會影響用戶的體驗，逐漸就被市場淘汰。其次是簡易操作原則，一個新產(chǎn)品的研發(fā)，其目的就是為了使用，如果操作繁瑣或困難，就失去了它本身的意義，尤其是“智能化”產(chǎn)品，講究的就是操作便捷，容易上手。第三是普適性原則，即適合普通大眾的智能家居設(shè)計，無論是其功能還是成本，都要考慮普通家庭的實際需求和經(jīng)濟承受能力，以實用為出發(fā)點，避免華而不實的功能，滿足普通家庭的使用要求。第四是可擴展性原則，智能家居系統(tǒng)必須要具備可擴展性，因為面對的智能家居設(shè)備是在不斷地更新和升級的，且不同廠家的智能產(chǎn)品其自身的技術(shù)都會有所差異，如果系統(tǒng)不可兼容和擴展，在使用過程中遇到損壞且其同類產(chǎn)品又不能代替時，就會造成很大的損失，使用起來也不方便。第五是可維護性原則，產(chǎn)品的使用都有自身的期限，或者是在使用過程中出現(xiàn)意外故障，智能家居系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)及時的維護，保證系統(tǒng)正常運行。2.2物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)最近幾年，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)蓬勃發(fā)展的促進(jìn)之下，無線通信技術(shù)的應(yīng)用范圍也日益擴大，并且展現(xiàn)出了較為突出的應(yīng)用效果。從本質(zhì)意義上來講，無線通信技術(shù)實質(zhì)上是短距離通信領(lǐng)域的一個分支，在實際生產(chǎn)生活之中，短距離無線通信技術(shù)的應(yīng)用范圍更為廣泛、應(yīng)用效果更為突出，但是系統(tǒng)在工作過程之中會向外傳輸一些小量的突發(fā)信號，特征數(shù)量非常少，并且需要信號進(jìn)行實時傳輸?；诖?，人們期望選取一些綜合成本低、傳輸質(zhì)量高、功耗低的通信技術(shù)。現(xiàn)階段，在無線通信領(lǐng)域之中，應(yīng)用較為普遍的無線短距離通信技術(shù)包括多種，具體分析如下：（1）藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）1999年，IBM、因特爾等多家企業(yè)經(jīng)過大量的研究分析以及論證，研發(fā)出一種新型短距離傳輸技術(shù)，即藍(lán)牙技術(shù)（Bluetooth）。對于藍(lán)牙傳輸來講，其實質(zhì)上應(yīng)用范圍最為廣泛的一種無線短距離傳輸技術(shù)，大部分手機中均配設(shè)了藍(lán)牙技術(shù)，其主要是利用快跳幀、短包技術(shù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其工作頻率一般保持在ISM（2.4GHz）左右，而最高傳輸速率可以達(dá)到1Mbps左右，能夠在多種設(shè)備間實現(xiàn)高效化傳輸，提高了移動設(shè)備之間的通信效率，例如車載藍(lán)牙、手機藍(lán)牙等。藍(lán)牙技術(shù)具備諸多突出性優(yōu)點，如速率快、簡單便捷等。在智能家居領(lǐng)域之中，藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用不是特別廣泛，主要是由于該技術(shù)的通訊距離非常短，一般需要在10m之內(nèi)進(jìn)行傳輸，若超過該距離，那么將會出現(xiàn)中斷。另外，藍(lán)牙技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，族網(wǎng)絡(luò)靈活性也比較差，這些缺點對藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展、推廣等均產(chǎn)生了嚴(yán)重阻礙。（2）紅外技術(shù)（IrDA）對于紅外技術(shù)來講，其最大特點便是傳輸速率快，主要是利用是紅外線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?，傳輸速率最高可以達(dá)到16Mbps左右。一般情況下，紅外線信號、設(shè)備之間的距離需要保持在10m范圍之內(nèi)，并且無任何障礙以及遮擋物。另外，紅外技術(shù)具備安全性高、綜合成本低、穩(wěn)定性強等優(yōu)勢，但是基于其傳輸距離有限、并且無法穿越障礙，所以應(yīng)用范圍也比較小，不適宜在智能家居系統(tǒng)之中進(jìn)行推廣應(yīng)用。（3）射頻識別技術(shù)（RFID）對于射頻識別技術(shù)來講，其主要是利用無線電訊號對一些特定目標(biāo)進(jìn)行高效化識別，然后在此基礎(chǔ)之上對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，進(jìn)而實現(xiàn)無線自動識別的目的。對于無線電訊號來件，其一般是利用電磁場進(jìn)行發(fā)射，核心作用是把信息數(shù)據(jù)從某一個物體之上快速傳輸給另外一個物體，進(jìn)而達(dá)到兩個物質(zhì)的高效化識別。在科學(xué)技術(shù)水平飛速化發(fā)展的時代環(huán)境之下，物體可以利用電磁場所蘊含的能量對數(shù)據(jù)進(jìn)行高效化傳輸，無需通過外部電池，具備節(jié)能環(huán)保的特征。一般情況下，需要把信息直接存儲于標(biāo)簽之中，將兩個物體進(jìn)行接近，便可以由此實現(xiàn)快速化數(shù)據(jù)讀取的目的，在日常中發(fā)揮了重要作用，比如飯卡、門禁卡等。但是該項技術(shù)也具備一些明顯缺點，例如極易受到外部磁場的影響，并且也會消磁，安全性無法得到保障。（4）Wi-Fi技術(shù)(WirelessFidelity)從嚴(yán)格意義上來講，Wi-Fi技術(shù)主要是將IEEE802.11為基礎(chǔ)，經(jīng)過多次優(yōu)化以及改進(jìn)之后而發(fā)展的一種無線通信協(xié)議，其對物理層、MAC層進(jìn)行了精準(zhǔn)化定義，同時還把TCP/IP協(xié)議直接定義為網(wǎng)絡(luò)層的一個特殊性協(xié)議。對于WiFi技術(shù)來講，其歷經(jīng)多年發(fā)展，研發(fā)出了諸多版本，如IEEE802.11a、IEEE802.11b等?，F(xiàn)階段，IEEE802.11b版本的應(yīng)用范圍最廣，傳輸效果最佳。另外，對于IEEE802.11b版本，在2.4GHZ頻段上進(jìn)行傳輸，可以在100m范圍內(nèi)進(jìn)行高效化傳輸。與此同時，還可以實現(xiàn)一點對多點的高效化傳輸，利用中間節(jié)點進(jìn)行高效化協(xié)調(diào)，以此實現(xiàn)快速化傳輸數(shù)據(jù)的目的，當(dāng)附近產(chǎn)生一些干擾信號時，還可以利用調(diào)整帶寬的形式進(jìn)行處理，以此提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩€(wěn)定性。對于該技術(shù)來講，其組網(wǎng)形式非常靈活，并且數(shù)據(jù)傳輸速率非常快，但是該技術(shù)也具備一個顯著化的缺點，即協(xié)議棧的開發(fā)過程較為繁瑣、開發(fā)周期長，并且功耗非常高。（5）ZigBee技術(shù)對于ZigBee技術(shù)而言，其是在IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上經(jīng)過多次優(yōu)化以及改進(jìn)之后而研發(fā)出的一種新型技術(shù)，其具備功耗低、復(fù)雜度低、成本低等諸多突出性優(yōu)點。一般情況下，對于ZigBee技術(shù)來講，其可以在三個頻段上進(jìn)行工作，即2.4GHz、915MHz、868MHz，其傳輸距離約為75m，但是利用調(diào)整ZigBee模塊的形式可以進(jìn)一步延長其通信距離。ZigBee技術(shù)所應(yīng)用的組網(wǎng)形式可以實現(xiàn)自我管理的目的，并且其功耗非常低，能夠利用路由節(jié)點進(jìn)行高效化擴展，建構(gòu)一個較為穩(wěn)定、高效的無線局域網(wǎng)絡(luò)，所以其通常被應(yīng)用在數(shù)據(jù)傳輸速率不太高的場合，可以發(fā)揮出較為突出的應(yīng)用效果。2.3Arduino開發(fā)板分析ArduinoMega2560開發(fā)板是目前應(yīng)用范圍較廣、效用效果較佳的一種是開源硬件，在提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)綜合性能方面發(fā)揮著重要作用。由于該開源硬件得到了極為廣泛化的應(yīng)用，所以有很多人員會在網(wǎng)絡(luò)平臺上針對該方面分享一些開發(fā)經(jīng)驗，當(dāng)在開發(fā)應(yīng)用過程中面臨一些難題時，也可以在社區(qū)之中快速找出問題解決方案。當(dāng)對智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)以及設(shè)計的過程之中，若選用ArduinoMega2560開發(fā)板，那么不但需要對上述兩方面因素進(jìn)行綜合性考量，還需要對其它因素進(jìn)行分析，例如文檔資料、接口、成本等，下圖1詳細(xì)展示了該開發(fā)板的外觀結(jié)構(gòu)，具體如下：圖1ArduinoMega2560開發(fā)板ArduinoMega2560在具體應(yīng)用過程中還包含諸多特性，具體為：JTAG支持編程，可以快速對各方面問題進(jìn)行處理；閃存較大，能夠在極短的時間范圍內(nèi)對一些大體積程序進(jìn)行快速化處理；可以與其它類型的模塊進(jìn)行互聯(lián)互通，應(yīng)用范圍廣泛等。從嚴(yán)格意義上來講，對于ArduinoMega2560來講，其實質(zhì)上是以ArduinoMega為基礎(chǔ)而開發(fā)的一個新型產(chǎn)品，通常被應(yīng)用在一些相對較為復(fù)雜的項目之中。2.4物聯(lián)網(wǎng)云平臺對于物聯(lián)網(wǎng)云平臺來講，其實質(zhì)上就是一個大數(shù)據(jù)處理中心，可以實現(xiàn)諸多較為豐富的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)功能，在物與物之間的對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行高效化傳輸。從數(shù)據(jù)層面上進(jìn)行分析，物聯(lián)網(wǎng)平臺是系統(tǒng)的核心所在，云平臺、傳感器之間應(yīng)當(dāng)做好各方面聯(lián)系，并且還要將各類信息數(shù)據(jù)快速反饋給用戶端。換而言之，對于云平臺來講，其可以接收到傳感器節(jié)點采集的信息，與此同時，云服務(wù)器還可以提供一個高端化、穩(wěn)定化的通信接口，確保用戶可以利用該接口發(fā)送指令，對云平臺之中所存儲的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行快速化查詢，利用指令來控制傳感器節(jié)點。對于諸多物聯(lián)網(wǎng)方案提供商來講，其在研究設(shè)計方面也提出過諸多云平臺方案，但是對于所提供的方案、問題解決思路來講，僅能對一些特定化問題進(jìn)行處理，并未對外進(jìn)行公布。但是對于物聯(lián)網(wǎng)公共云平臺來講，無論是在開發(fā)階段，還是在服務(wù)器集群架設(shè)階段，均提出了相對較為完善化、合理化的方案，對于廣大開發(fā)者來講，系統(tǒng)設(shè)計以及搭建效率得到了極大地提升，并且各方面成本也明顯降低。本文在研究分析的過程之中，引入了物聯(lián)網(wǎng)公共云平臺，選用移動物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)設(shè)備云平臺OneNET。第三章智能家居控制系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1智能家居控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)本文設(shè)計了一款智能家居控制系統(tǒng)，應(yīng)用了Arduino技術(shù)，可以實現(xiàn)對居家環(huán)境的動態(tài)化監(jiān)測，進(jìn)而實現(xiàn)防火防盜等諸多功能，并且還可以與物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行對接，以便進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。若根據(jù)目前的電子產(chǎn)品開發(fā)思路，需遵循低功耗、小型化等要求，所以本文在進(jìn)行設(shè)計的過程之中，綜合多方面因素考慮，選用了Arduino電子開發(fā)板，而在無線通信技術(shù)方面，則選用了Wi-Fi技術(shù)，利用無線通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行互聯(lián)互通，進(jìn)而實現(xiàn)對家電設(shè)備的高效化控制，并及時顯示各類報警信息數(shù)據(jù)。下圖3.1詳細(xì)展示了本文所設(shè)計系統(tǒng)的整體架構(gòu)，詳情如下：圖3.1智能家居控制系統(tǒng)框圖3.2數(shù)據(jù)采集模塊3.2.1溫濕度傳感器模塊圖3.2DHT11溫濕度檢測模塊在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方面，本文選取了DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，其是把數(shù)字信號采集、溫濕度傳感技術(shù)進(jìn)行深度融合，不但擁有相對比較高的安全可靠性，并且應(yīng)用壽命也比較長。DHT11溫濕度傳感器包含NTC測溫元件、電阻式感濕原件，而本文在設(shè)計過程中為了實現(xiàn)高效化控制，還外接了一個單片機。發(fā)送開始信號后，DHT11的模式便由低轉(zhuǎn)高，對于DATA引腳來講，其將會對外輸出40bit數(shù)據(jù)，此時便會對相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。當(dāng)工作模式調(diào)整為“從模式”時，DHT11傳感器便會收到開始信號，同時還會對溫濕度信息進(jìn)行高效化采集，并由此實現(xiàn)一次觸發(fā)動作。信息采集工作結(jié)束后，工作模式便會自動調(diào)整為低功耗。3.2.2煙霧傳感器模塊2本文所設(shè)計的系統(tǒng)在煙霧信息采集模塊主要選用了MQ-2煙霧傳感器，以此對室內(nèi)火災(zāi)信息進(jìn)行實時監(jiān)控以及采集。對于MQ-2煙霧傳感器來講，對于一些易燃物品的煙霧具備非常高的靈敏度，如烷類氣體、液化氣等，因此可以對室內(nèi)火災(zāi)進(jìn)行高效化監(jiān)控。對于此傳感器來講，主要是利用Sn0生產(chǎn)加工其氣敏材料，對于此種材料來講，其電導(dǎo)率非常低。一般情況下，無論是在家庭防火方面，還是在工業(yè)生產(chǎn)方面，該煙霧傳感器的應(yīng)用范圍均非常廣泛，下圖3.3詳細(xì)展示了MQ-2煙霧傳感器電路原理，具體如下：2圖3.3MQ-2煙霧傳感器電路原理圖當(dāng)對MQ-2煙霧傳感器進(jìn)行安裝的過程之中，還需要對安裝地點、火源發(fā)生概率高地點之間的距離進(jìn)行把控。如果安裝距離相對較近，那么傳感器會在極短的時間內(nèi)感應(yīng)到濃度較高的煙霧，由此產(chǎn)生誤報警問題。反之，若安裝距離較遠(yuǎn)，那么所感應(yīng)到的煙霧濃度較弱，無法第一時間進(jìn)行報警，所以要結(jié)合實際情況選定恰當(dāng)?shù)陌惭b距離。3.2.3光照強度傳感器模塊在光照系統(tǒng)方面，綜合多方面因素考慮之后，選用了TSL2561型光照強度傳感器，對該傳感器來講，其具備下列五個方面的特征，具體如下：（1）可以實現(xiàn)中斷申請，若光照強度高于門限值，那么此傳感器便會觸發(fā)中斷申請功能。（2）可以利用編程的形式對數(shù)字量輸出頻率、模擬量增益進(jìn)行高效化分析以及調(diào)整。（3）對于數(shù)字輸出接口來講，其滿足12C總線協(xié)議。（4）外觀結(jié)構(gòu)較小，功耗也非常低。（5）當(dāng)外部出現(xiàn)工頻干擾信號時，可以對其進(jìn)行抑制，減少不良影響。下圖3.4詳細(xì)展示了TSL2561與arduino連接電路圖，具體如下：arduino3.2.4一氧化碳傳感器在一氧化碳監(jiān)測方面，本文所設(shè)計系統(tǒng)綜合多方面因素考慮，最終決定選用CO/CF-1000傳感器實現(xiàn)該方面功能，其屬于一種電流型傳感器。在具體工作應(yīng)用的過程之中，為了更好地進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換部分量化，還必須要結(jié)合實際情況對電壓信號急性放大處理，下圖3.5詳細(xì)展示了放大電路，具體如下：圖3.5一氧化碳傳感器信號放大電路圖3.2.5人體紅外傳感器模塊在人體紅外感應(yīng)模塊，本文在進(jìn)行設(shè)計的過程之中對多方面因素進(jìn)行了綜合性考量，最終決定選用HC-SR501，其具備靈敏度極高的特征，應(yīng)用范圍也非常廣泛。下表3.1詳細(xì)列出了HC-SR501的各項參數(shù)，具體如下：表3.1 HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊電氣參數(shù)產(chǎn)品型號HC?SR501人體感應(yīng)模塊工作電壓范圍直流電壓靜態(tài)電流<50uA電平輸出高觸發(fā)方式L延時時間0.5?200S（可調(diào)）可制作范圍零點幾秒?幾十分鐘封鎖時間2.5S（默認(rèn)）可制作范圍零點幾秒?幾十秒電路板外形尺寸32mm?24mm感應(yīng)角度<100度錐角工作溫度?15?+70度感應(yīng)透鏡尺寸直徑：23mm（默認(rèn)）產(chǎn)品型號HC?SR501人體感應(yīng)模塊其具備下列七個方面的特征，具體如下：自動感應(yīng)：當(dāng)有人進(jìn)入到感應(yīng)范圍時，電路將轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖剑粗?，若人離開感應(yīng)區(qū)，電路將自動轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)。（2）輸出高電平信號：可與各類電路進(jìn)行對接。（3）光敏控制：利用光敏控制功能能夠在光照較強的時間區(qū)間內(nèi)不會自動產(chǎn)生感應(yīng)信號。（4）低功耗：靜態(tài)電流一般在50微安之下，擁有較為突出的節(jié)能效果。（5）工作電壓范圍：在4.5V-20V區(qū)間內(nèi)。（6）觸發(fā)方式：主要可以分為兩種類型，其一是重復(fù)觸發(fā)方式、其二是不可重復(fù)觸發(fā)方式。對于前者來講，當(dāng)輸出高電平信號之后，處在延遲時間區(qū)間內(nèi)，如果感應(yīng)范圍內(nèi)有人進(jìn)入，那么將繼續(xù)保持高點平狀態(tài)，一直到人離開感應(yīng)區(qū)之后，才會轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綘顟B(tài)。（7）溫度補償：當(dāng)溫度處于30℃-32℃區(qū)間內(nèi)，探測距離便會漸漸變短，而對于溫度補償功能來講，可以對其進(jìn)行補償處理。3.3無線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊在整個智能家居室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)之中，無線傳感網(wǎng)絡(luò)是最重要、最核心的一個模塊，其主要功能是采集室內(nèi)環(huán)境參數(shù)。本文在對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計的過程之中，綜合多方面因素考慮，最終決定選用WiFi模塊，將核心主控板、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高效化對接，而對于智能是家居物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)來講，可以把WiFi、Arduinomega2560進(jìn)行深度融合，實現(xiàn)各方面通信功能。對于WiFi模塊來講，其主要應(yīng)用ESP8266模塊，其具備成本低、性能高的特點?，F(xiàn)階段，對于大多數(shù)廠家來講，關(guān)于ESP8266芯片的開發(fā)已經(jīng)較為成熟，而開發(fā)者可以在此基礎(chǔ)之上以較低的成本成功設(shè)計出一些具備個性化功能的智能產(chǎn)品，對于該芯片來講，其不但可以應(yīng)用AP模式下，同時還可以應(yīng)用在Station模式、混合模式下。對于本文所設(shè)計的系統(tǒng)來講，主要是通過AT指令開展相關(guān)控制工作，下圖3.6詳細(xì)展示了WiFi模塊的電路，具體如下：圖3.6WiFi模塊電路3.4主控模塊在主控模塊設(shè)計方面，選用了ArduinoATMEGA2560R3開發(fā)板，其擁有USB接口，可以實現(xiàn)54路數(shù)字輸入輸出功能，被廣泛應(yīng)用于IO接口相對較多的電子設(shè)備系統(tǒng)方面。對于該開發(fā)板來講，主要應(yīng)用了ATmega2560處理器，擁有54路數(shù)字輸入與輸出口，配設(shè)了晶體振蕩器、USB接口、復(fù)位按鈕、電源插座等。下圖3.7、圖3.8分別展示了該開發(fā)板的實物圖以及電路圖，具體如下：圖3.7ArduinoATMEGA2560R3開發(fā)板實物圖圖3.8ArduinoATMEGA2560R3原理圖3.5繼電器模塊和LED燈對于繼電器模塊來講，其核心作用便是對信號進(jìn)行高效化傳輸，并且還可以對多個電路進(jìn)行實時控制。而對于LED來講，其是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N可見光。對于這兩個模塊而言，均可以通過APP進(jìn)行直接操控，當(dāng)OneNET網(wǎng)站發(fā)出控制指令之后，單片機會根據(jù)所接受的信號指令來對兩個模塊進(jìn)行操控。3.6電源模塊對于CC2530來講，其一般是在2.0-3.6V區(qū)間內(nèi)工作，而對于電源電路來講，其能夠為傳感器節(jié)點提供一個非常穩(wěn)定的3.3V電源，下圖3.9詳細(xì)展示了電源模塊的電路，具體如下：圖3.9電源模塊電路第四章智能家居控制系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)流程ArduinoSensorSheildV2.0利用串口將AT指令快速發(fā)出，并由此對ESP8266WiFi模塊進(jìn)行高效化操控。當(dāng)模塊在成功開機之后，便會對附近網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自動搜索，并與定義過之后的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，當(dāng)成功連接上WiFi后，將會直接與OneNET網(wǎng)站進(jìn)行TCP連接，把采集的信息直接發(fā)送于OneNET網(wǎng)站。OneNET網(wǎng)站接收到信息數(shù)據(jù)之后，將會對其進(jìn)行可視化處理，并且將發(fā)送控制指令的功能添加其中，單片機接收到控制指令后，控制模塊也會自動響應(yīng)。下圖4.1詳細(xì)展示了系統(tǒng)初始化流程，具體如下：圖4.1系統(tǒng)初始化流程圖4.2主控程序設(shè)計對于主控制模塊程序來講，其包含多方面內(nèi)容，例如無線Wi-Fi模塊串口圖形化程序、LCD1602液晶屏圖形化程序程序等。傳感器模塊對穩(wěn)定是否在合理區(qū)間內(nèi)進(jìn)行分析以及判定，若超出正常范圍，立即判斷煙霧數(shù)值，若同樣超出設(shè)定值，那么還會對火焰?zhèn)鞲衅鲾?shù)值進(jìn)行分析，若其也高于設(shè)定值，那么表明監(jiān)測環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生了火災(zāi)，并立即利用Wi-Fi模塊發(fā)送報警信號。若溫度值在設(shè)定區(qū)間內(nèi)，那么將會對光敏電阻數(shù)值進(jìn)行判定，若其超出預(yù)設(shè)范圍，那么還要對是否為晚上進(jìn)行分析以及判斷，若已經(jīng)達(dá)到了夜晚，那么需要對熱釋電傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以及對比，若高于預(yù)設(shè)區(qū)間，那么表明有人進(jìn)入到監(jiān)測范圍內(nèi)，并立即利用Wi-Fi模塊發(fā)送盜竊信號，同時進(jìn)行報警。無線接收節(jié)點模塊程序流程圖如下圖所示：圖4.2主控模塊程序流程圖4.3數(shù)據(jù)采集流程圖4.3傳感器數(shù)據(jù)上傳流程（1）溫濕度傳感器代碼如下：使用DHT11溫濕度傳感器的庫<dht11.h>，intchk=DHT11.read（DHT11PIN）;//串口調(diào)試DHT11輸出信息

DebugSerial.print（"Readsensor："）;switch（chk）{caseDHTLIB_OK：DebugSerial.println（"OK"）;

break;

caseDHTLIB_ERROR_CHECKSUM：

DebugSerial.println（"Checksumerror"）;

break;

caseDHTLIB_ERROR_TIMEOUT：

DebugSerial.println（"Timeouterror"）;

break;

default：

DebugSerial.println（"Unknownerror"）;

break;

}（2）火焰?zhèn)鞲衅鞑糠殖绦虼a如下：intflams=A5;intBeep=8intval=0Voidloop(){pinMode(BeepOUTPUT);pinMxle(flams,INPUT);Serial.begin(9600);}voidloop(){Val=analogRead(flame);Aerial.prinin(val);If(val>=600){digitalWrite(Beep,HIGH);}else{digitalWrite(Beep,LOW);}}（3）煙霧傳感器部分程序代碼如下：intsmoke=6intthief=7intBeep=8voidsetup(){pinMode(smoke,INPUT);pinMode(thief,INPUT);pinMode(Beep,OUTPUT);}voidloop(){if((digitalRead(smoke))||(!((digitalRead(thief))))){digitalWrite(Beep,HIGH);}else{digitalWrite(Beep,LOW);}}

（4）使用ESP8266連接路由器，將數(shù)據(jù)發(fā)送到OneNET服務(wù)器。

if（sendCommand（"AT＼r＼n"，"OK"，1000，10）==Success）;

elseESP8266_ERROR（5）;

clrEsp8266RxBuffer（）;

if（sendCommand（"AT+CWMODE=1＼r＼n"，"OK"，3000，10）==Success）;

elseESP8266_ERROR（7）;

clrEsp8266RxBuffer（）;

charcmd[50];

strcpy（cmd，"AT+CWJAP=＼""）;

strcat（cmd，ssid）;

strcat（cmd，"＼"，＼""）;

strcat（cmd，password）;

strcat（cmd，"＼"＼r＼n"）;

if（sendCommand（cmd，“OK”，20000，10）==Success）;

elseESP8266_ERROR（8）;

clrEsp8266RxBuffer（）;4.4系統(tǒng)云平臺搭建各傳感器將室內(nèi)所采集到的信息傳至主控模塊，在經(jīng)過wifi與ONENET的互通對接。此過程簡單便捷，只要在ONENET平臺上注冊個人賬號即可，然后完善用戶信息，設(shè)置登錄賬號和密碼。ONENET平臺有兩種登錄方式，一是“個人用戶”，一是“企業(yè)用戶”，用戶選擇“個人用戶”進(jìn)入平臺主頁，然后進(jìn)入開發(fā)者的管理頁面，在該位置可以添加我們的個人項目，在進(jìn)行開發(fā)過程中，根據(jù)個人的自相關(guān)協(xié)議找到適合該產(chǎn)品的開發(fā)方式，我們可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)會對我們的設(shè)備進(jìn)行提示，包括“設(shè)備接入方式”和“設(shè)備接入?yún)f(xié)議”，為了防止個人信息泄露，平臺提供了兩種協(xié)議連接，即公開和私有。項目流程圖如下：圖4.4項目的流程第五章智能家居控制系統(tǒng)調(diào)試與測試5.1系統(tǒng)組裝與調(diào)試對于智能是家居物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)來講，其是由多個模塊共同構(gòu)成，所以只有保證各個模塊正常工作才可以確保系統(tǒng)功能順利實現(xiàn)，若某一個模塊產(chǎn)生了問題，那么將會對整個系統(tǒng)的運行產(chǎn)生不良影響。所以，當(dāng)對智能家居物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)進(jìn)行組裝、調(diào)試的過程之中，必須要嚴(yán)格按照各步驟、各標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，首先把Arduino主控板、各傳感器、各執(zhí)行器進(jìn)行組裝以及連接，并對各個接口進(jìn)行仔細(xì)檢查，防止出現(xiàn)漏接、短接等問題。當(dāng)各接口全部無誤之后，需要進(jìn)行充電，并且還要觀察各模塊的指示燈是否正常，是否出現(xiàn)煙霧、異味等，若出現(xiàn)異常問題要進(jìn)行立即斷電，排除故障點，并再次與新模塊相連。Arduinomega2560實質(zhì)上是整個系統(tǒng)的“大腦”，不但需要與控制部門相連，同時還需要與ZigBee模塊相連，極易出現(xiàn)錯接以及漏接等問題，所以在進(jìn)行連接的過程之中需要嚴(yán)格按照各方面要求以及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，并且連接完成之后還要對各線路的連接情況進(jìn)行復(fù)查，必須要確保各接口的連線準(zhǔn)確無誤。Arduino系列主板通常是附帶有過載保護功能，若電源指示燈突然熄滅，則表明電路某處功率過高，由此而導(dǎo)致一些異常問題，所以必須要對電源進(jìn)行再次檢查，并排除故障點。5.2系統(tǒng)調(diào)試與測試本文在進(jìn)行研究分析的過程之中，為了確保所設(shè)計的系統(tǒng)的可行性以及安全性，當(dāng)設(shè)計工作結(jié)束之后，還開展了系統(tǒng)調(diào)試以及測試工作，以此來對系統(tǒng)的各項功能進(jìn)行分析以及判斷，由此找出系統(tǒng)中所存在的錯誤，并及時對其進(jìn)行修正，以便完善系統(tǒng)各項功能。首先，將智能家居物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)放置于模擬場景之中，對室內(nèi)環(huán)境溫度、人體紅外信號、煙霧等多個參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，其中主要應(yīng)用9V鋰電池進(jìn)行供電，主要是對系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)各項功能進(jìn)行判斷，若系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，要及時進(jìn)行更正。下圖5.1、圖5.2詳細(xì)展示了實物圖，具體如下：圖5.1報警單元模塊圖5.2開發(fā)板連接測試首先，通過數(shù)據(jù)線把單片機、PC機直接相連，并開啟手機熱點，將其與系統(tǒng)相連，并且設(shè)定間隔500ms發(fā)送一次信息數(shù)據(jù)，所以單片機每間隔500ms將