基于Arduino的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設計摘要當下，世界正邁向\h信息時代。中國作為最大的發(fā)展中國家，已然全面建成小康社會。人民生活質量大幅提升，生活水平持續(xù)提高。人們對家居環(huán)境的期望隨之提高，智能家居由此進入大眾視野。然而，智能家居雖為人們帶來更便捷、舒適的家居環(huán)境，卻也帶來各種不安全隱患。譬如，不法分子作案手法不斷翻新，頻繁運用高科技工具撬開防盜門鎖。尤其是，曾經(jīng)發(fā)生過一起劫匪只用了10秒鐘就把門鎖給撬開的新聞。另外，大部分家庭的安全防護意識不強，安裝簡易防盜報警器的家庭不足10%，并且由于年久失修，容易漏檢。再者，煤氣灶漏氣，電器及其他易燃物品燃燒引發(fā)火災等問題亦不容小覷。故而，在信息化的當下，研究智能家居安全系統(tǒng)意義重大。本項目以arduino作為控制核心，通過傳感器等技術，研制出包括人體紅外、火焰、蜂鳴器報警、溫濕度、光敏傳感器等多個模塊的系統(tǒng)，從而使該系統(tǒng)能夠完成人員進入檢測，火災檢測，智能控燈，智能風扇，預警提示等多種功能，能夠滿足家用用戶的基本需要。本系統(tǒng)實用性強，造價低，能耗低，具有很好的應用前景。關鍵詞：arduino；智能控制；光敏傳感器；溫濕度傳感器。DesignofsmarthomemonitoringsystembasedonArduino.AbstractAtpresent,theworldismovingtowardstheinformationage.Asthelargestdevelopingcountry,Chinahasalreadybuiltawell-offsocietyinanall-roundway.Thequalityofpeople'sliveshasbeengreatlyimproved,andthelivingstandardshavecontinuedtoincrease.People'sexpectationsofthehomeenvironmenthavealsobeenraised,andsmarthomeshavethusenteredthepublicview.However,althoughsmarthomesbringamoreconvenientandcomfortablehomeenvironmentforpeople,theyalsobringvariousunsafehiddendangers.Forexample,themodusoperandiofillegalelementsareconstantlyinnovated,andhigh-techtoolsarefrequentlyusedtopryopenanti-theftdoorlocks.Particularlyterrifyingisthenewsthattherehavebeencriminalswhounlockedthelockwithatinfoilinjustover10seconds.Moreover,mostfamilieshaveaweaksenseofsafetyprecautions,andonlylessthan10%offamilieshaveinstalledsimpleanti-theftalarmdevices,andduetolong-termdisrepair,itisextremelypronetomissedreportingsituations.Furthermore,problemssuchasgasstoveleaks,electricalappliancesandotherflammableitemsburningandcausingfirescannotbeignored.Therefore,inthecurrentinformationage,thestudyofsmarthomesecuritysystemsisofgreatsignificance.ThisprojectusesARDUINOasthecontrolcore,throughsensortechnology,developedthesystemincludinghumaninfrared,flame,buzzeralarm,temperatureandhumidity,photosensitivesensorandsoon.Thesystemhasgoodpracticability,lowcost,lowenergyconsumptionandgoodapplicationprospect.Key

words:

arduino;

Intelligent

control;

Photosensitive

sensor;

Temperature

and

humidity

sensors.

目錄TOC\o"1-3"\h\u\h摘要 I\hAbstract II\h1緒論 1\h1.1背景及研究意義 1\h1.2智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀.............................................................................................\h1.2.1國內智能家居...................................................................................................................1.2.2國內智能家居的十大品牌...............................................................................................\h1.3國外智能家居 61.3.1國外智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀.................................................................................................1.3.2國外智能家居品牌.............................................................................................................\h1.4國內智能家居的發(fā)展前景 6\h1.5智能家居存在的安全問題及解決辦法 7\h1.6本章小結 7\h2智能家居監(jiān)控系統(tǒng)結構設計 9\h2.1智能家居監(jiān)控系統(tǒng)性能指標 9\h2.2智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設計要求 9\h2.3智能家居監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)結構分析 9\h2.4智能家居監(jiān)控系統(tǒng)結構方案設計 9\h2.5本章小結 11\h3智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計 12\h3.1系統(tǒng)總體設計關鍵問題 13\h3.2系統(tǒng)各部分功能模塊介紹 13\h3.2.1中央控制模塊 13\h3.2.2人體紅外感應模塊AM312 15\h3.2.3四線制光敏傳感器模塊 17\h3.2.4溫濕度傳感器模塊DHT11 18\h3.2.5火焰?zhèn)鞲衅髂KLM393 19\h3.2.6繼電器模塊 20\h3.2.7四角按鈕模塊 20\h3.2.8顯示模塊 203.3.9風扇模塊.........................................................................................................................\h3.2.10LED燈模塊 22\h3.3本章小結 22\h4智能家居監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計 23\h4.1編程軟件介紹 23\h4.2系統(tǒng)軟件程序流程圖 23\h4.2.1系統(tǒng)總體軟件程序流程圖 23\h4.2.2顯示模塊流程設計 23\h4.2.3人體紅外模塊流程設計 25\h4.2.4火焰?zhèn)鞲衅髂K流程設計 264.2.5溫濕度傳感器模塊流程圖設計.....................................................................................4.2.6光敏傳感器模塊流程圖設計.........................................................................................\h4.3室內燈光控制系統(tǒng)檢測過程的設計與實現(xiàn) 27\h4.3.1室內燈光控制系統(tǒng)主程序 27\h4.3.2數(shù)據(jù)采集模塊程序 27\h4.4本章小結 28\h5智能家居監(jiān)控系統(tǒng)實物分析 29\h5.1智能家居監(jiān)控系統(tǒng)工作流程 29\h5.2智能家居監(jiān)控實物測試 29\h5.3本章小結 33\h6總結 34\h參考文獻 35\h致謝 37\h附錄 38

引言1.1背景及研究意義隨著因特網(wǎng)的發(fā)展，智能家庭應運而生。通過物聯(lián)網(wǎng)技術，將家庭中的各種設備（例如音視頻設備、照明系統(tǒng)、窗簾控制設備、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、網(wǎng)絡家電等）進行互聯(lián)，為家庭環(huán)境提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠程控制、防盜報警、環(huán)境監(jiān)控、暖通控制、紅外轉發(fā)和可程序計時控制等多種用途和手段。與常規(guī)房屋相比，智能房屋不但具有一般房屋的居住性能，而且還將建筑、網(wǎng)絡通信、信息家電、設備自動化等特點結合在一起，構成了一個高效、便捷、舒適、安全、環(huán)保的居住環(huán)境，并具有全面的信息互動能力。它可以幫助家庭內外溝通暢通，使人的生活模式得到最好的改善，幫助人們更好地組織自己的時間，提升自己的家庭生活的安全，還可以節(jié)約各類能耗。智能家庭的理念由來已久，但是這個理念已經(jīng)存在很長一段時間了，卻一直沒有在建筑領域得到實際的運用。1984年，第一座智能建筑出現(xiàn)在美國康奈迪克州哈特佛市的城市廣場上，美國技術公司將建筑設備的信息化和一體化理念引入建筑領域，從而拉開了全球智慧住宅建設的帷幕。1.2國內智能家居1.2.1國內智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀：不得不說，今年國內智能家居行業(yè)著實熱鬧非凡，前腳華為剛發(fā)布全屋智能新品，后腳綠米聯(lián)創(chuàng)就推出了行業(yè)白皮書。此外，海爾、松下等傳統(tǒng)家電品牌跨界涉足，也加快了該行業(yè)的發(fā)展進程。那么問題來了，國內智能家居市場究竟處于何種狀態(tài)？距離智能家居行業(yè)的終極形態(tài)還有多遠？今日我們便來簡要探討一下這個話題。首先來瞧瞧小米在智能家居行業(yè)所擔當?shù)慕巧捌洚斍暗氖袌龅匚?。不可否認，國內智能家居市場環(huán)境的確是由小米引領起來的，早期其推出的語音操控、遠程操控捕獲了眾多用戶的心，包括筆者在內！然而，從整個智能家居市場的發(fā)展來看，小米目前仍停留在銷售產(chǎn)品的階段，若不想被他人趕超，就需考慮如何提升自家產(chǎn)品的落地性，畢竟當下生活節(jié)奏如此之快，更多的人期望有一站式搭建服務可供選擇?？催^小米，再來看看華為，坦白地說，在我看來華為并未將打造全屋智能置于重要位置，倘若其真的想要側重打造智能家居板塊，那么憑借華為的線下實力，這并非難事！畢竟，華為在線下的基礎是小米難以比擬的。不過話說回來，盡管華為在智能家居行業(yè)并不那么用心，但就其當下的表現(xiàn)而言，其實也能與小米不相上下，并不是說小米不夠強大，只是華為的根基太過扎實。至于華為在智能家居行業(yè)的布局，我只能說它與小米類似，處于平穩(wěn)發(fā)展的狀態(tài)吧！不激進，也不落后，感覺它似乎在進行一些鋪墊和布局，但又給人一種漫不經(jīng)心之感。除了華為、小米之外，國內智能家居市場中表現(xiàn)較為出色的品牌還有海爾打造的三翼鳥，相比前兩者，三翼鳥要更為激進一些，畢竟它是跨界而來，作為一個傳統(tǒng)家電品牌，其實在遠程技術和系統(tǒng)迭代方面并不具備華為、小米的優(yōu)勢。但是，海爾三翼鳥非常明智，它沒有與小米、華為正面交鋒，而是選擇從用戶痛點出發(fā)，通過一站式服務在智能家居領域站穩(wěn)腳跟。倘若在同等條件下對比，其實海爾三翼鳥的產(chǎn)品在技術扎實程度上不如華為、小米的產(chǎn)品，但是在智能家居服務理念和未來發(fā)展趨勢解讀方面，海爾因其所處行業(yè)領域的關系，對此有著獨特的見解。到2019年末，中國已經(jīng)是世界上最大的物聯(lián)網(wǎng)市場，在世界范圍內，有15億個手機接入了中國，占到了64%。中國將是世界上最大的家用設備消費大國，其在智能機市場上的占有率在50-60%之間，在世界范圍內占有20-30%的盈利。統(tǒng)計顯示，2016年至2020年，中國的家用電子產(chǎn)品的銷售額從2608億到5147億，平均每年以18.51%的速度增長。據(jù)中商產(chǎn)業(yè)研究院預計，到2022年，中國家庭電器行業(yè)的總市值將達到6515.6個百分點。近幾年，國內的智能家庭設備的發(fā)貨量快速增加。中國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2017年中國的家用電子產(chǎn)品市場規(guī)模只有1.14個，2019年已超過2億部，同比增加33.5%。由于流感的爆發(fā)，2020年中國的家用電子產(chǎn)品銷量達到了2.2,000部。根據(jù)預計，2022年中國的智能家庭系統(tǒng)將達到2.4個百分點。1.2.2國內智能家居的十大品牌。（1）小米智能家居：北京小米科技股份有限公司成立于2010年3月3日，是一家以網(wǎng)絡科技為主的科技企業(yè)，主要從事高檔智能機、網(wǎng)絡電視、智慧家居等方面的研發(fā)。（2）華為智能家居：華為是一家全球性的ICT基建及智慧終端供應商，努力將數(shù)位化的世界帶入每個人，每個家庭，每個組織，建立一個連接所有人的智慧社會。（3）海爾智能家居：海爾公司成立于一九八四年，由最初的一臺電冰箱，發(fā)展到家電，通訊，IT，數(shù)碼，家居，物流，金融，房地產(chǎn)，生物醫(yī)藥等行業(yè)，致力于打造一個世界級的高品質生活服務供應商。（4）美的智能家居：美的智能家庭技術有限公司，前身為“美的智能家庭”研究所，創(chuàng)立于2014年，是“美的智能家庭”的一個子板塊，其主要任務就是將美的“智能生活”技術與技術融合在一起。（5）紫光物聯(lián)：上海紫光樂聯(lián)信息技術有限公司，是一家專業(yè)從事智能手機、手機、平板電腦、平板電腦、平板電腦等設備的供應商。公司以用戶為中心，不斷進行技術革新，在智慧家居，智慧酒店，智慧園區(qū)等多個方面建立起了產(chǎn)業(yè)領導者的位置，被紅星美凱龍集團的戰(zhàn)略投資者和房地產(chǎn)TOP100的首選品牌。（6）榮事達智能家居：合肥榮事達榮事達是由合肥榮事達電氣股份有限公司結合當前的發(fā)展趨勢，借鑒世界智能家庭的最新概念，順應時代趨勢，以科技，智能，時尚，質量為核心的設計理念，以高科技，智能，時尚，質量為核心，以高科技，智能，時尚，質量為目標，精心設計而成的智能家庭。（7）揚子智能家居：中國揚子股份有限公司成立于80年代，是一家跨地域、跨產(chǎn)業(yè)、跨所有制的綜合性企業(yè)，是安徽省十五個重要的骨干企業(yè)。（8）新飛智能家居：安徽新飛居博士，專注于物聯(lián)網(wǎng)、智能化家庭等領域的研發(fā)與生產(chǎn)，并為客戶帶來了一系列的“一站式”服務。由清華大學、中國科大等知名高校的業(yè)內知名教授領銜，組建了軟件、硬件和云計算三大技術平臺的研究與運營隊伍。（9）博聯(lián)智能家居：杭州古北電子技術有限公司是一家專業(yè)從事家用智能設備和服務的企業(yè)。通過將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等前沿科技相結合，為傳統(tǒng)的企業(yè)提供智能化的服務。（10）聰明屋智能家居：深圳市聰明屋智能電器技術有限公司創(chuàng)建于2010年，是一家擁有國家級高新技術企業(yè)、深圳市高科技企業(yè)的企業(yè)，專業(yè)研制開發(fā)基于ZigBee的智能化家庭設備，其中包括美國芯科電子產(chǎn)品EM357、EFR32MG1等系列產(chǎn)品。1.3國外智能家居1.3.1國外智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀在國際上，智能家庭系統(tǒng)已經(jīng)得到了很大的發(fā)展。從1995年開始，美國與新加坡就開始大力推行智慧型家庭，每個家庭的平均花費為7,000美金，但是只有0.3%的人被使用?，F(xiàn)在，美國是世界上最大的智能家庭市場，緊隨其后的是日本，德國和其他一些其他的國家。在美國，由于智能化家庭建設的繼續(xù)發(fā)展，其市場規(guī)模也在繼續(xù)擴張。2016年，美國的家用設備市場規(guī)模達到了970億美金，并且以平均每年30億美金的增速迅速成長，其銷售額達到了9912萬美金，而在國內的滲透率則達到了5.3%。根據(jù)目前的發(fā)展趨勢，預計到2020年，北美將會有17.23%的人口滲透率。美國和部分歐洲國家作為世界上的先進工業(yè)大國，一直是家庭智能化領域的領導者，而日韓、新等國也紛紛跟進，在這一領域取得了不俗的成績。美國的智能化家庭的發(fā)展非常具有代表性，可以說經(jīng)歷了四個時代：首先是有照明、窗簾和少量安全監(jiān)控的家庭；第二個版本是集成了視頻通話和安全保護的房子；第三代是具有安全，計量等功能的住宅與智能化的控制系統(tǒng)；第四代是以智能家庭為基礎的，以智能家庭為基礎的智能家庭。其中，家居自動化、家居安全、家居娛樂、家居環(huán)境協(xié)助、家居能量管理等五大類，其中家居自動化、家居安全、家居娛樂是家居家居最具潛力的家居家居。日本人在使用智慧家庭方面的喜好順序是：安全控制，健康管理，能源與照明，以及智慧家用器具。在使用智能家庭方面，韓國和日本類似，排名靠前的是安全控制，能源和照明，健康管理，以及智能電器。西班牙是一個很有藝術氣息的國度，這里的居民住宅大多都是歐洲的古典建筑。但是，步入內部，它的智慧住宅的確是非常獨特。當房間內有足夠的自然光時，具有感應作用的熒光燈會自動關閉，從而降低能耗；安裝在房頂?shù)臍庀髠鞲衅骺梢詫崟r獲得氣溫和氣溫的信息，當下雨的時候，它就會自動關掉草坪上的噴水裝置和池塘。所有這些使得西班牙的智慧家庭更具藝術性。美國在智慧家庭方面走在世界前列，但是在推廣方面，韓國則處于領先地位。韓國在智能家庭方面的成績非常突出，這不僅要歸功于韓國的高科技，還要歸功于國家在智慧住宅、智慧住宅等方面的支持。韓國政府鼓勵發(fā)展智慧型家庭，不僅可以改善國民的生活品質，也可以減少罪案發(fā)生率，增進鄰里間的資訊交流，對于政府部門來說，也是有利的。韓國政府要求漢城等大型都市的住宅建設項目中，將安裝智慧型家庭系統(tǒng)，所以韓國誕生了一些著名的家庭智能產(chǎn)品，如三星和LG。現(xiàn)在韓國的“智慧家庭”可以讓使用者隨時隨地操控家里的任何電器，隨時接受各種服務。日本在智能化家庭方面也比較先進，除了在家庭內部進行自動化網(wǎng)絡連接之外，還采用了基于生物特征的自動門禁系統(tǒng)。人們只要走到門口的攝像頭前面，大約一秒鐘之后，當確定是住戶時，就會開門。哪怕是用兩只手拎著，也能輕易將這扇門拉開。日本是一個內外兼用的智慧型家庭，例如日本的智慧廁所等產(chǎn)品，長久以來都很受歡迎。1.3.2國外智能家居品牌（1）Google（谷歌）：谷歌在技術領域的聲譽是眾所周知的，而谷歌則是對智慧家庭領域的一份子?；氐?011年，谷歌發(fā)布了Android@Home，這是一個很好的例子。這是一款用于家用的智能家庭操作系統(tǒng)，它可以將家里的大多數(shù)家用電器與Android設備相連，并允許使用者通過安卓系統(tǒng)來操控家里的所有電子產(chǎn)品。(2)Control4（康朔孚）:Control4成立于2003年3月，總部位于美國猶他州鹽湖城，是一家專業(yè)從事智能家居產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的知名企業(yè)。目前在全球50多個國家和地區(qū)設有經(jīng)銷商和辦事機構。Control4提供整套有線和無線系列控制產(chǎn)品，可以在短短的幾個小時內，將整套系統(tǒng)調試完成，并且用戶可以根據(jù)自己的生活方式輕松定制Control4系統(tǒng)。Control4最早將ZigBee技術應用到住宅領域，也是目前ZigBee聯(lián)盟最大的智能家居廠家。相對于快思聰，Control4價格更加親民，門檻更低，模塊化設計，用戶經(jīng)過簡單地了解即可使用，特別是基于無線ZigBee通訊的組件，部署更為靈活，方便用戶自己擴展系統(tǒng)。(3)AppleHomeKit:HomeKit是蘋果2014年發(fā)布的智能家居平臺。(4)Savant（賽萬特）:賽萬特于1992年在美國創(chuàng)立，是一家基于Apple平臺，可滿足當今先進的綜合環(huán)境樓宇控制、音視頻系統(tǒng)、通訊、數(shù)字顯示、能源管理和多媒體集成需要的智能控制解決方案提供商。(5)Alarm:Alarm成立于2000年。2015年6月，Alarm作為第一家智能家居公司登陸納斯達克。(6)Crestron（快思聰）:美國快思聰是一家專業(yè)從事智能家居及建筑系統(tǒng)的綜合服務商，目前已在90余個國家擁有分支機構，是一家世界領先的高科技產(chǎn)品及綜合解決方案生產(chǎn)商。(7)Elan（義蘭）:作為最早專注于全宅智能領域的世界知名品牌，ELAN成立于1989年，至今已有24年的歷史。(8)Amazon（亞馬遜）:亞馬遜總部設在華盛頓州西雅圖，是美國最大的網(wǎng)上購物公司。亞馬遜是世界上第一家做電商的公司，從最初的在線書店，到如今的連鎖書店，已經(jīng)發(fā)展到了世界上最大的網(wǎng)購公司，也是世界上第二大的網(wǎng)絡公司。亞馬遜通過其開源的聲音戰(zhàn)略，毫無疑問地成為除了智能設備之外，在智能設備上最流行的AI聲音輔助設備，并且?guī)恿巳澜绲闹腔奂彝サ姆睒s。但隨著谷歌、百度、阿里等主要競爭對手的加入，亞馬遜的市場占有率也在不斷下降。1.4國內智能家居的發(fā)展前景首先，智能家庭的前景是光明的，有很大的潛在市場。隨著5G，物聯(lián)網(wǎng)，人工智能等相關領域的發(fā)展，將會帶來更多的機會。目前，智能家庭還處在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，具有比較多的創(chuàng)業(yè)機會。遠程控制、智能管家、智能社區(qū)等，均屬于智能家居的未來發(fā)展方向，而當下的智能家居制造商也在竭力探尋未來。試想一下未來的生活：您能在工作、購物、做飯、打掃衛(wèi)生之際，輕松地對家中進行遠程操控；而當您忙碌時，智能管家會幫您料理家中的諸般瑣事，無需過多煩憂。同時，您的鄰居也一樣，它實則是一個大型智能網(wǎng)絡，為您的生活帶來更多便捷。堅信，這絕非想象，而是智能家居能夠賜予我們的未來。智能家居的前景定然是光明的！未來的智能家居不單在設備控制方面，或許會更加智能、富有智慧、具備計算能力。它能夠如同一個人那般與您成為摯友，知曉您的心境，在您心情不佳時與您打趣，為您調暗燈光等等！1.5智能家居存在的安全問題及解決辦法伴隨我國的迅猛發(fā)展，人們的物質生活愈發(fā)優(yōu)渥，住進更優(yōu)居所，擁有更多錢財。人們愈發(fā)重視自身的人身財產(chǎn)安全，對居住環(huán)境的安全要求亦與日俱增。同時，經(jīng)濟的快速上揚，也伴隨著城市人口流量的驟增，為社會安全增添新的難題。欲保障小區(qū)安全，在防止偷搶事件發(fā)生的前提下，還需保障小區(qū)業(yè)主的人身安全，那就必須具備獨特且高階的安全防范舉措。小區(qū)內保安的保障安全方式，難以契合多數(shù)人的需求，故而智能安防已成為順應當下發(fā)展的必然走向。智能家居監(jiān)控系統(tǒng)極為契合當前絕大多數(shù)人的需求，它不僅能在實現(xiàn)家居智能化的基礎上保障使用人的人身安全，一方面達成了家居智能化，解放雙手，給予使用者更佳的體驗感，還能實現(xiàn)安防，防止使用者財產(chǎn)遺失，保障人員的生命安全。智能家居監(jiān)控系統(tǒng)通?？蓪崿F(xiàn)自動開關窗簾、自動開啟或關閉燈光、自動開啟空調的熱風或冷風等功能。而監(jiān)控系統(tǒng)能夠對家中的安全進行實時監(jiān)控，視頻監(jiān)控設備可實時查看家中狀況，亦可檢測有毒氣體、煙霧、火焰、小偷等，并能起到提醒人員、保護人身安全的作用。智能安防系統(tǒng)并非一個簡易的系統(tǒng)，在進行具體設計時，需考量諸多現(xiàn)實問題，如能否實現(xiàn)控制等。從當下的發(fā)展態(tài)勢來看，各式各樣的智能家居的安全防范措施的發(fā)展已處于中等水平，利弊并存。這就需要我們對其加以分析和總結，探尋出一種安全系數(shù)高、造價成本低的安防系統(tǒng)，從而為人們提供一個安全、舒適的生活環(huán)境。1.6本章小結此章伊始闡述了智能家居誕生的背景與智能家居的發(fā)展意義，其后介紹了國內外智能家居的發(fā)展現(xiàn)況以及各國相對成熟的智能家居品牌，具備頗高的參考價值。繼而又述及國內智能家居的發(fā)展前景，總體而言發(fā)展前景極為廣闊，存在較大的提升空間。最后講述了智能家居現(xiàn)存的安全問題及解決之法。經(jīng)由對這些內容的介紹和理解，我更為明晰了本課題的主要設計內容與方向，為本論文后續(xù)設計奠定了堅實基礎。

2智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設計要求及結構2.1智能家居監(jiān)控系統(tǒng)性能指標在我的設計中包含一些關鍵的性能指標：其一，自然光照以及人的存在均可控制屋內燈光合理地進行開關啟閉。其二，室內溫度可智能控制，同時也可由人來控制風扇的開啟與關閉。其三，能夠對是否有人員進入進行檢測，并在有人進入時報警。其四，可對火災進行檢測以及提示報警。這些功能綜合匯聚，便可達成基本的智能家居監(jiān)控，也就完成了基礎設計。2.2智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設計要求為了達到家居智能化的前提下保證家人安全提高人們的生活質量，大致需要達到以下要求：太陽光照射到屋里，室內光線充足時，室內燈光開啟，夜晚室內光線弱時，室內自動關燈。但是人為可以控制燈光的開啟與關閉。屋內溫度較高的時候可以自動開啟風扇，但是人可以選擇用開關關閉。溫度低的時候關閉風扇，人也可以選擇開啟風扇。當門口有人員進入的時候會有蜂鳴器報警，提示居住人家中可能會有可疑人員進入。當室內有火災的時候會有蜂鳴器報警提示人員注意準備逃跑或者報警。2.3系統(tǒng)結構分析整個系統(tǒng)大致分為兩個方向，一個是智能家居的控制另外就是監(jiān)控系統(tǒng)的設計，兩個方向綜合到一起就成為了智能家居監(jiān)控系統(tǒng)。2.4智能家居監(jiān)控系統(tǒng)結構方案設計圖2-1系統(tǒng)框圖如圖2-1所示，本系統(tǒng)所采用的智能家居監(jiān)控乃是一個由中央控制模塊、輸入模塊以及輸出模塊構成的最小系統(tǒng)。中央控制模塊運用ArduinoUNO系列單片機，其主要功能為接收輸入數(shù)據(jù)，執(zhí)行內部處理，并控制輸出。輸入部分由六個部分構成：其一為光敏傳感器模塊，它的功能是探測到房間里的光線的強弱，從而控制房間里的燈。；其二是溫濕度傳感器模塊，探測房間內的空氣，以便對風機的開關進行控制；其三是火焰?zhèn)鞲衅髂K，它的作用就是探測房間里有沒有火災源；其四是人體紅外模塊，用來檢查有沒有人從大門進來；其五是按鍵模塊一，可人為控制室內燈光的開關；其六是按鍵模塊二，用于人為控制風扇的開關。當室內光照強度較高時，會自動關閉室內燈光，如此可在人忘記關燈時自動關燈，達到節(jié)電的效果；當室內變暗時，亦會自動打開燈光，夜晚回家無需摸黑找開關開燈，甚為便捷。當室內溫度過高時，會自動打開風扇起到降溫作用，使人在家中休息時更為舒適，當溫度過低時也可關閉風扇，通過這種相互調節(jié)可控制室內溫度，避免溫度過高或過低使人產(chǎn)生不適之感。當有人員進入時，會有嘀嘀的警告聲提示有人員進入，發(fā)生火災時也會有警告聲音。此外，還有兩個開關，即人員也可手動關閉或打開風扇和燈光。2.5本章小結本章闡明了智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計構想，同時詳述了能夠實現(xiàn)的功能以及可達成的效果。結合實際的工作狀況，對智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的整體結構予以了剖析，以利于為后續(xù)的模塊選型奠定基礎。

3智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計3.1系統(tǒng)總體設計關鍵問題本設計中主要存在以下幾個問題：（1）前期設計的仿真存在困難，不知應使用何種軟件進行仿真。（2）諸多原件難以找到，只能用其他原件加以替代。3.2系統(tǒng)各部分功能模塊介紹3.2.1中央控制模塊本設計要求采用Arduino系列進行設計，本文我選用的是ArduinoUNO這款單片機。與Arduino101、ArduinoDue、ArduinoMega2506等系列相比，ArduinoUNO具有顯著優(yōu)勢。以AVR單片機ATmega328p為核心，ArduinoUnoR3開發(fā)板如下圖所示。由于Arduino的硬件和軟件均為開源，因為可以從網(wǎng)絡上獲得各種軟件和硬件，所以可以在國產(chǎn)市場上買到很多復制版，而且研發(fā)費用低廉，對新手來說非常友好。它構建于開放原始碼simpleI/O介面版，且具備類似Java、C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。主要包括兩個主要部分：硬件部分即用于電路連接的Arduino電路板；另一個則是ArduinoIDE，基于processingIDE開發(fā)。對于初學者而言，極易掌握，同時又具備足夠的靈活性。只需在IDE中編寫程序代碼，將程序上傳至Arduino電路板后，程序便會告知Arduino電路板需要執(zhí)行的操作。Arduino語言基于wiring語言開發(fā)，是對AVRGCC庫的二次封裝，無需過多的單片機和編程基礎，經(jīng)過簡單學習便可快速開展開發(fā)。Arduino的硬件原理圖、電路圖、IDE軟件及核心庫文件均為開源，在開源協(xié)議范圍內可任意修改原始設計及相應代碼。Arduino擁有眾多的開發(fā)者和用戶，能夠找到他們提供的眾多開源示例代碼、硬件設計。例如，可在G、Arduino.cc、O等網(wǎng)站獲取Arduino第三方硬件、外設、類庫等支持，以更快速、更簡單地擴展Arduino項目。ArduinoUNO是基于ATmega328P的Arduino開發(fā)板，具有14個數(shù)字輸入/輸出引腳（其中6個可用于PWM輸出）、6個模擬輸入引腳、一個16MHz的晶體振蕩器、一個USB接口、一個DC接口、一個ICSP接口和一個復位按鈕。它包含了微控制器所需的一切，只需將其簡單連接至計算機的USB接口，或使用AC-DC適配器，亦或采用電池，便可驅動它?！癠no”在意大利語中意為“一”。ArduinoUNO是Arduino系列的一號開發(fā)板，ArduinoIDE1.0是ArduinoIDE的首個正式版本，ArduinoUNO硬件和ArduinoIDE軟件建立了一套Arduino開發(fā)標準，此后的Arduino開發(fā)板和衍生產(chǎn)品均建立在此標準之上。參數(shù)如下表3-1所示。微控制器ATmega328P工作電壓5V輸入電壓（推薦）7-12V輸入電壓（極限6-20V數(shù)字I/O引腳14PWM通道6模擬輸入通道（ADC）6每個I/O直流輸出能力20mA3.3V端口輸出能力50mASRAM2KBFlash32KB（其中引導程序使用0.5KBEEPROM1KB時鐘速度16MHz板載LED引腳13長度68.6mm寬度53.4mm重量25g圖3-1ard

uino開發(fā)板：ArduinoUno引腳分配-電源ArduinoUno開發(fā)板可以使用三種方式供電：●

直流電源插孔-可以使用電源插孔為Arduino開發(fā)板供電。該功率插座一般與一個適配器相連。電源供應從5到20V之間。，但制造商建議將其保持在7-12V之間。高于12V時，穩(wěn)壓芯片可能會過熱，低于7V可能會供電不足。●

VIN引腳-該引腳用于使用外部電源為ArduinoUno開發(fā)板供電。電壓應控制在上述提到的范圍內?！?/p>

USB電纜-連接到計算機時，提供500mA/5V電壓。在電源插孔的正極與VIN引腳間設置有一個極性保護二極管，其額定電流為1安培。所使用的電源決定了可供給電路的功率。比如，采用USB為電路供電時，電流的最大限值為500mA。鑒于此電源還用于為MCU、外圍設備、板載穩(wěn)壓器以及與其相連的組件供電。在由一個功率出口或一個VIN供電時，可使用的最大電流則取決于Arduino開發(fā)板上的5V和3.3V穩(wěn)壓器。

●

5v和3v3根據(jù)制造商的數(shù)據(jù)手冊，它們提供穩(wěn)壓的5V和3.3v，向外部組件供電?！馟ND在ArduinoUno引腳分配圖中，可以看到有5個GND引腳，它們都是互連的。GND引腳用于閉合電路回路，并在整個電路中提供一個公共邏輯參考電平。務必確保所有的GND（Arduino、外設和組件）相互連接并且有共同點?！馬ESET

-復位Arduino開發(fā)板?！馡OREF

-該引腳是輸入/輸出參考。它提供了微控制器工作的參考電壓。

ArduinoUno引腳分配-模擬輸入ArduinoUno有6個模擬引腳，它們作為ADC（模數(shù)轉換器）使用。這些引腳用作模擬輸入，但也可用作數(shù)字輸入或數(shù)字輸出。模數(shù)轉換ADC是當今電子學中的一個重要組成部分，其主要功能是實現(xiàn)從模擬到數(shù)字的變換。由于該變換程序使得例如處理器之類的數(shù)碼元件能夠讀出并加工類比訊號，從而在其工作流中扮演著非常重要的角色。Arduino是一個開放源碼的硬件平臺，旨在簡化物聯(lián)網(wǎng)終端與機器人的研發(fā)。Arduino的A0-A5引腳就是用來讀出模擬電壓的，也就是說，它可以把模數(shù)的電壓變成可以被電腦辨認的數(shù)字信號。在Arduino平臺上，ADC的分辨率被設置為10位，這表明它能夠以1024個數(shù)字電平來表示模擬電壓。這個數(shù)字范圍足夠寬廣，可以滿足大多數(shù)應用需求，無論是簡單的模擬控制還是復雜的數(shù)據(jù)分析。ADC的這種高分辨率，使得它非常適合于將電壓值轉化為數(shù)字位，而這些數(shù)字位又能由微處理器輕松理解并進行進一步的處理。在現(xiàn)實生活中，模數(shù)轉換器（ADC）的實例很多，比如IP電話（VoIP）業(yè)務。每個智能機都裝有一個把聲音的聲波轉化為類比的電壓的話筒。接下來，通過移動電話裝置的模數(shù)轉換器，將其轉化為數(shù)位資料，再經(jīng)由網(wǎng)際網(wǎng)路傳送到受話方。該方案不但使通訊效率更高，成本更低，同時也使聲音的實時通訊成為可能。模數(shù)轉換器（ADC）已經(jīng)成為人們生活中必不可少的一部分，無論是從PC還是從企業(yè)服務器，ADC都對保證數(shù)字信號的精確性和高效的傳輸起著至關重要的作用。伴隨著科技的發(fā)展，模數(shù)轉換器的效能也在不斷提高，許多以往無法完成的任務都得以完成，帶動了社會向數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展。

ArduinoUno引腳分配-數(shù)字引腳ArduinoUno的引腳0-13用作數(shù)字輸入/輸出引腳。其中，引腳13連接到板載的LED指示燈；引腳3、5、6、9、10、11具有PWM功能。

需要注意的是：●每個引腳可提供/接收最高40mA的電流。但推薦的電流是20毫安?！袼幸_提供的絕對最大電流為200mA。3.2.2人體紅外感應模塊AM312紅外感應模塊可選用AM312普通型人體紅外感應模塊。AM312人體感應模塊，是一款以無源型人體紅外科技為基礎，以高靈敏度和高可靠性為特征的全數(shù)字化、智能化的自動化控制產(chǎn)物，在各類電子電氣裝置中得到了廣泛的使用。以下是它的技術參數(shù)：（1）工作電壓：DC2.7-12V；（2）靜態(tài)功耗：＜0.1mA；（3）延時時間:2秒；（4）封鎖時間:2秒；（5）觸發(fā)方式:可重復；（6）感應范圍:≤100度錐角,3-5米；（需根據(jù)具體的透鏡）（7）工作溫度:-20-+60℃（8）PCB外形尺寸:10mm*8mm（9）模塊透鏡：小透鏡它的功能特征是：a、

本機具有較好的抗干擾能力，內置的數(shù)字信號處理技術，可實現(xiàn)高、低兩級的直流輸出。b、

可反復啟動模式：當感應器的輸入為高電平之后，在一定的時間間隔中，若有人體在其感知范圍之內，則其輸出始終維持高電平，直至人體離去之后，該信號才轉為低電平（也就是：當感知模塊每次探測到身體的動作后，將會將延遲一段延遲時間，后續(xù)的動作時間作為延遲時間的起點）。圖3-2-2-1模塊實物圖圖3-2-2-2模塊引腳圖圖3-2-2-3人體紅外模塊原理圖3.2.3四線制光敏傳感器模塊其關鍵部件光敏電阻器能把光信號（光強度）轉化成電信號（感光電阻器的阻值）；再將通過感光電阻器的電壓與通過電位計的電壓作對比，將高低壓分別送到DO端口；而AO端口則是通過感光電阻進行直流降流，因此它將輸出一個介于地與VCC間的任何一個電壓值；VCC與GND對組件及芯片來說，都是必不可少的。圖3-2-3-1為實物圖。圖3-2-3-2為模塊原理圖圖3-2-3-1光敏傳感器模塊實物圖圖3-2-3-2光敏傳感器模塊原理圖（1）引腳接口1、VCC接電源正極3.3-5V2、GND接電源負極3、DO數(shù)字信號輸出接口4、AO模擬信號輸出接口模塊特點采用靈敏型光敏電阻傳感器比較器輸出，信號干凈，波形好，驅動能力強，超過15mA。3、配可調電位器可調節(jié)檢測光線亮度工作電壓3.3V-5V輸出形式:DO開關量輸出(0和1)和AO模擬量輸出(電壓)5、設有固定螺栓孔，方便安裝小板PCB尺寸:3.2cmx1.4cm使用寬電壓LM393比較器使用說明光敏電阻器組件是一種對外界光照最為敏感的器件，它主要用于探測外界光源的強度、啟動微控制器或者是保護單元等；該模塊在外部光強度未達到所設置的閥值時，該DO端口將輸出一高電平，而外部光強度超出該預設閥值時，該DO端口將輸出一低位電平；DO的輸出可以與MCU連接，通過MCU對高、低電平進行探測，從而實現(xiàn)對周圍光強變化的探測；DO的輸出口可以直接驅動繼電器組件，從而構成一個光控制的開關。。將平板上的模擬量輸出AO與AD模塊連接，經(jīng)過AD變換，可以得到更加準確的周圍光線強度。3.2.4溫濕度傳感器模塊DHT11DHT11型溫度和濕度傳感器是一種溫度和濕度混合的傳感器，內部有經(jīng)校正的數(shù)字信號輸出。采用特殊的數(shù)碼信號處理和溫度和濕度感知，保證了該產(chǎn)品的高可靠性和良好的長期穩(wěn)定性能。本發(fā)明涉及一種新型的基于8位微控制器的電阻型濕度傳感器和NTC溫度測量單元。因此，該產(chǎn)品具有質量好，響應速度快，抗干擾能力強，性價比高等特點。每個DHT11傳感器都是在非常精密的濕度檢驗箱中進行標定的，校正因子被儲存在0TP記憶體中，而校正因子則是在對探測信號進行處理時被調用的。采用的是一種單一的串口方式，使整個系統(tǒng)的整合更加簡單、快速。它的體積非常小，功耗非常低，可以在超過20m的范圍內進行信號傳送，因此它是各種用途，甚至是最嚴苛的使用環(huán)境中的最佳選擇。。產(chǎn)品采用4針單排引腳封裝。圖3-2-4-1為模塊實物圖，圖3-2-4-2則為模塊原理圖。圖3-2-4-1溫濕度傳感器模塊實物圖圖3-2-4-2溫濕度傳感器模塊原理圖DHT11模塊接線說明：VCC外接3.3V-5VGND外接GNDDATA小板開關數(shù)字量輸出接口接單片機I0口DHT11模塊參數(shù)如下:可以檢測周圍環(huán)境的濕度和溫度傳感器采用DHT11濕度測量范圍:

20%-95%(0度-50度范圍)濕度測量誤差:+-5%溫度測量范圍:0度-50度溫度測量誤差:+-2度工作電壓3.3V-5V輸出形式數(shù)字輸出設有固定螺栓孔，方便安裝小板PCB尺寸:3.2cm*1.4cm電源指示燈(紅色)注意事項：1、避免結露情況下使用。2、長期保存條件:溫度10-40C，濕度60%以下。3.2.5火焰?zhèn)鞲衅髂KLM393該火焰?zhèn)鞲衅魇且环N高溫固體微粒，包括多種燃燒產(chǎn)物，中間產(chǎn)物，高溫氣體，碳氫化合物，以及其他一些無機物。燃燒過程中，燃燒過程可分為兩類：一類是由氣、氣兩部分組成，一是由兩部分組成。雖然各種類型的可燃物所產(chǎn)生的光強與光譜特征不盡相同，但總的來說，無論是在與其相適應的高溫區(qū)域，還是在紫外波段，這兩種類型的光強都比較大。根據(jù)這種特點，可以制作出火焰?zhèn)鞲衅?。圖3-2-5-1為其實物圖，3-2-5-2則是模塊原理圖。圖3-2-5-1火焰?zhèn)鞲衅鲗嵨飯D圖3-2-5-2火焰?zhèn)鞲衅髂K原理圖模塊接口說明(4線制)：1、VCC外接3.3V-5V電壓(可以直接與5v單片機和3.3v單片機相連)2、GND外接GND3、DO小板數(shù)字量輸出接口(0和1

)4、AO小板模擬量輸出接口模塊描述：1、可以檢測火焰或者波長在760納米~

1100納米范圍內的光源2、探測角度60度左右，對火焰光譜特別靈敏3、靈敏度可調(圖3-2-5-1中藍色數(shù)字電位器調節(jié))4、檢測火焰的范圍：根據(jù)使用者的感知能力和火焰的強弱而定，通常使用在1米之內（使用打火機進行檢測，半米內即可）5、輸出形式a模擬量電壓輸出b數(shù)字開關量輸出(0和1)6、設有固定螺栓孔，方便安裝7、小板PCB尺寸:3cm*1.6cm8、標準雙面板，布局美觀大方

使用說明：1、它對火焰和光線都很敏感，經(jīng)常用于火災警報。。2、所述模塊在周圍的焰譜或所述光源未達到所設置的閥值時，所述DO端口將輸出高電平，而所述外部周圍的焰譜或所述光源超出所述設置的閥值時，所述組件的所述DO端口將所述的所述電源提供給所述組件；3、該模塊的數(shù)模輸出DO可以與MCU連接，通過MCU對高、低電平進行探測，從而實現(xiàn)對周圍溫度變化的探測；4、小板數(shù)碼輸出DO能直接驅動的繼電器模組，這樣就能構成一個焰燈開關;5、小板模擬量輸出AO可以和本店AD模塊相連，通過AD轉換，可以獲得環(huán)境溫度更精準的數(shù)值;3.2.6繼電器模塊（1路5V）當在線圈的兩端加上一個特定的電壓時，就會有一股電流通過，從而形成一種電磁場。銜鐵在電磁吸引力的作用下，會抵抗回彈力的牽引，靠近鐵芯，使電樞的動觸頭和靜觸頭（常開觸頭）相接觸。一旦切斷電源，磁鐵的磁力便會停止，銜鐵通過彈性體的彈力恢復原位，從而將動觸頭和靜態(tài)觸頭（常閉觸頭）分開。通過這樣的操作來完成拉、拉、放的操作，從而完成回路的接通和斷開。在保護裝置的“常開和常閉”觸頭上，可以用以下方法來區(qū)別：當保護繞組不加載時，在關斷條件下的靜觸頭叫做“常開觸點”；當靜態(tài)接觸在ON時，就叫做“常閉觸點”。繼電器通常具有兩股電路，分別是低壓控制電路和高壓工作電路。圖3-2-6-1為繼電器模塊的實物圖；圖3-2-6-2為繼電器模塊的原理圖。圖3-2-6-1繼電器模塊實物圖圖3-2-6-2繼電器模塊原理圖

（1）模塊接口說明1、VCC接5V電源正極(按繼電器電壓供電)2、GND接5V電源負極3、IN繼電器模組信號觸發(fā)端(低電平觸發(fā)有效)（2）模塊描述1、本模塊符合安全標準，控制區(qū)域與負載區(qū)域有隔離槽2、采用雙面FR-4線路板設計，高端貼片工藝生產(chǎn)3、采用繼電器控制4、具有電源和繼電器動作指示，吸合亮，斷開不亮5、信號輸入端有低電平信號時，公共端與常開端會導通6、繼電器可以直接控制各種設備和負載7、有1個常開和1個常閉觸點8、藍色KF301端子接控制線更方便。9、模塊尺寸:

43x17x18.

5mm;凈重:

15g（3）電氣參數(shù)表3-2電壓版本靜態(tài)電流工作電流觸發(fā)電壓觸發(fā)電流5V4mA65mA0-3.5V2mA9V5mA45mA0-4V3mA12V5.5mA42mA0-4V3mA24V12mA40mA0-12V3mA繼電器使用方法1、模組的供電：必須使用與繼電器的電壓一致的直流供電。2、繼電器的公共端，常開，常閉，只是單刀雙擲的開關。在保護線圈組上沒有任何電壓或沒有達到啟動電壓時，繼電器的公共端子COM與常閉端子（CN）相連。當繼電器線圈兩端電壓達到吸合的電壓時，繼電器的公共端（COM）與常開端（ON）接通。3.2.7四角按鈕模塊按鈕是用戶與計算機之間的“橋梁”，是用戶與計算機之間進行信息交流的重要環(huán)節(jié)。通過人機互動，可以將各種操作指示及資料在任何時間、任何地點發(fā)送給用戶，并通過液晶顯示操作狀態(tài)及操作結果。鍵盤有兩種，一種是一體化的，一種是單獨的，每種類型的按鍵都有自己的編碼方式。在這個系統(tǒng)中，只有照明鍵key1、風機控制鍵key2，所以這個系統(tǒng)可以單獨地選取一個鍵。獨立按鈕是直接連接由I/O線形成的單個按鈕電路。每個獨立按鈕占用一條I/O線。每條I/O線不能互相影響。針對本電路，采用四角按鈕、高電平控制按鍵，故需上拔電阻器以免燒壞主板。四角按鈕實物圖如圖3-2-7-1所示。四角按鈕內部連線圖如圖3-2-7-2所示。圖3-2-7-1四角按鈕實物圖圖3-2-7-2四角按鈕內部連線圖

3.2.8顯示模塊我所采用的是0.96寸的OLED屏幕，OLED又被稱作有機激光顯示以及有機發(fā)光半導體材料，它是指在外加電場作用下，使有機半導體元件與熒光物質發(fā)生相互作用，使其產(chǎn)生發(fā)光的一種現(xiàn)象。。OLED（OrganicLight-EmittingDiode），即有機發(fā)光二極管，又稱有機電激光顯示。OLED是一種非常薄的OLED器件，其表面覆蓋著一層非常薄的薄膜，在有電的情況下可以發(fā)出發(fā)光，并且有較高的可見度和較小的功耗。OLED具有自發(fā)光，不需要背光源（只有通電后才能發(fā)光），高對比度，薄的厚度，寬的視角，快速的響應速度，適用于柔性面板，工作溫度范圍寬，結構和工藝都很簡單。一般來說，根據(jù)材料的種類，OLED可以分為兩類：一類是小分子OLED，一類是高分子OLED。OLED是一種基于兩層有機膜的電致發(fā)射裝置。它具有制造工藝簡單、工作簡單、工作電壓小等優(yōu)點。OLED屏幕更輕，更高的亮度，更低的功耗，更快的反應速度，更高的圖像質量，更靈活，更高的亮度。但是它的使用時間卻不如液晶顯示器。綜合考量后，選擇OLED的SSD1306作為系統(tǒng)的顯示模塊，其實物圖如圖3-2-8-1所示，原理圖如圖3-2-8-2所示。圖3-2-8-1OLED屏幕實物圖圖3-2-8-2OLED原理圖模塊引腳定義：CS:片選信號，低電平有效，不需要使用必須接地。DC:數(shù)據(jù)或命令切換。RES:復位。D1:SPI接口為SPI數(shù)據(jù)線。D0:SPI接口為SPI時鐘線。VCC:電源正3.3V-5V。GND:電源地。參數(shù)介紹：驅動類型:SSD1306顯示尺寸:0.96英寸PCB尺寸:27.5*27.8mm玻璃尺寸:26.7×19.26×1.4mm點間距:0.17×0.17mm點陣數(shù)量:128*64點陣大小:0.15×0.15mm發(fā)光顏色:白色、藍色、黃藍可選針腳數(shù):7腳位:GND、

VCC、DO、DI、RES、DC、CS休眠電流:1OuA工作電流:20-30mA視角：全視角工作溫度:-20至70°C存儲溫度:-30至80°C工作電壓:3.3V或5V3.2.9風扇模塊鑒于制作層面的緣由，家中風扇以電機替代，我選用的是小型馬達。小型馬達的原理乃是借助電磁感應原理，將電能轉化為機械能的一種裝置。它屬于現(xiàn)代工業(yè)里最為常用的電動機之一，在各類機械設備中得到廣泛運用。這種小型電機根據(jù)法拉第的電磁感應規(guī)律工作，即導線在一個電場中移動時，導線的兩端產(chǎn)生一個電勢。小型電動機的轉子用導線構成，在經(jīng)過定子繞組時會形成一個磁場。，該磁場會作用于轉子，促其轉動。轉子的轉動致使導體于磁場中運動，進而產(chǎn)生電動勢，此電動勢又會反作用于定子線圈，令電流持續(xù)流動，以此維持轉子的運動。圖3-2-9-1為小電機的實物圖。圖3-2-9-1小馬達實物圖小馬達參數(shù)：1、電源電壓:

3V-6V;2、電流:0.4A;3、功率:1.5W;4、旋轉速度:9000轉/分;5、減速比系數(shù):1:48;6、軸承類型:滑動軸承;7、外殼材質:金屬外殼;

8、安裝方式:底座固定;

9、重量:約17g10、長度:38mm11、寬度:20mm12、高度:15mm13、軸徑:2mm14、軸長:8mm3.2.10LED燈模塊LED（LED）是一種可以將電能轉換成可見光的固態(tài)材料。該發(fā)光二極管以一種半導體晶片為主體，其一端與電路之負電源相連，一端接于電源之正極。晶片由P型半導體和N型半導體組成，其中P型半導體以內部結構空穴為主，N型半導體以電子為主。但是，如果把這兩種半導體材料放在一塊時，就會形成P-N結。當交流電通過導線加到芯片上時，電子會被推向P區(qū)。在P區(qū)，電子與空穴相結合，然后以光子的方式放出能量。這就是發(fā)光二極管的工作原理。并且，光線的波長，也就是光線的色彩，依賴于制造P-N結所使用的材質。[18]。發(fā)光二極管能直接發(fā)射各種顏色的光，如紅色，黃色，藍色，綠色，橙色，紫色和白色。3.3本章小結本章主要旨在介紹本設計所選用的模塊，將ArduinoUNO當作硬件控制的核心，并對Arduino加以介紹。與此同時，簡要地介紹了人體紅外線組件AM312，四線光敏傳感器組件，溫濕度模塊DHT11，火焰?zhèn)鞲衅髂KLM393,1路5V繼電器模塊，四角按鈕模塊，OLED顯示模塊，風扇和LED照明模塊。，進一步充實和完善了智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的設計。

4智能家居監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計4.1編程軟件介紹本設計所運用的編程軟件乃是ArduinoIDE，它是Arduino產(chǎn)品的軟件編輯環(huán)境[19]。ArduinoIDE是Arduino的專業(yè)軟件，它以Arduino編程為主，擁有開源設計，支持ISP在線燒錄，支持各種類型的編程功能，如Flash,Max/Msp,VVVV,PD,C,Processing等。其界面如圖4-1所示：圖4-1ArduinoIDE編譯界面4.2系統(tǒng)軟件程序流程圖4.2.1系統(tǒng)總體軟件程序流程圖系統(tǒng)的基本框圖展現(xiàn)于圖4-2-1中。在主程序中，需要先對每個模塊進行初始化，然后再執(zhí)行while主循環(huán)。率先檢測各個模塊的狀態(tài)值，若燈光按鍵被按下，燈會開啟，同時屏幕將顯示“LED：ON”；再次按下時，燈光關閉，屏幕顯示“LED：OFF”；當風扇按鍵按下，風扇開啟，屏幕顯示“Fan：ON”，再次按下，風扇關閉，屏幕顯示“Fan：OFF”；溫度大于25℃時，風扇開啟且屏幕顯示“Fan：ON”，溫度低于25℃時，風扇關閉并顯示“Fan：OFF”；光照超過50時關閉燈光，屏幕顯示“LED：OFF”，光照小于50時開燈，屏幕顯示“LED：ON”；有人員進入時，蜂鳴器會發(fā)出警報，屏幕顯示“Man：Yes”，無人進入時，蜂鳴器不報警，屏幕顯示“Man：No”；存在火焰時，蜂鳴器報警，屏幕顯示“Fire：Yes”，沒有火源時，屏幕顯示“Fire：No”。圖4-2-1系統(tǒng)總體軟件程序流程圖4.2.2顯示模塊流程設計顯示屏幕流程如圖4-3所示；通過不同的情況會有不同的顯示。四種情況屏幕一共會有八種顯示結果。圖4-3顯示函數(shù)子流程圖

4.2.3人體紅外模塊程設計圖4-2-3人體紅外模塊數(shù)流程圖4.2.4火焰?zhèn)鞲衅髂K流程設計如下圖4-2-4所示為火焰?zhèn)鞲衅髂K流程圖，用來檢測是否發(fā)生火災。4-2-4所示為火焰?zhèn)鞲衅髂K流程圖4.2.5溫濕度傳感器模塊流程圖設計如下圖4-2-5所示為溫濕度傳感器模塊流程圖，用來檢測當前溫度與預設溫度的大小并且控制風扇開關。4-2-5所示為溫濕度傳感器模塊流程圖4.2.6光敏傳感器模塊流程圖設計如下圖4-2-6所示為光敏傳感器模塊流程圖，用來檢測當前進入室內的光照強度與預設光照室內的光照強度與預設光照強度的大小并且控制室內燈光開關。4-2-5所示為溫濕度傳感器模塊流程圖

4.3智能家居監(jiān)控系統(tǒng)檢測過程的設計與實現(xiàn)4.3.1智能家居監(jiān)控系統(tǒng)主程序主要程序包括：系統(tǒng)初始化，按鍵掃描，人員進出檢測，火焰探測，光強探測，溫度探測，光強數(shù)值顯示，溫度數(shù)值顯示，設定閾值顯示，最終進行對比和發(fā)出指令。4.4本章小結本章主要對智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結構進行說明，首先介紹了Arduino的編程軟件ArduinoIDE通過分析顯示模塊、人體紅外模塊、火焰?zhèn)鞲衅髂K、溫濕度傳感器模塊、光敏傳感器模塊進行流程解釋，明確了智能家居監(jiān)控系統(tǒng)工作過程。

5智能家居監(jiān)控系統(tǒng)實物分析5.1智能家居監(jiān)控系統(tǒng)工作流程每當燈光按鍵被按下，燈光便會開啟，且屏幕會顯示“LED：ON”；而再次按下時，燈光關閉，屏幕則顯示“LED：OFF”。若是風扇按鍵按下，風扇就會開啟，屏幕顯示“Fan：ON”；當風扇按鍵又一次被按下，風扇關閉，屏幕顯示“Fan：OFF”。溫度高于25℃，風扇開啟，同時屏幕顯示“Fan：ON”；溫度低于25℃，風扇關閉，且屏幕顯示“Fan：OFF”。光照超過50，燈光關閉，屏幕會顯示“LED：OFF”；光照小于50，燈光開啟，屏幕顯示“LED：ON”。一旦有人員進入，蜂鳴器就會報警，屏幕上顯示“Man：Yes”；無人進入時，蜂鳴器不會報警，屏幕顯示“Man：No”。倘若有火焰出現(xiàn)，蜂鳴器報警，屏幕顯示“Fire：Yes”；沒有火源時，屏幕顯示“Fire：No”。5.2智能家居監(jiān)控系統(tǒng)實物測試電源接通按下開關或者光照弱的時候系統(tǒng)狀態(tài)如圖5-2-1所示。圖5-2-1當風扇開關打開或者溫度過高此時系統(tǒng)狀態(tài)如圖5-2-2所示。圖5-2-2當有人員進入門口的時候蜂鳴器報警是如圖5-2-3所示。圖5-2-3當有火源的時候蜂鳴器報警如圖5-2-4所示。圖5-2-4圖5-6室內燈光控制系統(tǒng)界面65.3本章小結本章主要闡述了智能家居監(jiān)控系統(tǒng)在各種狀況下的實物分析流程，首先將程序燒錄并確保運行穩(wěn)定后，對其性能進行測試，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，其與預期期望達成的目標大體相符，并且系統(tǒng)運行平穩(wěn)，性能狀況優(yōu)良。

6總結本文題為“基于arduino的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設計”，本文的重點是對家庭的智能化監(jiān)測系統(tǒng)進行了探索。但是，由于技術和條件的限制，目前所做的只是一個很少的方面。雖然硬體的制造比較簡單，但是經(jīng)過這次的設計，我對智能家庭有了更深刻的認識。。在著手構建智能家居安防系統(tǒng)的宏偉藍圖之前，我們首先需要對這一復雜系統(tǒng)進行全面而深入的認識。智能家居系統(tǒng)是一座由無數(shù)精密的子系統(tǒng)所構成的復雜城堡，這些子系統(tǒng)彼此之間相互作用、相互協(xié)調，共同發(fā)揮著管理和控制的作用，以實現(xiàn)一個全面的智能生活環(huán)境。然而，要想將這樣一個系統(tǒng)的各個部分完美整合，并使其達到預期的智能化水平，絕非易事。要理解智能家居系統(tǒng)的全貌，就必須跨越多個學科領域的知識邊界。例如，建筑學為我們提供了設計理念，計算機科學則是技術支撐，通信技術讓信息流通成為可能，而心理學、社會學等人文學科則為我們提供了用戶體驗和需求分析的視角。這些跨學科的知識融合不僅增加了技術實現(xiàn)的復雜性，也使得在設計階段面臨極大挑戰(zhàn)。即便是在完成作品時，這種跨學科的難題仍然存在，而當撰寫相關論文時，更是感覺到了巨大的壓力和困難。事實上，從另一個角度來看，智能家居安防系統(tǒng)的設計與部署之所以困難，正是因為它需要解決如此多樣化且相互交織的問題。每一個細節(jié)都必須經(jīng)過深思熟慮，考慮到