《基于arduino uno物联网的智能照明控制系统设计》7800字（论文）

PAGEI基于arduinouno物联网的智能照明控制系统设计摘要随着当前全球局势的日益复杂变动和变化以及我国国民经济的高速健康发展,中国人民更加神往的安闲飘飘然的都市生活。家庭生活开始步向现代化的发展阶段,而家庭照明已经是人在生活中非常关键的一部分,而传统普通的家庭旧事照明方案已无法满足人类对美好生活的更高要求。比如，在普通家居中，照明灯都是采用手动开关来控制的，而手动开关的安装一般距地面有一定的高度。如果家里有老人小孩，使用会非常不方便。如果照明灯变成自动感应控制的，会更加智能与便捷。由此，设计了一种智能照明系统来控制灯光。本课题以现代智能家居系统为主要项目,首先利用Arduino软件编程,根据各种在传感器模块中的工作原理,再使用ArduinoIDE软件抄写编程,然后使用Arduinoideuno主板,将模型版与自己所构建的房屋模块结合,来实现对现代智能家居控制系统的功能。最后制作的APP完成了对智能家居系统的管理,真正实现了智能家居系统的实现。关键词：Arduino传感器手机app智能家居控制系统目录TOC\o"1-2"\h\z\u第1章绪论 11.1课题研究的目的和意义 11.2国内外研究现状 11.3研究内容 2第2章智能家居控制系统 32.1智能家居控制简介 32.2智能家居的优势7第3章Arduino 83.1Arduino简介 83.2ArduinoIDE界面介绍 11第4章智能家居控制实验及效果 164.1智能家居模型的搭建164.2人体智能感应灯 164.2光控自动窗户 18第5章手机APP的制作和蓝牙智能感应灯的实验及效果 194.4手机APP制作 204.5蓝牙智能感应灯 22结论 28参考文献 29第1章绪论1.1课题研究的目的和意义智能家居系统以室第为基本平台,并以家电和家用电器为主要的控制对象。实现了节约能源环保的智慧的家居控制平台。智能家居照明系统是智能家居中重要的一部分。随着各种网络技术的不断发展和完善，智能家居照明系统将有空阔的空间发展。智能家居照明系统将解脱传统系照明开关方便性差、照明调节困难、低环保、高耗能等桎梏。利用arduino，无线网络等网络技术实现对光的控制。本课题利用arduino软件编程与主板模型版结合，通过arduino编程实现智能家居的控制并且实现其相关功能，并且将为人们的生活带来大大的便利。随着社会的发展及经济水平的提高，人们对居住环境的要求随之逐渐提高，近年来，智能家居成为很多人热门研究的采点之处，同时得到快速发展。家居系统中，控制系统属于核心，它以家居的环境为背景，通过对环境进行检测，完成当前家居环境的判断，并以此做出预判处理，达到家居控制目的。更好的满足人们对家具安全的需要。1.2研究现状据调查，家居智能系统最广阔的是美国，但中国的发展情势更加猛烈。研究发现，中国家居智能有望每年平均增长百分之48，预计2018年中国家居智能市场将变大到1396亿元人民币，2022年中国需要家居智能的家庭数量可达四个亿。智能家居系统是网络的一种至关的应用，是《物联网“十二五”发展规划》的9大重点之一。从国内的发展情况看，自2014年，我国的网络大亨及家电制造商人通过购买、合作等方法加大对智能家居的投入，说明了人们对家居智能市场的认可，包括腾讯和一些硬件厂商合作并发布“QQ物联”，小米和美的等公司开展相关合作等都是家电企业与互联网企业合作的重要措施。目前智能家居产品品牌很多，可是他的销量却不温不火，很多智能家居还未能进入普通平常的老百姓家中。老百姓家中安装的智能家居少之又少，即使已经发展了很长时间，但还是由于过于昂贵以及种种原因，未能飞入寻常百姓家。智能家居未能普及的原因多种多样，其中有4种原因尤为重要。1.首先，价格昂贵。2.其次，缺乏标准。3.功能不够实用。4.国情不支持。1.3研究内容通过本课题的研究，主要完成以下研究内容，1.认识和了解智能家居控制系统的基本概念和要求，同时了解灯光照明控制的方法和技巧。2.购买程序板，搭建家居模型。了解并掌握模型结构功能。3.学习并且熟练掌握arduino

uno技术，写编程语言，烧录到arduinoide主板完成相应功能，以达到目的，同时给人们带来更多的家居便利。4.制作简易手机APP，实现远程控制和监控一些智能家居功能。第2章智能家居控制系统2.1智能家居控制系统的介绍2.1.1概述智能家居系统是以住宅为平台,以家用电器和家电设施为服务对象,通过运用先进信息技术、综合布线技术、通信、预警科技、自动控制等,与家庭日常生活相关的设备实现有效融合,建立更高效的生活栖身设备与系统,以增强家庭自动化、安全性、便利性、舒适度,从而达到节能环保的现代智能家居系统平台。智能家居的核心技术是智能家居控制器,而智能家居控制器是所有控制功能实现的物质基础。2.1.2整体解决方案一.集中控制器:照明监控、安全控制系统、门窗控制器,并且还可以针对使用者的各种需求,对家电的智慧操控加以制作,比如:公园灌溉、微波炉、电饭煲、洗涤机、车房、楼梯、等。二.家庭智慧管理系统:是以房屋设备为网络平台,以家居用电与日常生活家电配备为重点管理对象,使用综合布线科技、通信、防护科技、自动控制、音录像科技等与家庭日常生活密切相关的技术设备实现有效整合,建立了有效的对房屋设备和家庭日程事件的监控管理,以提高家庭智慧、安全性、便当、安闲性,并达到环境节约的综合智能家居网络管理系统平台。智能家居系统是现代智能家居核心技术,是现代智能家庭控制功能实现的重要物质基础。三.三表管理:智慧家庭三表管理,透过对电表、水量计、煤气表等的及时的跟踪管理,一键式的断水、停电、断气等控制;个性化的充值报警提醒,以及充值历史查询设计,不但增加了用户居家生活的便利性,让用户在零散的家务活中脱节了起来,同时也对用户的居家环境提供了很大的便利性。使用智能家居监控系统,对传统的家居室第方式来说,将产生很大改变。四.安全监控系统门禁控制、视频监控、布防设置五.环境监控系统漏水报警、气体监控、环境参数2.2智能家居控制系统的优势1、智能化：变成了智能工具2、信息化：提供广阔的交换信息功能，帮助家庭与外部交流方便快捷。3、人性化：根据人们内心的特性，主观能动性，让用户能够随意地控制室内的居住环境。4、节能化：本课程制作的智能家居是运用Arduino开源硬件、传感器模块、编程和激光激光切割等技术实现的作品。旨在使读者通过动手搭建房子模型，了解传感器的特点和原理，学习Arduino编程，运用传感器来实现家居设备的智能自动化。从中不仅更加深入了解智能家居的特点及场景应用，且融会贯通地运用各种传感器将生活家居设备等实现智能化，让人们生活更加安全和便捷。第3章Arduino3.1Arduino简介3.1.1ArduinoArduino是一种方便快捷应用灵活的开源电子产品基础平台。其包括了硬件和软体。在二零零五年的冬季,由一家欧洲研究组织所研发。它是基于一种开源版本的I/O接口,并使用了类似于Java和C的资料处理/连接工作环境,主要由二个部门构成:硬件部门为Arudino电路板,可进行电路互连;另一则是ArduinoIDE,也便是计算机开发工作工作环境。Arduino能够使用多个感应器监测周边情况,还能够使用遥控光线、电器以及其他装置进行反应和影响周边情况。黑板上的微控制器mcu也可能使用Arduino编程语言代码,并编译成二进制文本,然后在微控制器中燃烧。基于Arduino的项目也可能包含在Arduino和个人电脑上使用的其他计算机程序,这些程序可以通过它们之间的通信手段来实现。控制板（主板）3.1.3平台特点1.跨平台

2.简单清晰

3.开放性

4.发展迅速

3.3ArduinoIDE界面介绍在ArduinoIDE中能够看见如图所示的页面,工具栏中的按钮的作用顺序是"编译"-"上传"-"新增进程"-"启动进程"-"保护进程"-"串口监控器"。菜单上有五个菜单，但我们介绍文件和工具。单击文件打开用户界面，如图1-18所示。你可以看到例子和偏好。例如，在ArduinoIDE建立的一些程序。这些程序编译得很好，可以正常使用，这对初学者非常有用。预设主要是设置参数，如语言、字体等。第4章智能家居控制实验及效果4.1智能家居模型的搭建4.1.1搭建步骤前侧和左侧面组合在一起。组装右侧面。拼装后面。把组合好的房子四面插在底板上。拼装房梁。最后把屋顶的木板合上，房子的模型即完成拼装。4.1.2组装传感器注意事项：由于Arduino的引脚有限，套件里的传感器没办法全部连接上，因此课程的实验示例是按照单独的实验来操作的。如果要演示其完整性，可以组合三个案例，但在连接硬件和编程时，要注意传感器的接口不能重复使用，即一个引脚不能同时连接不同的传感器。4.2人体智能感应灯4.2.1任务背景在普通家居中，照明灯都是采用手动开关来控制的，而手动开关的安装一般距地面有一定的高度。如果家里有老人小孩，使用会非常不方便。如果照明灯变成自动感应控制的，是不是会更加智能与便捷？这就是我们这节课的任务——制作一个智能人体感应灯。4.2.2实验器材ArduinoBle-Uno主板、扩展板、电池盒和4节5号电池、人体感应传感器模块、交通灯模块、连接线、USB数据线。4.2.3人体智能感应灯原理人感应灯是利用红外和发热电原理设计开发的一种新的技术，用于捕捉人的活动信息。它的目的是发现和感知有关人类活动的信息。在本课程中，用人体传感器模块实现了由人制造的感光灯。原理是，当人类感应传感器模块发现有人接近时，打开灯；相反，当人们走路时，灯会自动关闭。4.2.4人体感应传感器和红路灯传感器人体感应传感器本课程采用人体传感器模块HC-SR505小型人体传感器模块，基于采用红外高灵敏度产品自动控制技术。高可靠性、超小体积、超低应力的工作方式，模块有两个功能：全自动：当人们进入感应圈时，会发出高水平的辐射。当人们离开感应圈时，会自动暂缓高、低输出电平的关闭。可表现启动模式：当机体在感应圈内激活暂缓时间时，输出一直处于高水平，一直到本体离开，暂缓将高电平转换为低电平（电感模块在检测到一个人的每一个动作后自动暂缓时间，并将最后一个动作的时间作为暂缓时间的起始）。小型人体传感器HC-SR505模块有三个脚跟.G-接地为GND，V-高水平VCC或5V，S-信号输出连接到D1-D13数字接口。红路灯传感器红绿灯模块是LED组成的模块，有红黄绿三颜色。该模块有-、+、G、Y、R五个管脚，-为负极接地GND，+为正极接高电平VCC或5v，G表示绿色灯Green、Y表示黄色灯Yellow、R表示红灯Red，该三个引脚可以接D1-D13管脚，但三个引脚不能同时接在同一个引脚上。4.2.5传感器安装把HC-SR505小型人体感应模块安装在左侧门上方，红绿灯模块安装右侧门上；主板和扩展板结合，然后安装在底板上。4.2.6程序设计流程图设计基于身体感知灯的基本原理,当身体感应传感器感应到接近时,LED灯自动打开;等过了一段时间后,LED灯将关闭;没有人接近设备时,LED不会开启。流程图如下：2.硬件连接HC-SR505人体感应模块连接在Arduino扩展板的D4（P10）号管脚，红绿灯模块连接在Arduino扩展板的D3、D5、D6（P15）号管脚。程序设计voidsetup(){pinMode(4,INPUT);pinMode(3,OUTPUT);}voidloop(){//判断连接在D4号管脚的人体传感器是否感应到有人靠近，感应到则为1，否则为0.if(digitalRead(4)==1){//“高”表示点亮连接在D3号管脚绿灯，时间延续5sdigitalWrite(3,HIGH);delay(5000);}else{//“低”表示熄灭连接在D3号管脚绿灯digitalWrite(3,LOW);}}结果：连接好硬件，上传程序到主板。当人体感应传感器感应到有人时，绿灯会被点亮；否则，绿灯会被熄灭。总结：通过本课程了解了人体智能感应灯原理，了解了人体感应传感器和红绿灯传感器的特点，实现了人来灯亮人走灯灭。4.3光控自动窗户4.3.1课程背景智能家居窗户作为一种可实现智能操控的窗户，比起传统的窗户来说操控更加的方便，也更加的安全。这节课我们就来制作一个光控的自动窗户，它具有自动感应光照强度的功能，从而根据光线的变化自动调节窗户开合。4.3.2课程器材Arduino主板、扩展板、电池盒、S90舵机、雨滴传感器模块、连接线、数据线。4.3.3光控自动窗户的原理本课程制作的光控自动窗户是利用光敏传感器、数码管显示器和舵机实现的，其原理是利用数码管显示光敏传感器感受外界的光照强度变化，并判断光照强度是否适合开窗，如果光照强度合适时，那么控制舵机把窗户打开；反之，如果关照强度不适合开窗，那么关闭窗户。4.3.4光敏传感器和数码管光敏传感器光敏电阻的阻值随光照强度而会变化。光照越强,阻力就越小。由于光的强度的提高,电阻的数值迅速降低。光敏电阻通常对光很灵敏.但如果没有光源,则在高阻环境下,暗电阻通常能够达一点五m欧米茄。光敏传感器还可广泛应用于光的控制和调节等各种光控制电路中。光敏电阻对环境光最灵敏,常用于测量环境亮度。本课程使用的光敏传感器有G、V、S三个引脚。G为GND接地,V为VCC接高电平,S为数据传送管脚,可接A0-A5模拟引脚。数码管显示器又叫辉光管,是指一类能够显示数字或者其他信号的光电子器件。本课程中所用的4位7段数码管,是由一个十二管脚的4个7段共阳极数码管,和一个控制芯TM一千六百五十所组成。产品能够使用在显示数字的装置上。4位7段共阴数码管是每一位的8个LED的阴极连接在一起如图，此模块是通过TM1650芯片驱动4位七段数码管，采用的是两线串行通信。TM16504位7段数码管有G、V、DIO和CLK管脚，G表示GND，要接地，V代表VCC，可接主板的5.5V和3.3V，DIO表示数据线，用来数据传输的线路，CLK表示时钟线，用来提供时钟信号的线路。其可以接Arduino主板的IIC（A4、A5）接口。4.4.4光控窗户安装1.调零舵机，确定舵臂的摆动方向。2.用自攻螺丝把窗横杆和舵臂组装固定。3.用M2螺丝把舵机和舵机支架组装连接。4.然后把门杆安装在舵机上。5.把螺母装在窗体上，然后把窗横杆安装在舵机上。6.把螺母装在窗体上，然后把窗横杆安装在舵机上。7.接着把光敏传感器安装在屋顶木板上。8.最后用M2*8的螺丝把数码管显示器固定安装前面。4.3.5程序设计1.算法设计第一步：设定光照强度的阈值。第二步：数码管显示光照强度数值，并比较周围光照强度与光照强度阈值。如果大于光照强度阈值，窗户打开；如果小于光照强度阈值，窗户关闭；第三步：结束程序。2.光敏传感器接在Arduino扩展板上的A2（P2）管脚，数码管显示器模块接扩展板上的A4、A5（P7）管脚，控制窗户的舵机接在扩展板上的D13管脚。3.Arduino程序设计#include<Wire.h>#include"TM1650.h"#include<Servo.h>TM1650tm_4display;volatileint_light;volatileintyudi;volatileintitem;Servoservo_3;voidsetup(){Serial.begin(9600);Wire.begin();tm_4display.init();_light=0;yudi=0;item=0;servo_3.attach(3);}voidloop(){tm_4display.clear();_light=analogRead(A0);yudi=analogRead(A1);tm_4display.displayString(_light);Serial.print(analogRead(A0));Serial.print(",");Serial.println(analogRead(A1));delay(500);if(_light>200){item=1;if(analogRead(A1)<1000&&item==1){Serial.println(analogRead(A1));item=0;servo_3.write(90);delay(20);delay(5000);}else{servo_3.write(0);delay(20);}}else{servo_3.write(90);delay(20);}}第五章手机APP的制作和蓝牙智能感应灯的实验及效果5.1手机APP5.1.1APP制作背景智能家居App也是对智能家庭进行可移动化管理与监控的重要媒介。也可以说,没有APP的现代智能家居并非真实的现代智能家居,而APP的广泛使用也给现代智能家居带来了一个崭新的管理方法,是现代智能家居中不可分割的一部分。智能家居App的诞生,大大改善了一些家庭的生活习惯。它不但带给了消费者们一种愉悦的生活体验与过程,而且是居家生活的好帮手。5.1.2APP基础功能智能家居APP是为管理和控制智能家居，因此在设计智能家居APP时，要有以下基本基本功能：信息反馈功能:把家中智能装置当前工作状态的所有数据信息反馈到手机APP上,当出现异常状况时,就可以通过远程服务向手机APP发出告警消息。2.设备管理:一般分为定时器、遥控、联动、环境管理,如定时器自动打开空调,遥控关掉电视机和照明灯等。3.安全防护：智能家电APP开发为了让广大用户的家居生活变得更安全，它推出了一套安全防护系统；随时随地查看家居安全问题。5.1.3APPInventor2开发APP时需要使用AppInventor2软件工具,而AppInventor2又称AI,因为与新一代人工智能(ArtificialIntelligence)区分,所以简写都用小写。AI目前已经可以做出大量安卓应用,但因为ios规范的约束,所以AI在未来相当长的一段时间内,都可以做出大量安卓应用。AI是一种高度可视化的安卓应用领域制造网络平台,使用者可以透过网页开启AI平台网站(AppInventor2的WxBit汉化版,又称WxBit版,增加了高德地图、高德位置、百度语音合成和识别、相机预览框等组成部分,并支援多点触摸、动态生成组件和通用事件管理,以及更多细节优化,汉化和增强功能的AppInventor2服务器。),可以和scratch程序一样,透过拖拽组件和逻辑块,就可编程地完成安卓应用领域的制造。而AI平台上推出的即时调试开发工具——AI伴侣,在手机设置,或是在安卓模拟器设置后,都可以使用AI接口码随时连线调试正在制造的安卓应用。5.1.4APP简易制作1.进入Appinventor2在线网站2.使用QQ账号登陆，如图12-1所示3.假如在你的计算机上已注册过QQ,会自动检测到你的QQ号,可以直接点击即可4.登录之后，进入APPinventor2界面5.点击APPinventor2界面左上角的标签“帮助”，然后点击“下载AI伴侣”6.下载ai伴侣：手机版下载AI伴侣:手机版如果选择了在手机上安装ai伴侣,则可以扫描二维码下载,不过扫二维码下载比较慢，也可以通过电脑下载AI伴侣.apk，然后在电脑上找到下载的AI伴侣.apk，如图12-6所示，将下载好的安装包通过QQ或者拷贝到安卓系统的手机，进行安装就可以了。电脑版如果选择在电脑上安装AI伴侣，根据自己的电脑系统，选择相应的版本，如果电脑是Windows32位系统则点击如图12-7中所示的桌面版下载：Windows版（32位）如果电脑是Windows64位系统则点击如图12-7中所示的桌面版下载：Windows版（64位），然后在电脑上找到ai伴侣安装包，完成下载即可。电脑版手机版5.2蓝牙智能灯5.2.1课程背景在普通家居中，家用电器和设备一般都是采用手动开关控制，使用过程中很麻烦，有时还会出现触电的危险，如果能直接使用手机实APP现电灯的远程控制，这样会更加的安全与便捷。本节课的任务就是制作一款手机APP，实现远程控制照明灯的开启和关闭。5.2.2实验器材ArduinoBle-Uno主板、扩展板、电池盒、LED灯模块、手机、连接线、数据线。5.2.3蓝牙智能灯原理通过手机与ArduinoBLE-UNO进行蓝牙连接，然后使用手机APP远程发送无线信号至BLE-UNO主板，然后主板控制LED灯的亮灭。5.2.4程序设计1.程序语言Stringitem;voidsetup(){Serial.begin(9600);item="";pinMode(3,OUTPUT);}voidloop(){if(Serial.available()>0){item=Serial.readStringUntil('.');Serial.println(item);if(String(item).equals(String("on"))){Serial.println("on");digitalWrite(3,HIGH);}elseif(String(item).equals(String("off"))){Serial.println("off");digitalWrite(3,LOW);}}}2.硬件连接把红绿灯模块连接在ArduinoBLE-UNO主板的D3、D5、D6（P15）号管脚上，其绿色LED对应的是D3管脚，所以示例程序中控制的是绿色灯。注意：当下载完程序的时候，需要给BBle-Uno断开电源，重新上电，APP如果处于打开状态，需要点击右上角的退出，然后重新连接，不然无法正常操作Ble-Uno.另外安装好APP后，要在手机权限设置里面，打开该APP的所有权限，才能正常使用。5.2.5总结本节课我们学习制作蓝牙智能控制灯，进一步巩固了APP的制作，以及掌握了蓝牙灯的程序设计原理与制作，实现了APP蓝牙远程控制LED灯的开启和熄灭功