基于Arduino的智能家居控制

学生毕业论文（2015届）韩山师范学院教务处制题目（中文）基于Arduino的智能家居控制（英文）SmartHomeFurnishingcontrolbasedonArduino系别：专业：班级：姓名：学号:指导教师：诚信声明我声明，所呈交的毕业论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。毕业论文作者签名：签名日期：2014年11月6日摘要：基于Arduino的智能家居控制系统以ArduinoUNO单片机为核心通过联合W5100网络模块搭建本地的WEB服务器，通过A/D采集各引脚连接的室内环境传感器的数值并进行处理，实现家居环境信息的智能采集；通过RFID模块连接第二块ArduinoUNO单片机构建刷卡门禁模块，实现智能门禁；使用蓝牙模块、5050全彩LED模块及ArduinoNano单片机搭建室内智能灯光模块，通过安卓客户端使用蓝牙协议进行连接，实现灯光亮度及色彩的远程控制及智能开关；通过安卓客户端使用HTTP协议请求该服务器获取室内环境数据并传输到安卓客户端，实现室内环境的实时智能检测；通过安卓客户端使用HTTP协议传输控制命令到服务器，实现本地WEB服务器连接外围电路的远程控制；最后通过核心板搭建的WEB服务器链接各个功能模块，组成一个功能完善，扩展性强的智能家居控制系统。本设计代替了传统家居设备手动机械控制，具有效率高，使用方便，可控性强等优点。关键字：Arduino单片机；WEB服务器；高效率；可控性强。Abstract:Arduino-basedintelligenthomecontrolsystemtoArduinoUNOmicrocontrollercorenetworkthroughthejointW5100EthernetShieldmodulebuildlocalWEBserver,viaA/Dacquisitionvalueofindoorenvironmentalsensorsconnectedtoeachpinandprocessing,smarthomeenvironmentinformationcollection;viaRFIDmoduletobuildasecondArduinoUNOmicrocontrollercardaccessmodule,intelligentaccesscontrol;usingBluetoothmodule,5050full-colorLEDmodulesandArduinoNanomicrocontrollerbuiltindoorintelligentlightingmoduleforconnectionusingtheBluetoothprotocolbyAndroidclient,achievelightlevelsandcolorremotecontrolandintelligentswitch;indoorenvironmentaldataacquisitionviaAndroidclientusingHTTPprotocolrequeststotheserverandtransmittedtotheAndroidclient,toachievereal-timeintelligencetodetecttheindoorenvironment;usingtheHTTPprotocoltransmissioncontrolviaAndroidclientcommandtotheserver,WEBserverforlocalconnectionofperipheralcircuitsremotecontrol;andfinallythecoreboardsetupbytheWEBserverlinkstovariousfunctionalmodulestoformafunctional,strongexpansionofsmarthomecontrolsystem.Thedesignreplacesthetraditionalmanualmechanicalcontrolhomedevices,withhighefficiency,easeofuse,controllabilityandotheradvantages.Keywords:ArduinoSCM;WEBserver;highefficiency;controllable.目录1．概述.................................................................11.1课题研究的背景.......................................................11.2国内外发展现状.......................................................11.3本课题的研究的内容及目的.............................................12.系统结构分析..........................................................22.1系统结构组成.........................................................22.2系统的基本功能.......................................................22.3系统的工作流程.......................................................33.硬件设计..............................................................53.1核心模块.............................................................53.2灯光模块.............................................................73.3检测模块.............................................................93.4外围电路模块........................................................104.软件设计..............................................................114.1APP端程序设计：.....................................................114.2WEB服务器程序设计：.................................................114.3灯光色彩亮度调节：..................................................114.4节奏灯光的程序设计：................................................115.总结.................................................................125.1系统总体效果图......................................................125.2系统实现的功能......................................................155.3不足及改进之处......................................................15附录：..................................................................161.灯光模块电路设计图...................................................162.检测模块及外围电路接线图.............................................163.单片机端程序.........................................................17参考文献................................................................22致谢.....................................................错误!未定义书签。1基于Arduino的智能家居控制系统1．概述1.1课题研究的背景随着物联网技术的广泛应用与发展，智能家居的应用越来越广泛。与传统的家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，提供全方位的信息交互功能。现代生活中的家居电器数量急剧增多，传统家居电器的机械化控制方式已经不能完全满足现代生活的需求，伴着家居电器的使用越来越广泛，一个智能化的控制系统，不仅能够帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。该系统的市场发展潜力尤为可观。1.2国内外发展现状近年来随着现代互联网技术的发展，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。1.3本课题的研究的内容及目的本系统以联合EthernetShield网络模块的ArduinoUNO单片机为核心，能通过安卓客户端使用蓝牙协议及HTTP协议连接外围电路及各类传感器，实现室内家居的远程检测及智能控制。研究目的基于生活的便捷及高效的方向出发，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。22.系统结构分析2.1系统结构组成系统的结构组成示意图如图1。系统由五部分组成：APP客户端、灯光模块、核心模块、检测模块、外围电路。各部分组成如下：(1)APP客户端为JAVA语言编写的安卓客户端；(2)灯光模块由ArduinoNano单片机连接蓝牙模块及全彩LED模块组成；(3)核心模块通过ArduinoUno单片机连接EthernetShield网络模块组成，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WEB服务器；(4)检测模块由气压传感器、湿度传感器、气压传感器共同组成；(5)外围电路由简单的发光二极管及各类元器件组。图1系统结构组成框图2.2系统的基本功能系统实现的功能如图2所示，系统的各部分具体功能如下：(1)通过APP客户端使用蓝牙协议连接灯光模块，在APP客户端中实现LED灯光颜色，亮度的智能调节；(2)通过APP客户端使用蓝牙协议连接灯光模块