基于Arduino的智能家居控制系统设计

宋洋　艾信友　黄泽帅　李杨　朱亚艳

摘 要：文章设计了基于Arduino的智能家居控制系统，Arduino接收各传感器采集的数据并处理分析，通过蓝牙发送到Android端显示实时数据，同时操作者通过Android端向Arduino发送指令，开启或关闭相应的电器设备，从而实现家居系统的智监测与控制。

关键词：Arduino；智能家居；藍牙；Android

引言

“智能家居”自问世以来因其不菲的造价和较高水准的技术，主要应用于高档社区和富人私宅，一直是“不入平常百姓家”。为此，设计出稳定安全、可靠实用、低成本低功耗的智能家居控制系统，让更多的普通家庭也能享受到科技进步带来的福利。

1 系统概述

该系统以Arduino为核心，各种传感器模块为数据的采集端，继电器模块为电器设备控制端，Android手机为显示与控制终端。总体设计如图1所示。

2 硬件设计

该系统硬件设计主要包括微控制器模块、电源模块、传感器模块、蓝牙模块、继电器模块。

2.1 微控制器模块

该模块采用以Atmel公司的Atmage328为核心的Arduino，接收传感器采集的数据并处理发送，同时接收指令开启或关闭相应的电器设备。

2.2 电源模块

该系统电源采用专用电源与通用电源相结合的方式，为不同对象提供相匹配的电源。

市电通过变压器降压后经过桥式整流器整流，C1、C2滤波，再由LM7812稳压，使稳压器稳定输出12V/700mA，为升降窗帘的步进电机供电。

2.3 传感器模块

该系统包括温湿度传感器、光敏电阻传感器模块、烟雾浓度传感器模块、雨滴传感器模块、人体红外传感器模块。

温湿度传感器采用DHT11传感器，采集家居温湿度参数；光敏电阻传感器采集家居的光照强度；烟雾浓度传感器采集家居的烟雾浓度，为可燃物燃烧提供预警信息；雨滴传感器模块安装在屋顶或窗外，监控室外是否降雨；人体红外传感器模块构建家居的安防系统，判断是否有人靠近。

2.4 蓝牙模块

蓝牙模块选用主从一体的HC-05模块，该模块实现Arduino与Android客户端的数据与指令的交换形成双向数据通道。

2.5 继电器模块

该系统采用的继电器模块集成了光耦隔离器件，使得该模块在驱动220V的电器设备时性能依旧优越。输入控制端：DC+接+5V，DC-接GND，IN接微控制器IO口。输出控制：COM是公共端接电源火线，为保证该系统与机械控制互不干扰，常闭端NC，接电器火线，即在该系统关闭的情况下，机械开关仍起作用。

3 软件设计

该系统软件部分采用C语言编程，Android客户端使用Java编程。

3.1 系统主程序流程图（图2）。

3.2安卓程序设计

Android部分包括UI界面设计、蓝牙服务程序设计两大部分。整个UI界面分为主界面、蓝牙连接界面。

主界面采用线性布局、相对布局和表格布局相结合的方式，其中采用了TextView、Button等控件。

Android平台提供了蓝牙API，可实现蓝牙设备之间的通信。

3.3 数据处理

各传感器在工作工程中存在不可消除的干扰，故而采用平均值与限幅滤波的算法相结合的方法，消除异常值并提高精确度。限幅滤波算法如下：监测各种环境下的大量数据，计算分析，确定理论偏差值，计算出本次数据与上次数据的实际偏差值，若实际偏差值小于理论偏差值则保存本次数据并读取下个数据；反之，则舍弃本次数据并读取下个数据。

Android端将接收到的数据切割处理并显示。家居环境改变，将影响数据的长度，比如光照强度、烟雾浓度等参数值低于10%时，Android端接收到的数据不等长，数据显示有乱码。为保证数据等长，家居参数先加10发送，Android端再减10处理。

4 结束语

该系统在实际的联调中，实现了家居智能化监测与控制。软硬件运行稳定、价格低廉，适合普通家庭消费，具有应用价值。

参考文献

[1]黄文凯.Arduino开发实战指南（机器人卷）[M].北京：机械工业出版社，2014.

[2]李兴华.Android开发实战经典[M].北京：清华大学出版社，2012.