远程控制的智能家居中心-——设备控制模块

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1、2013年度本科生毕业论文（设计） 远程控制的智能家居中心设备控制模块 院 系： 工学院计算机科学与技术系 专 业： 计算机科学与技术 年 级 学生姓名： 学 号： 导师及职称： 推荐精选 2013年6月2013Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate Manipulator programming control softwareDepartment: Computer Science & Technology Department，College of EngineeringMajor: Computer

2、 Science & TechnologyGrade: 2009Students Name: Cai XiangbingStudent No.: 200903050213Tutor: Zhang Hongwei (Senior Technician)推荐精选Finished by June, 2013推荐精选毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名

3、： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名：日期： 日期： 推荐精选蔡祥兵 毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单姓名职称单位备注主席（组长）推荐精选摘 要随着建筑业和信息技术的融合，智能家居正逐步走进人们的生活。由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特点在21世

4、纪将成为现代社会和家庭的新时尚。近年来更是因为物联网的迅速发展及其巨大的应用前景，将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口，对智能家居的产业发展具有重大意义。本设计基于探索，研究、实验的思路，采用廉价开放的Arduino Atmega328微控制器为核心，自己动手设计，结合计算机编程技术，Web开发技术和继电器、传感器控制技术等将普通家用电器改造成可以接入互联网，能够远程控制其工作的智能家电设备。本论文完成了对远程控制的智能家居中心的系统分析，概要设计，并详细描述了设备控制模块的设计思路和实现方法，对系统测试，运行结果也进行了详细说明。关键词： 智能家居 Arduino单片机 串口通信

5、继电器 传感器 推荐精选ABSTRACTWith the construction and integration of information technology, smart home is getting into peoples lives. Since its safe, convenient, efficient, fast, intelligent features of modern society and the family in the 21st century will be the new fashion. In recent years, because of t

6、he rapid development of the Internet of Things and its a great prospect, will be a real breakthrough in the process of industrial development of smart home, smart home industry development is of great significance. The design is based on the idea of exploration, research, experiments, using low-cost

7、 open Arduino ATmega328 microcontroller as the core, do-it-yourself design, combined with the technology of computer programming, Web development technologies and relays, sensors, control technology transformed into common household appliances can be connected the Internet, the ability to remotely c

8、ontrol their work smart appliances. Dissertation smart home remote control center systems analysis, outline design, detailed description of the design ideas and methods of the device control module, system testing, the results are discussed in detail.Keywords: Intelligent household Arduino microcont

9、rolle Serial Communications relay transducer 推荐精选目 录第一章 绪 论31.1 引言31.2 开发的背景和意义31.2.1 开发的背景31.2.2 开发的意义41.3 研究现状41.4 研究内容5第二章 系统分析62.1 需求分析62.1.1 系统目标62.1.2 功能需求72.1.3市场需求72.2 可行性分析82.2.1 技术可行性82.2.2 经济可行性82.2.3 操作可行性8第三章 系统总体设计93.1设计主要方案和目标93.2系统结构设计93.3系统功能设计93.3.1多端控制93.3.2温度控制103.3.3湿度控制103.3.4

10、定时控制113.3.5红外感应控制113.3.6红外开关控制113.4 系统工作模式123.4.1 用户控制模式123.4.2 自动执行模式123.5数据流设计133.6 用户操作流程13第四章 设备控制模块详细设计144.1设备控制模块结构设计：144.2 arduino单片机控制系统设计：14推荐精选4.2.1 Arduino简介144.2.2 开发环境介绍164.2.3 Arduino功能模块介绍174.2.4 Arduino单片机控制设备数据流234.2.5 Arduino控制硬件设备工作流程234.3. 基于硬件的本的控制系统详细设计：254.3.1功能设计：254.3.2本地控制系

11、统操作流程设计27第五章 设备控制端实现代码285.1单片机控制端实现代码285.1.1 设备状态检测285.1.2 传感器数据的采集305.1.3 控制命令的接收335.1.4控制指令的执行335.2基于硬件的本地控制系统实现代码345.2.1 获取单片机发回的信息的实现代码345.2.2手动模式的实现代码375.2.3自动模式的实现代码375.2.4报警短信通知的实现代码38第六章 总结与展望40参考文献41致 谢42推荐精选第一章 绪 论1.1 引言智能家居（Smart Home）是以家为平台，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境。它是利用先进的计算机技术、网

12、络通讯技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验。提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。1 智能家居系统让您轻松享受生活。出门在外，您可以通过电话、电脑来远程遥控您的家居各智能系统，例如在回家的路上提前打开家中的空调和热水器；到家开门时，借助门磁或红外传感器，系统会自动打开过道灯，同时打开电子门锁，安防撤防，开启家中的照明灯具和窗帘迎接您的归来；回到家里，使用遥控器您可以方便地

13、控制房间内各种电器设备，可以通过智能化照明系统选择预设的灯光场景，读书时营造书房舒适的安静；卧室里营造浪漫的灯光氛围这一切，主人都可以安坐在沙发上从容操作，一个控制器可以遥控家里的一切，比如拉窗帘，给浴池放水并自动加热调节水温，调整窗帘、灯光、音响的状态；厨房配有可视电话，您可以一边做饭，一边接打电话或查看门口的来访者；在公司上班时，家里的情况还可以显示在办公室的电脑或手机上，随时查看；门口机具有拍照留影功能，家中无人时如果有来访者，系统会拍下照片供您回来查询。2 1.2 开发的背景和意义1.2.1 开发的背景家居智能化技术起源于美国，最具代表性的是X-10技术，通过X-10通信协议，网络系统

14、中的各个设备便可实现资源的共享。因其布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。至今，X-10技术产品的销售已超过两亿个，仅在美国一个国家，便有超过600万个家庭在使用。自动化的智能家居不再是一幢被动的建筑，相反，成了帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。推荐精选智能家居是现代社会最热门的话题之一，它的目标是通过网络等信息通信技术手段实现对家居电器等的智能控制，使其能够按照人们的设定工作运行，而不论距离的远近。智能化与远程控制是智能家居的两大特点。目前，已经有越来越多的机构和个人开始了对智能家居的研究。3 物联网概念的问世，打破了之前的传统思维。物联网把我们的生

15、活拟人化了，万物成了人的同类。在这个物物相联的世界中，物品能彼此“交流”，无需人的干预。可以说，这是一个智能化的世界。智能家居是物联网最生活化的应用之一：窗帘可以自动感知光线而关闭;空调更“听话”了，天热它会把温度调低，太潮就会自动抽湿；灯也知道节能了，房间里没人会自动灭掉；如此等等，就不一一列举了。1.2.2 开发的意义智能家居以其安全、方便、高效、快捷、绿色环保等特点，正日益受到人们的追捧，加之其巨大的潜在经济效益，致使各大型企业和建筑公司早已经开始了对其的设计和开发，但其产品价格的价格也让许多家庭望而止步。现在我们利用廉价开放的Arduino Atmega328微控制器平台，根据自己的需

16、要对各模块可以进行手工组装、扩展。加之无线通信技术、串口通信技术、传感器探测技术、继电器控制等技术的使用。再加上自己设计开发的控制中心和web站点我们就可以用较低的成本来达到我们预想的效果，在体验智能家居带给我们的便利的同时，更有助于提高我们动手操作，软硬件结合编程开发及多学科综合应用的能力。1.3 研究现状智能家居的原型最早起源于美国。时至今日，智能家居在美国已走过了将近30个年头。目前，美国有全球最大的智能化住宅群，其占地3359公顷，由约8000栋小别墅组成。此外，在欧美、日本、新加坡和韩国等地，智能家居也日渐兴起。推荐精选在国内智能家居已经发展了十几年，从最初的有线到后来的无线（433

17、/315技术），再到现在的物联网zigbee技术，一点一点的发展，市场在壮大，zigbee技术已经被更多的人群接受。现在拥有整套zigbee认证产品的公司，国内有南京物联。日前，国家发改委发布关于组织实施2012年物联网技术研发及产业化专项的通知，将着力培育发展一批物联网技术研发和产品设备制造优势企业。标志着物联网已上升到国家战略层面，成为国家重点培育的战略性新兴产业之一。尽管标准尚未统一，但未来家电新产品技术研发和制造必然会围绕物联网而展开。一般都认为智能家居是带来生活品质的提升，其实物联网智慧家居正在改变这些观点，最显著的变化就是实用、方便、易整合。每一个家庭中都存在的各种电器，不管是号称

18、智能的冰箱、空调还是传统的电灯、电视一直以来由于标准不一都是独立工作的，从系统的角度来看，他们都是零碎的、混乱的、无序的，并不是一个有机的、可组织的整体，作为家庭的主人面对这些杂乱无章的电器其消耗的时间成本、管理成本、控制成本通常都是很高的并且是非必要的。对此人们又提出了通过网络化综合智能控制和管理的控制系统，来协调控制真正实现智能家居提出的“以人为本”的全新家居生活体验。41.4 研究内容本设计主要研究的内容有：设备控制端：在Arduino单片机上编写代码，来接收终端控制系统发来的命令并进行解析，以驱动相应继电器来控制设备的工作，和读取各传感器收集到的信息，并上传到终端控制系统，以实现家居设

19、备的智能化工作。终端控制系统：采用c#结合数据库开发语言编写应用程序，一方面通过串口来与单片机进行通信，另一方面通过数据库与Web控制系统进行通信，来实现直接控制设备工作，和转发远程发来的命令控制设备工作。Web控制系统：开发一个Web站点，连接终端控制系统的数据库，用户通过登录网站，对数据库进行检索和更新，以实现信息的查看和控制命令的发送。推荐精选推荐精选第二章 系统分析2.1 需求分析2.1.1 系统目标以源码开放的微控制器Arduino AVRmega328P-PU 单片机开发板为核心，结合单片机控制原理、传感器探测技术、继电器控制技术、广域网、局域网通信技术、串口通信技术，用Ardui

20、no自己的编程语言和相应的集成开发环境Arduino一0019来进行交互式对象的设计与开发，制作出一些可以通过终端控制中心服务器连接到互联网能被远程控制的智能家居设备（如电饭煲，热水器，电灯，自动浇花机，图像采集器，门窗开关检测器，安防报警器等）。再设计开发一个终端控制系统用来接收用户远程发送来的指令和智能设备反馈的信号并进行相应处理，以及一个可以支持不同终端设备登陆，来查看设备工作情况和指令发送的web站点。最终实现用户通过登陆网站来远程控制家里的各设备的工作，形成一套完整的智能家居运用控制体系。想要实现的预期效果如图2-2-1所示：图2-2-1 实现效果图推荐精选2.1.2 功能需求智能家

21、居不应该是一幢被动的建筑，相反，应该是帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能，让您轻松享受生活。智能家庭控制系统的主要功能包括家庭设备自动控制、家庭安全防范二个方面。具体来说可为您提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。本设计鉴于资金、设备、条件等因素，完成的功能有：远程家电（热水器、电饭煲）控制；远程浇花机控制；防盗报警，自动照明控制，报警短信通知，远程视频监控等功能。2.1.3市场需求智能家居作为家庭信息化的实现方式，已经成为社会信息化发展的重

22、要组成部分，物联网因其巨大的应用前景，将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口，对智能家居的产业发展具有重大意义。物联网在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。 物联网繁多的应用，造就了一个庞大的产业链，从互联网、电脑、手机、天线等IT通讯领域，到智能卡、芯片、传感器、红外线产品等工业领域，再到冰箱、电视机等制造领域，环环相扣，商机巨大

23、。美国独立市场研究机构FORESTER预测，到2020年全球“物物互联”业务(即物联网业务)，与“人与人通信”业务(即互联网业务)之比将达到301。专家预计，中国物联网整体产业在2015年将超过一万亿元规模，2050年传感器在生活中将无处不在。可以想见，物联网发展到一定阶段，家中的电器可以和外网连接起来，通过传感器传达电器的信号。厂家在厂里就可以知道你家中电器的使用情况，也许在我们之前就知道家中电器的故障。某一天突然有维修工上门告诉家中空调有问题，我们还惊异地不相信。推荐精选这也是家居智能化的一种体现吧。2.2 可行性分析2.2.1 技术可行性远程控制的智能家居中心所涉及的研究目标，在国内外已

24、经有很多公司和个人在设计开发，具有了一定的理论和实践基础。通过文献调查，远程控制的智能家居中心的设计，硬件部分主要使用现有的模块进行组装，主要突出上层功能的实现，调用已经开发好的一些功能模块类可以减轻开发的难度。加之具有多年程序开发经验，及一直致力于软硬件结合开发研究的张红伟老师指导，和Arduino兴趣小组成员的协助，在技术上可行。2.2.2 经济可行性Arduino同其它微控制器平台相比价格是非常低的， 最便宜的Arduino模块可以手工进行组装。通过对既有平台的使用，能够设计出各种实用的智能设备，将比现在市面出售的一些智能设备更好用却造价低廉。硬件设备：开发的PC机，Arduino单片机

25、开发板，电饭煲，热水器，人体红外感应器，蜂鸣器，电灯，继电器模块，家用小水泵。软件设备： Windows 7 ，Microsoft Visio 2010 ，Arduino一0019 ， Microsoft Visual Studio 2010等。效益：通过将远程控制的智能家居中心的研发应用于实践开发并进行设备的完善，将其投入市场，将具有很可观的商业价值，它的使用将能巨大的方便人们的生活，改善人们的生活质量，保障家庭的安全。2.2.3 操作可行性本设计要求对Arduino单片机编程控制技术，窗体应用程序设计，Web程序设计有一定的掌握，能够通过对于已有文献的学习和已有技术的深层研究，利用在大学期

26、间学习的计算机专业知识和软件程序设计开发基础。从可操作性的角度来讲，完全可行。推荐精选第三章 系统总体设计3.1设计主要方案和目标本设计的主要方案是，采用Arduino单片机进行编程控制家用设备实现智能化改造，使用数据库技术和计算机编程实现设备与远程控制终端的数据传输，采用Web开发技术制作网站实现远程终端的接入控制。主要设计实现的目标就是远程用户，可以采用不同终端设备如计算机、平板电脑、手机等，通过互联网登录到系统网站中，来远程的控制家中的一些智能设备。3.2系统结构设计本设计主要由三个部分构成，分别是：设备控制模块、终端控制模块和Web控制模块，各部分实现的功能和采用的技术各不相同，如下图

27、3-2所示：图3-2：系统结构图 3.3系统功能设计3.3.1多端控制为了能较好的方便用户使用，本系统采用多端控制，即Web网页远程控制，终端自主控制，单片机编程控制这三种控制相结合。其中Web网页远程控制，是指在用户在离开服务器以后，可以通过互联网登陆Web控制系统的网站，只需在网页上点击相应的按钮，就可以轻松的打开，关闭，查看，管理家中的设备；终端自主控制指用户在服务器上，也可直接控制本地的设备，无需再登录网站，如此将使本地用户更方便快捷的完成控制；单片机编程控制主要面向的是高级用户通过编写控制语句写入单片机来控制设备工作，普通用户一般推荐精选用不到。如图3-3-1所示： 图3-3-1：多

28、端控制图3.3.2温度控制用获取的温度信息与预设温度上限的对比，来控制相应设备的开关。如图3-3-2所示： 图3-3-2:温度控制图3.3.3湿度控制用获取的土壤湿度信息与预设的湿度上下限对比，来控制设备的开关。如图3-3-3所示：推荐精选 图3-3-2：湿度控制图3.3.4 定时控制用获取的当前系统时间与预设定的时间的对比，来控制相应设备的开关。如图3-3-4所示： 图3-3-4：定时控制图3.3.5红外感应控制用人体红外感应器采集的人体活动信息，与预设条件的对比，来控制相应设备的工作。如图3-3-5所示： 图3-3-5：红外感应控制图3.3.6红外开关控制用红外开关感应器采集到的门窗开关情

29、况信息进行报警。如图3-4-7所示:推荐精选 图3-3-6：红外开关控制图3.4 系统工作模式本设计将家居设备的工作模式设计为两种，一种是：用户手动控制模式；另一种是：设备自动执行模式。3.4.1 用户控制模式用户控制模式式下，设备的工作工作与否主要由用户决定，可以不受条件限制的打开关闭设备，如图3-4-1所示： 图3-4-1：用户控制模式图3.4.2 自动执行模式此模式下，设备可以在设定条件的前提下，根据传感器发回的信号进行判断，当条件满足时就自动执行，无需人为干预，此模式下也允许用户强制控制，更突显设计的人性化，如图3-3-2所示：图3-4-2：自动执行模式图推荐精选3.5数据流设计图3-

30、5：数据流向图3.6 用户操作流程 图3-5：用户操作流程图推荐精选第四章 设备控制模块详细设计本设计为小组合作形式完成，本人主要负责设备控制模块的设计实现，终端控制模块的详细设计实现由刘俊斌同学完成，Web控制中心的详细设计实现由陈超同学完成，详情请参考此两位同学的毕业论文。4.1设备控制模块结构设计：4.2 arduino单片机控制系统设计：4.2.1 Arduino简介Arduino是一个单片机的最小系统。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：推荐精选CPU、内存、内部和外部总线系统，同时集成诸如

31、通讯接口、定时器、实时时钟等外围设备。现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。Arduino是一块基于开放源代码的USB接口简单I/O接口板，并且有使用类似JAVA，C语言的IDE集成开发环境，可以很容易实现与Flash和Processing的互动。集成开发环境是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编程器、编译器、调试器和图形用户界面工具。就是集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套。在PC端编写好程序后通过USB线下载到Arduino板上就可以运行。Arduino MEGA ATmega1280是以ATme

32、ga1280为核心的微控制器，具有54个数字I/O接口，CPU频率为16MHz，8KB SRAM,128KB闪存，4KB EEPROM。ATmega1280单片机内嵌Bootloader，因此能够通过USB接线直接上载程序而不需要通过其它途径或者编程器。供电部份可选择由USB直接提供电源，或者使用AC-to-DC adapter及电池作为外部供电。5控制板如下图所示：图4-2-1 Arduino控制板推荐精选4.2.2 开发环境介绍Arduino具有自己的编程语言，它是基于Processing的多媒体编程环境Wiring（另一个非常类似的物理计算平台）的一种实现。目前已经有相当多的微控器或是基

33、于微控制器的平台被用到了物理计算当中，比如Parallax公司的Basic Stamp，Netmedia公司的BX-24，Phidgets，以及MIT的Handyboard等等。所有这些工具的功能比较接近，共同特点都是为用户封装了一个很容易使用的工具包，从而隐藏了直接操作微控制器的大多数技术细节。Arduino同这系统相比，还有一些额外的优点：（1）便宜 - Arduino同其它微控制器平台相比价格是非常低的， 最便宜的Arduino模块可以手工进行组装，事先组装好的Arduino模块一般不会超过50美金。 （2）跨平台 - 开发Arduino项目使用的软件能够运行在Windows，Macin

34、tosh OSX和Linux操作系统下，但大多数其他微控制器系统则只能运行在Windows下。 （3）开放的软件 - Arduino使用的软件是以开放源代码的方式发布的，有经验的程序员能够很好地对它进行扩展。Arduino语言基于的是AVR-C语言，并能够通过 C+库的形式进行扩展。对于那些想了解技术细节的人来讲，可以将Arduino编写的程序转换成AVR-C，要是愿意的话也可以在Arduino程序中 直接嵌入AVR-C代码。 （4）开放的硬件 - Arduino硬件模块采用的是Atmel公司的ATMEGA8和ATMEGA168微控制器，并计划采用Creative Commons协议进行发布，

35、因此一个有经验的电路设备者完全能够根据自己的需要来制造、扩展或者修改该模块。（5）软件启动界面：图4-2-2-1 Arduino自带软件启动界面推荐精选（6）运行界面：图4-2-2-2 Arduino自带软件工作界面4.2.3 Arduino功能模块介绍1、串口通信模块串行接口按标准被分为RS-232、RS-422、RS-485。RS-232是在1962年发布的，也是目前PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口，RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V电平。我们的单片机使

36、用的是TTL电平的串行协议，因此单片机与pc通讯时需要进行RS-232电平和TTL电平的转换，单片机与单片机通讯时则可以直接连接。推荐精选USB版本的Arduino则是通过USB转成TTL串口下载程序的，数字接口0和1就是TTL串口RX和TX。串口通讯中最重要的一点就的通讯协议，一般串口通讯协议都会有波特率、数据位、停止位、校验位等参数。大家不会设置也不用怕，Arduino语言中Serial.begin()函数就能使大家轻松完成设置，我们只需要改变该函数的参数即可，例如Serial.begin(9600)，则表示波特率为9600bit/s(每秒比特数bps)，其余参数默认即可。Arduino语

37、言中还提供了Serial.available() 判断串口缓冲器状态、Serial.read()读串口、Serial.print()串口发送及Serial.println()带换行符串口发送四个函数。2、温度传感器模块本设计采用的是不锈钢管封装的温度传感器，其内部为一块DS18B20温度传感器芯片，因其完全封装可以防止短路，防水防潮，对于测量水温比较理想。实物如图4-3-2所示：图4-2-3-2：温度传感器其特点为：（1）不锈钢外壳(6*50mm)，引线长度100cm（屏蔽线材）使用稳定（2）每个探头经过严格测试后独立包装（3）3.0V5.5V供电（4）912位可调分辨率（5）感温范围宽-55

38、+125DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。 3、湿度传感器模块本设计的土壤湿度传感器（如图4-3-3）为一个简易 传感器装置，当土壤缺水时，传感器输出的模拟值将减小，反之将增大。传感器表面做了金属化处理，可以延长它的使用寿命。将它插入土壤，然

39、后使用AD转换器即可读取土壤湿度值。推荐精选图4-2-3-3：土壤湿度传感器它的特点为：（1）工作电压：DC5V（2）工作电流：小于20mA（3）传感器类型：模拟输出（4）制作工艺：FR4双面喷锡（5）人性化设计：半月形凹陷防滑处理（6）检测深度：35mm（7）工作温度：10-30（8）工作湿度：10%-90%无凝结（9）重量：3g这是一个简易的水分传感器可用于检测土壤的水分，当土壤缺水时，传感器输出的模拟值将减小，反之将增大。使用这个传感器制作一款自动浇花装置，当您长时间不在家或过了浇水的时间，它可以感测到您的植物是否已经渴了。防止植物枯萎了才知道是缺水造成的。配合Arduino控制器让您的

40、植物更舒适，花园更智能。传感器表面做了金属化处理，可以延长它的使用寿命。将它插入土壤，然后使用AD转换器读取它。在它的帮助下，你能知道植物什么时候需要浇水。产品参数：1.产品名称：湿度传感器2.工作电压：DC5V3.工作电流：小于20mA4.传感器类型：模拟输出5.制作工艺：FR4双面喷锡6.人性化设计：半月形凹陷防滑处理9.检测深度：35mm10.工作温度：10-3011.工作湿度：10%-90%无凝结12.重量：3g4、人体红外感应传感器模块人体红外感应传感器（如图4-3-2）它是一个基于红外释电原理的人体检测传感器，它是一个数字传感器， 电路虽然看起来有点复杂，但使用起来的原理却异常简单

41、：当有人运动到它的作用范围内的时候，输出高电平信号，该信号会持续一段时间（0.3秒到18秒），持续时间可以由传感器上的电位器来进行调节。当调到推荐精选向左的位置时，输出信号的持续时间最短，其不足之处是只能检测出运动中的人体来，也不能检测出诸如运行速度和方向这样的高级特性。图4-2-3-4：人体红外感应传感器5、红外开关模块红外开关通常由一个红外发 射装置和一个红外接装置组成，其工作原理是利用被检测物体对红外光束的遮光或反射，来检测是否有物体存在。根据检测方式的不同，最常用的红外开关有漫反射式、镜反射式和对射式几种。漫反射红外开关是一种集红外发射器和红外接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时

42、，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，就能够产 生相应的动作。由于受被检测物体对红外线的反射率的影响，虽然漫反射红外开关安装时非常容易，但通常却是感应距离最近的红开关传感器。如图4-2-3-5为一个漫反射红外开关，其有效检测距离在50cm以内，接口则采用与传感器扩展板V4相兼容的三线接口，从上至下依次为地（G，黑色）、电源（V，红色）和信号（S，蓝色）。推荐精选图4-2-3-5：红外开关模块6、蜂鸣器模块蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，本设计采用的是有源蜂鸣器（如图4-2-3-6所示），直接接上额定电源就可连续发声，其特点有：（1）商品重量： 0.002 kg（2）额定工作电压

43、：5V（3）工作电压范围：47V（4）额定电流：30mA（5）声压电平：85 dB（6）谐振频率：2300500Hz（7）工作温度：-20+70 图4-2-3-6：蜂鸣器推荐精选6、继电器模块继电器（如图4-2-3-7）为一种小型电控设备，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。 本设计使用的继电器特点为：（1）12V、24V继电器可选，默认发货12V的继电器，可控制30A大电流（2）可以用作单片机开发板模块，可以用作家电控制（3）5V-12V的TTL控制信号4、控制直流或者交流信号，可以控制220V交流负载。（4）有动作指示灯，吸合亮，断开不亮（5）三极管驱动增加继电器线圈，控

44、制脚高阻抗。（6）控制脚有下拉电路，防止悬空继电器误动作（7）端子接线方便（8）路板尺寸：28mm X 61mm （9）位孔尺寸：22.8mm X 55.8mm图4-2-3-7：继电器推荐精选4.2.4 Arduino单片机控制设备数据流 图4-2-4：Arduino单片机控制设备数据流向图4.2.5 Arduino控制硬件设备工作流程（1）控制电饭煲工作流程 图4-2-5-1：控制电饭煲工作的流程图（2）控制热水器工作流程推荐精选图4-2-5-2：控制热水器工作的流程图（3）控制自动浇花机工作流程图4-2-5-3：控制浇花机工作的流程图（4） 控制报警器工作流程图4-2-5-4：控制报警器工

45、作的流程图（5）智能电灯工作流程推荐精选图4-2-5-5：智能电灯工作的流程图（6）门窗开关检测器工作流程图4-2-5-6：门窗开关检测器工作的流程图4.3. 基于硬件的本的控制系统详细设计：4.3.1功能设计：（1）电灯控制推荐精选图4-3-1-1：电灯控制流程图（2）报警器控制图4-3-1-2：报警器控制流程图（3）门窗开关检测控制图4-3-1-3：门窗开关检测控制流程图推荐精选4.3.2本地控制系统操作流程设计图4-3-2：本地控制操作流程推荐精选第五章 设备控制端实现代码5.1单片机控制端实现代码5.1.1 设备状态检测通过对设备的继电器的信号线所在针脚的电平的高低判断，来识别各设备的

46、工作状态，并将这些高低电平信息转化为字符串，经过简单的处理去除重复出现的再由串口发往控制系统。（1） 判断电饭煲和热水器的工作状态的实现代码（2）判断浇花机的工作状态的实现代码推荐精选（3） 判断报警器的工作状态的实现代码 （4） 判断电灯的工作状态的实现代码推荐精选5.1.2 传感器数据的采集（1）温度传感器获取水温值温度传感器通过Arduino的一个类库中的“getTemperature()”函数从传感器所在针脚直接读取，再进行简单的处理，不输出重复的温度值，以减轻串口的数据输出量，实现代码如下：推荐精选（2）土壤湿度传感器获取土壤湿度值土壤湿度传感的使用相对要简单。很多可以直接通过串口输

47、出函数，直接输出传感器所在针脚的模拟信号值即为当前土壤湿度值，再进行一个求五次数值平均值的运算，以到达输出的湿度值更稳定和精确的目的，实现代码为：（3）人体红外感应器获取人体活动信息人体红外感应传感器在感应到人体活动时产生一个高电平，没有感应到人体是为低电平，通过对所在针脚电平高低的判断，即可得到有无人体活动的信号，实现代码为：推荐精选（4）红外开关感应器获取门窗开关信息此红外开关感应器与人体红外感应器工作原理相同，当有物体阻拦是为低电平，当没有物体阻拦无法反射会信号是产生高点平，也是通过对所在针脚电平高低的判断，即可得到有无门窗开关的信号，实现代码为：推荐精选5.1.3 控制命令的接收Ard

48、uino单片机通过串口对收到的控制命令进行逐一读取，存到一个数组中，再按预先规定好的格式进行解析，以实现对控制不同设备的命令的识别，实现代码为：5.1.4控制指令的执行相应设备接收到控制指令后，通过改变设备所在针脚的电平高低，来驱动设备的工作，以电饭煲为例来看，当收到开指令“11”时，将11号针脚制为“HIGH”，则此针脚上的继电器将闭合，电饭煲也就通电开始工作了，代码如下：推荐精选5.2基于硬件的本地控制系统实现代码5.2.1 获取单片机发回的信息的实现代码通过从串口读取数据，并将数据按预先约定好的格式解析出来，就得到单片机发回的不同设备的不同信息，具体代码如下： #region 启动系统

49、private void comboBox1_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e) serialPort1.Close();/关闭串口 serialPort1.PortName = comboBox1.Text;/ 设置通信串口名称 private void comboBox2_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e) serialPort1.BaudRate = Int32.Parse(comboBox2.Text);/设置通信串口速率 /启动按钮 private void b

50、utton_qidong_Click(object sender, EventArgs e) if (!serialPort1.IsOpen) try serialPort1.Open();/打开串口 button_qidong.Text = 关闭; catch MessageBox.Show(请选择正确的端口！); else serialPort1.Close(); button_qidong.Text = 启动; #endregion推荐精选 #region 读起数据 public void serialPort1_DataReceived(object sender, System.IO

51、.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e) / 接收数据并在接收数据区显示 /接收数据 string text = serialPort1.ReadLine(); /返回数据给委托程序 this.Invoke(interfaceUpdateHandle, text); private void UpdateTextBox(string text) richTextBox1.AppendText(text); string sbID = text.Substring(0, 2); string bzw = text.Substring(2, 2); string

52、date = text.Substring(4, 2); /当设备为电灯 if (sbID = 27) if (bzw = 00)/标志位为00表示的是状态 if (date = 00)/当为关闭状态时 dd_zt = false; textBox_dd_state.Text = 关灯; if (date = 11) dd_zt = true; textBox_dd_state.Text = 开灯; else if (bzw = 33)/当33表示为传感器信号 if (date = 00)/当为 无人 dd_gy = false; textBox1.Text = 没人; / gd(); if

53、(date = 11) dd_gy = true;推荐精选 textBox1.Text = 有人; / kd(); /当设备为报警器 if (sbID = 28) if (bzw = 00)/当标志位为00表示的为状态 if (date = 00)/当为关闭状态时 bjq_zt = false; textBox13.Text = 关; if (date = 11) bjq_zt = true; textBox13.Text = 开; else if (bzw = 33)/当表示为传感器信号 if (date = 00)/当为 无情况 bjq_gy = false; textBox2.Text = 正常; if (date = 11) /有情况 bjq_gy = true; textBox2.Text = 有情况; /当设备为门窗开关检测器 if (sbID = 29) if (bzw = 33)/当表示的为状态 if (date = 00)/当为关闭状态时 mckgjcq_gy = false;