基于Arduino的智能家居控制系统设计

高航

摘 要：文章设计了一种基于Arduino的智能家居系统，选用Arduino Mega2560作为核心控制器，结合传感器技术、蓝牙技术、GSM通信技术等实现对家居环境的监控、对家电设备的精确控制，具有防火、防盗、有害气体监测等功能。该系统具有软硬件资源丰富、成本低、功耗小、便于扩展等优点，具有一定的实用和推广价值。

关键词：智能家居；Arduino；传感器；无线控制

引言

作为智能城市的重要组成部分，智能家居系统既能给人们的生活带来便利，有提高了安全性，同时提供了全方位的信息交换功能，节约了时间和资源[1]。

1 智能家居系统的硬件设计

建立智能家居系统，硬件系统的设计是关键和基础，它对整个家居系统的稳定性、可靠性以及节能性都有重大影响[2]。智能家居的硬件系统主要包括终端控制设备、核心控制器、智能家电或者智能物品、传感器、无线模块以及报警系统等设备組成其系统框图如图1所示。而核心控制器又是硬件系统的关键，文章介绍一种基于Arduino的智能家居系统设计。

1.1 Arduino控制器

Arduino是一种开源的电子平台，是一系列开源硬件中间件的产品集合，含有丰富的硬件接口，可以支持市面上的绝大部分传感器和执行器[3]。文章系统的核心控制器采用Arduino Mega2560。

1.2 GSM模块

本设计GSM控制模块采用SIM900A模块，SIM900A是由SIMCOM公司推出的一款新型GSM/GPRS通讯模块，主要功能有语言通话、短信收发、GPRS网络数据收发以及彩信收发和基站定位功能。GSM是具有电话报警功能的监控系统，系统利用GSM网络对房屋进行远程控制，当系统检测的房屋内有危害情况时，通过GSM模块给用户发送短信告知用户，同时可以利用GSM模块对电器进行控制以及的家居环境的监测[4]。

1.3 无线模块

目前的无线技术主要有红外通讯技术、蓝牙技术、WLAN无线技术等，智能家居采用哪种无线技术，要根据它们各自优缺点再结合产品市场等所要实现的目的来决定的[5]。本设计选用的是BT-HC05蓝牙模块。

1.4 传感器模块

温湿度传感系统采用DHT11温湿度传感模块。气体传感系统采用MQ-2气体传感模块。火焰传感器采用2010 年最新推出的远红外火焰传感器可以用来探测火源或其它一些波长在760纳米～1100纳米范围内的热源。 红外人体传感器是利用热释电效应原理制成的，具有全自动感应的功能。

2 系统的软件设计

系统的软件设计主要是解决传感器模块、终端控制模块、家电控制模块以及控制器之间的通信问题以及数据命令的处理问题[6]。利用温湿度传感模块，气体传感模块对室内环境进行检测，将采集量和设定的预设置进行比较，并将检测结果反馈到Arduino中央控制器，从而控制风扇、排气扇等家电设备，自动对室内环境进行调节；当智能家居系统工作在无人模式时，红外人体传感器开始监测家居内的人体活动，当监测到有人活动时或者当当火焰传感器监测到火灾时，报警系统会发出警报并通过GSM模块以短信的方式告知用户，用户能对家电设备作出相应的判断；利用蓝牙模块对Arduino中央控制器发送命令，实现对家电的无线控制；通过GSM模块实现短信控制家电和对家居环境的监测功能；报警系统主要是提示家居内环境异常，需要用户及时处理；通过以上系统之间的联系与通信，实现整套家居的智能控制系统[7]。

3 系统的测试与应用

（1）系统局域网的测试主要是通过控制终端（手机）上的软件发送命令来控制家电的运行以及环境的监测。（2）在测试之前首先要确定GSM模块已插入了SIM卡，并且能正常运行（正常运行时指示灯会间断闪烁）。通过手机给系统发送中文短信，系统接收短信后会将中文短信转化为对应中文的Unicode编码，并与系统已设命令比较，若相等则去执行相应的操作，若为找到与短信匹配的操作则向手机返回错误信息。（3）智能家居系统中传感器模块的主要作用是对家居环境的监测，当家居内的环境因素不在系统设定的范围内或者异常时，系统能执行相应的操作并告知用户[8]。

经过测试证明，基于Arduino的智能家居控制系统运行稳定可靠。系统采用蓝牙模块实现家庭无线局域网内的通信，温湿度传感器、气体传感器、火焰传感器、人体红外传感器等采集感应模块来监测家居环境状况，具有GSM短信控制家电和监测家居环境的功能，方便操作，适用于现代家居小区，具有巨大的推广价值[9]。

4 结束语

文章设计的基于Arduino的智能家居控制系统具有可扩展性高、运行稳定、安全等优点。系统具有GSM短信控制、蓝牙无线控制、防火防盗等功能，并且能自动监测家居环境状况并处理异常情况[10]。Arduino的智能家居控制系统具有软硬件资源丰富、成本低、功耗小、便于扩展等优点，具有一定的实用和推广价值，实现了家居系统的智能化、多元化。

参考文献

[1]侯俊，吴成东，等.基于Zigbee的智能家居安全控制系统研究[J]机电工程学报，2009，26 （1）.

[2]崔阳，张维华，白云峰.一种基于Arduino的智能家居控制系统[J].电子技术应用，2014（4）.

[3]李德骏，马孝辉.基于Arduino平台的家用安防监控系统设计[J].科技与生活，2011（1）：114.

[4]卢军，赵慧涛，钟华.基于GSM的电机智能监测系统的研究与实现[J].微计算机信息，2009（19）：85-87.

[5]莫满春.射频路由算法的研究及智能家居无线控制系统的实现[D].广州：中山大学，2008.

[6]臧大进，刘增良.基于物联网的智能家居系统设计与实现[J].襄樊学院学报，2010，30（11）.

[7]YU M C， SHIN D， SHIN DK， etal. Fundamentals and design of Smart home middleware[C]//CSO 2009：International Joint Conference on Computational Sciences and Optimization. Washington， DC： IEEE.2009.

[8]Bluetooth SIG. Specification of the BluetoothSystem Volume l.Core Version1.1[EB/0L].[2005-07-15].

[9]lee Kwang Yeo.Choi Jae Weon. Remote-controlled Home Automation System Via Bluetooth Home Network[C]//Proc of SICE 2003 Annum Conference. Tokyo ：Soc of Instrum and Control Eng-2008.

[10]程海粟，徐珂珂.一种智能家居的设计方案[J].信息通信，2012（2）.