基于Arduino的智能家居系统的设计

张云飞 刘奕烽 凤欢 许健

摘要：随着信息产业的发展，智能家居系统应运而生，本项目设有语音识别功能，由中文语音识别模块BY8302-16P完成，以Arduino单片机为主控系统，配合语音合成模块、温湿度传感器DHT11、气体传感器、环境光线传感器、通风扇，电磁式继电器以及报警装置等协调运行，实现室内照明与室内安全监测的智能控制。用户通过回答关键字“小胖同学”触发家居系统，主控系统根据接收到的预设语音信息做出相应的回答和完成相应的操作，实现家庭照明控制、环境安全监测的功能。

关键词：智能家居;室内照明;环境监测

1 工作原理及性能分析

1.1工作原理

1.1.1室內通风照明

通风照明的完成是通过对继电器控制实现的，继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力或使输出状态发生阶跃变化，从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件。它用于各种控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，控制主电路和辅助电路中的器件或设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的。

电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触头簧片等组成的只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”;处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

2 设计方案

2.1控制系统

Arduino UNO单片机为主控制芯片，处理反馈信息。总控制电路主要由主控制芯片、中文语音识别模块、语音合成模块、温湿度传感器、气体传感器、环境光线传感器、通风扇，电磁式继电器以及报警装置组成。当用户发出“小胖同学”指令时，系统处于应答状态，此时用户发出“小胖同学开灯”指令时语音识别模块接收信息并反馈给控制板，控制板发出信号打开继电器开启照明灯;智能家居系统同时带有安全监测功能，气体传感器随时监测周围环境的变化，若有害气体浓度过高，气体传感器会给控制板发送信息，控制板接收到信息后会发出开启报警装置并给继电器发送指令，继电器打开，排气装置启动，同时控制板继续接收气体传感器的信息，当有害气体浓度达到正常值时，控制板会关闭报警装置与继电器，排风扇停止工作。

2.1.2主要模块：

（1）中文语音识别模块

采用串口控制语音模块BY8302-16P，识别开关灯命令，执行开关灯操作，并语音播报当前状态。识别温湿度读取命令，并语音播报当前温湿度情况。实时监测危险气体，一旦检测到立即报警并语音播报危险情况。未有识别时不做操作，识别命令有误时播报“请问您在说什么？”。系统会对环境光线进行检测，光线暗的情况下会提醒你：“光线不足，正在开灯”然后开灯，如果光线明亮时，会说：“光线明亮，不需要开灯”保持灯在关的状态。

（2）温湿度传感器DHT11

置于室内活动频繁的地方，检测室内的温度与湿度，时刻反馈信息给单片机，起到维护室内舒适度的左右。

（3）气体传感器

置于卧室、厨房等敏感区域，检测环境内有害气体的浓度，向单片机提供环境的信息，便于完成环境安全监控功能。

（4）电机驱动模块

定的水温值，控制步进电机带动混水阀的转向及转角，精确的控制冷热水的混合比例，直到混合水温值在设定温度范围内时电机停止转动，实现恒温出水。

3 创新点及应用

3.1 创新点

（1）在智能家居尚未普及的情况下有效地解决了日常生活中夜晚开灯困难的问题，比较传统的按键控制方式利用语音控制更加方便与安全;

（2）完成对室内环境安全的检测，营造舒适安全的生活环境，利于人们生活健康。

3.2应用及前景

该系统实用价值高且功耗低，有效的解决了夜晚开灯困难的问题完成了对室内有害气体的检测与处理，适用范围广，拥有较好的市场前景，对推进人们的便利生活、家居智能化等具有现实意义。

参考文献

[1]智能家居 向忠宏 人民邮电出版社 （2002-06出版）

[2]智能家居设计与施工 顾牧君 同济大学出版社 （2004-10出版）

[3]智能家居控制系统 周洪、胡文山、张立明、卢亦焱 中国电力出版社 （2006-01出版）.