智能家居的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要智能家居是未來(lái)家居生活的趨勢(shì)，也是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的主要產(chǎn)品之一。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，智能家居已經(jīng)越來(lái)越多的進(jìn)入人們的生活。本文嘗試從幾個(gè)方面改造現(xiàn)有家用電器，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的智能家居效果。主要包括紅外線遙控器控制空調(diào)、電視，zigbee及繼電器控制燈光，并嘗試使用MT7681wifi串口模塊實(shí)現(xiàn)手機(jī)和智能家居主控的通訊。主控部分選用Arduino開源硬件平臺(tái)。Arduino是一個(gè)基于開放源代碼的軟硬件平臺(tái)，具有使用類似 Java，C語(yǔ)言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。Arudino作為智能家居的控制中心實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)或手機(jī)的交互，通過Internet也可隨時(shí)監(jiān)控家中的情況，并可以隨時(shí)控制家用電器。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)基本達(dá)到預(yù)期使用要求，并具有一定功能拓展空間。關(guān)鍵詞：智能家裝；嵌入式；ArduinoAbstractItwouldbethetrendoffuture SmartHome.ItwouldbeoneofthemostimportantproductoftheInternetofthings.asthedevelopmentofcomputersystem,communicationandembeddedsystem.SmartHomehasbeenmoreandmoreavailableinourlife.NowIwanttoremadethehouseholdappliancesTobuildasimpleSmartHomesystem.IchangemyphonetobeainfraredremotecontrolunitfortheairconditioningandTUsezigbeeunitandrelayforcontrolthelight.AndtrytomakeanetgatebyMT7681.ArduinoisuseforthemaincontrolunitofthesystemofSmarthome.Arduinoisaopensourceproject,Itsbaseonprocessing/wiringdevelopmentenvironment,justasjavaorC.Arduinoisuseasthemaincontrolunitofthehouse.anditcancontactwiththeInternetorthephone.oucanwatcheverythingofyourhouseandalsocancontrolthembyyourphone.Testingshowthatthesystemworkwell,andalsocanbeexpend.KEYWORD:Smarthome;embeddedsystem;AraduinoTOC\o"1-5"\h\z摘要 !..Abstract 錯(cuò)誤!未定義書簽。\o"CurrentDocument"緒論 1..1.1智能家裝的概念及其發(fā)展趨勢(shì) 11.2智能家裝控制系統(tǒng)功能 智能家居的監(jiān)控 家庭安全防范. 4.軟硬件系統(tǒng) .6..2.1硬件部分 .6.Arduino平臺(tái)介紹 6.zigbee模塊 7.MT7681串口wifi模塊 8.2.2軟件部分 8..\o"CurrentDocument"系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案. 9..3.1紅外線遙控 9..3.1.1紅外遙控的原理 采集紅外遙控器的編碼 103.1.3紅外線發(fā)射. 133.2可燃?xì)怏w報(bào)警 14MQ-2傳感器 143.2.2燃?xì)鈭?bào)警器的制作 15zigbee組網(wǎng)和控制 17zigbee的組網(wǎng) 17zigbee通過繼電器控制臺(tái)燈. 19zigbee的特點(diǎn) 21交互設(shè)計(jì)方案. 24\o"CurrentDocument"項(xiàng)目結(jié)論 30參考文獻(xiàn) 331.緒論1.1智能家居的概念及其發(fā)展趨勢(shì)智能家居，或稱智能住宅。智能家居是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居可以定義為一個(gè)過程或者一個(gè)系統(tǒng)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性。融合了自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)化智能化的家居控制系統(tǒng)。智能家居將讓用戶有更方便的手段來(lái)管理家庭設(shè)備，比如，通過加觸摸屏、無(wú)線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識(shí)別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)；另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，從而給用戶帶來(lái)最大程度的高效、便利、舒適與安全。智能化家裝為用戶提供了始終在線的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，與互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)相連，為在家辦公提供了方便條件。智能安防可以實(shí)時(shí)監(jiān)控非法闖入、火災(zāi)、煤氣泄露、緊急呼救的發(fā)生。一旦出現(xiàn)警情，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向中心發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)啟動(dòng)相關(guān)電器進(jìn)入應(yīng)急聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防范。家電的智能控制和遠(yuǎn)程控制，如對(duì)燈光照明進(jìn)行場(chǎng)景設(shè)置和遠(yuǎn)程控制、電器的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制等。可以通過語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家電的聲控功能；通過各種主動(dòng)式傳感器（如溫度、聲音、動(dòng)作等）實(shí)現(xiàn)智能家居的主動(dòng)性動(dòng)作響應(yīng)。環(huán)境自動(dòng)控制。如家庭中央空調(diào)系統(tǒng)。提供全方位家庭娛樂。如家庭影院系統(tǒng)和家庭中央背景音樂系統(tǒng)。現(xiàn)代化的廚衛(wèi)環(huán)境。主要指整體廚房和整體衛(wèi)浴。管理家庭信息及與小區(qū)物業(yè)管理公司聯(lián)系。家庭理財(cái)服務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)完成理財(cái)和消費(fèi)服務(wù)。智能信息家電可以通過服務(wù)器直接從制造商的服務(wù)網(wǎng)站上自動(dòng)下載、更新驅(qū)動(dòng)程序和診斷程序，實(shí)現(xiàn)智能化的故障自診斷、新功能自動(dòng)擴(kuò)展。在不久的將來(lái)智能話家居將不再是一座被動(dòng)的房間或者建筑，而成為幫助人們更合理的利用時(shí)間的工具。使家，工作，生活更高效節(jié)能。網(wǎng)絡(luò)化的智能家裝可以為人們提供在任何地方遙控家里的家電，照明，窗簾等的功能。也能提供更好的防盜報(bào)警，火災(zāi)報(bào)警等功能。智能算法也使得設(shè)備可以學(xué)習(xí)主人的生活習(xí)慣自動(dòng)完成很多設(shè)置和功能。配合云端大數(shù)據(jù)和類似蘋果公司的iri或者微軟公司的kinect等交互設(shè)備。會(huì)給人們帶來(lái)全新的生活體驗(yàn)。1.2智能家裝控制系統(tǒng)功能1.2.1智能家居的監(jiān)控家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控包括電器設(shè)備的集中、遠(yuǎn)距離（通過手機(jī)APP或者Internet）遙控設(shè)備、控制及數(shù)據(jù)采集。（圖1.2.1）紅外代詡轉(zhuǎn)發(fā)器圖1.2.1智能家裝的示意圖（1）家用電器的監(jiān)視和控制，可以使用遙控器來(lái)控制家里的燈光、熱水器、電動(dòng)窗簾、飲水機(jī)、空調(diào)等設(shè)備的開關(guān)、同時(shí)控制諸如電視、DVD、音響等設(shè)備。（2） 定時(shí)控制：提前設(shè)定某些產(chǎn)品的開啟關(guān)閉時(shí)間，可以有效的節(jié)約能源。（3） 集中控制：可以在客廳同時(shí)打開臥室和衛(wèi)生間的燈，并開始給浴缸注熱水，夜晚還可以在臥室打開走廊和衛(wèi)生間的燈光、調(diào)試燈光亮度。還可以隨時(shí)參看各設(shè)備的運(yùn)行情況。（4） 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制：無(wú)論身在何處都可以通過Internet或者手機(jī)監(jiān)視家里的一舉一動(dòng)。并可以隨時(shí)操控家中的電器。1.2.2家庭安全防范（1） 監(jiān)控系統(tǒng)是用于本地和遠(yuǎn)程了解特定區(qū)域情況，保留錄像備查，起著威懾、監(jiān)督、取證和管理作用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當(dāng)用戶全家外出旅游時(shí)，家中無(wú)人，一定不放心家中的安全。這時(shí)你只要打開電腦，連接上系統(tǒng)，就可以看到家里的各個(gè)角落，房里的燈有沒有關(guān)？廚房的水電有沒有漏？有沒有賊闖入家里？一目了然。智能家居的監(jiān)控系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，通過分布在室內(nèi)的電視機(jī)，監(jiān)視器，觸摸屏，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控住宅周邊、門口、各個(gè)房間、室內(nèi)通道、車庫(kù)等重點(diǎn)區(qū)域的實(shí)時(shí)情況。系統(tǒng)還會(huì)自動(dòng)將實(shí)時(shí)監(jiān)控或者遠(yuǎn)程監(jiān)控的影像通過硬盤錄像功能錄制下來(lái)。如果有盜賊闖進(jìn)家，就可以記錄下盜賊的影像作為證據(jù)。（2） 報(bào)警系統(tǒng)通過報(bào)警系統(tǒng)將家居環(huán)境發(fā)生的意外災(zāi)情，如：非法入侵，火災(zāi)，燃?xì)庑孤┑鹊谝粫r(shí)間通知到你或相關(guān)人員，以得到及時(shí)處理。報(bào)警系統(tǒng)通過報(bào)警主機(jī)布置處理安裝在室內(nèi)外的各種探測(cè)器，將探測(cè)器發(fā)出的信號(hào)最快地傳遞到相關(guān)的人員。廠家提供有各種功能用途的探測(cè)器，適用于家庭的不同區(qū)域。（3）門禁安全系統(tǒng)是非常重要的，它是家庭防護(hù)的第一道防線。智能家居的門禁系統(tǒng)在為你提供防護(hù)的同時(shí)還能為你提供了更多出入的方便。你可以通過授權(quán)自己，家人，客人通過密碼，刷卡，或者指紋，語(yǔ)音口令等智能識(shí)別認(rèn)證方便的進(jìn)出你的家門。安全防護(hù)系統(tǒng)還包括許多的內(nèi)容，智能家居安全防護(hù)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。各種智能防護(hù)設(shè)備通過信息通訊系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)彼此配合協(xié)調(diào)工作，組成一個(gè)智能化的安全防護(hù)系統(tǒng)。它為我們享受高品質(zhì)的智能居家生活提供有力的保障。2.軟硬件系統(tǒng)本文設(shè)計(jì)利用Arduino基于AVR的開源嵌入式硬件平臺(tái)，2.4Ghzzigbee模塊，IR紅外收發(fā)模塊，MT7681wifi串口模塊實(shí)現(xiàn)智能家裝的一些功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試和控制軟件的編寫。2.1硬件部分Arduino平臺(tái)介紹Arduino是一個(gè)基于開放原始碼的軟硬件平臺(tái)構(gòu)建于開放源代碼simpleI/O介面版，并且具有使用類似Java，C語(yǔ)言的Processing/Wiring的開發(fā)環(huán)境。圖2.1.1Arduino開發(fā)板Arduino能通過各種各樣的傳感器來(lái)感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達(dá)和其他的裝置來(lái)反饋、影響環(huán)境。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語(yǔ)言來(lái)編寫程序，編譯成二進(jìn)制文件，收錄進(jìn)微控制器。對(duì)Arduino的編程是利用Arduino編程語(yǔ)言（基于Wiring）和Arduino開發(fā)環(huán)境（basedonProcessing）來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；贏rduino的項(xiàng)目，可以只包含Arduino,也可以包含Arduino和其他一些在PC上運(yùn)行的軟件，他們之間進(jìn)行通信（比如Flash，Processing,MaxMSP）來(lái)實(shí)現(xiàn)。可以自己動(dòng)手制作，也可以購(gòu)買成品套裝;Arduino所使用到的軟件都可以免費(fèi)下載。硬件參考設(shè)計(jì)（CAD文件）也是遵循availableopen-source協(xié)議，你可以非常自由地根據(jù)你自己的要求去修改他們。zigbee模塊ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。這一名稱（又稱紫蜂協(xié)議）來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂0。。）是靠飛翔和“嗡嗡-（zig）地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、高數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。MT7681串口wifi模塊串口WIFI模塊是基于Uart接口的符合wifi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊，內(nèi)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。通過串口WIFI，傳統(tǒng)的串口設(shè)備也能輕松接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)2.2軟件部分軟件設(shè)計(jì)部分主要由以下幾大部分構(gòu)成：即數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分及分析控制部分。數(shù)據(jù)采集部分是對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集分析控制部分則是根據(jù)采集的信息進(jìn)行分時(shí)操作有利于提高系統(tǒng)效。Arduino可以兼容C/C++。3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1紅外線遙控3.1.1紅外遙控的原理紅外遙控系統(tǒng)主要分為調(diào)制、發(fā)射和接收三部分，如下圖所示：調(diào)制：紅外遙控發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)采用調(diào)制的方式，即把數(shù)據(jù)和一定頻率的載波進(jìn)行“與”操作，這樣可以提高發(fā)射效率和降低電源功耗。調(diào)制載波頻率一般在30khz到60khz之間，大多數(shù)使用的是38kHz，占空比1/3的方波，如圖所示，這是由發(fā)射端所使用啊55kHz晶振決定的。在發(fā)射端要對(duì)晶振進(jìn)行整數(shù)分頻，分頻系數(shù)一般取12,所以455kHz：12^37.9kHz^38kHz。發(fā)射系統(tǒng)：目前有很多種芯片可以實(shí)現(xiàn)紅外發(fā)射，可以根據(jù)選擇發(fā)出不同種類的編碼。由于發(fā)射系統(tǒng)一般用電池供電，這就要求芯片的功耗要很低，芯片大多都設(shè)計(jì)成可以處于休眠狀態(tài)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)才工作，這樣可以降低功耗芯片所用的晶振應(yīng)該有足夠的耐物理撞擊能力，不能選用普通的石英晶體，一般是選用陶瓷共鳴器，陶瓷共鳴器準(zhǔn)確性沒有石英晶體高，但通常一點(diǎn)誤差可以忽略不計(jì)。紅外線通過紅外發(fā)光二極管:LED）發(fā)射出去，紅外發(fā)光二極管內(nèi)部材料和普通發(fā)光二極管不同，在其兩端施加一定電壓時(shí)，它發(fā)出的是紅外線而不是可見光。最簡(jiǎn)單電路，選用元件時(shí)要注意三極管的開關(guān)速度要快，還要考慮到LED的正向電流和反向漏電流，一般流過LED的最大正向電流為100mA，電流越大，其發(fā)射的波形強(qiáng)度越大。這個(gè)電路有一點(diǎn)缺陷，當(dāng)電池電壓下降時(shí)，流過LED的電流會(huì)降低，發(fā)射波形強(qiáng)度降低，遙控距離就會(huì)變小。而射極輸出電路可以解決這個(gè)問題，兩個(gè)二極管把三級(jí)管基極電壓鉗位在1.2V左右，因此三級(jí)管發(fā)射極電壓固定在0.6V左右，發(fā)射極電流IE基本不變，根據(jù)IE^IC,所以流過LED的電流也基本不變，這樣保證了當(dāng)電池電壓降低時(shí)還可以保證一定的遙控距離。接收：紅外接收電路通常被廠家集成在一個(gè)元件中，成為一體化紅外接收頭。內(nèi)部電路包括紅外監(jiān)測(cè)二極管，放大器，限副器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測(cè)二極管監(jiān)測(cè)到紅外信號(hào)，然后把信號(hào)送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠(yuǎn)近。交流信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負(fù)載波，通過解調(diào)電路和積分電路進(jìn)入比較器，比較器輸出高低電平，還原出發(fā)射端的信號(hào)波形。注意輸出的高低電平和發(fā)射端是反相的，這樣的目的是為了提高接收的靈敏度。3.1.2采集紅外遙控器的編碼主要使用了38kHz紅外一體化接收頭，因?yàn)橐呀?jīng)集成了三極管，所以不需要為了增加功率而額外配三極管。紅外《d和100Q電阻。

電路示意圖（如圖3.1.1）Arduinopins圖3.1.1紅外線接收部分電路圖實(shí)物組裝完成后（如圖3.1.2）圖3.1.2紅外線接收實(shí)物圖接收紅外線編碼的代碼如下：/**IRremote:IRrecvDemo-demonstratesreceivingIRcodeswithIRrecvAnIRdetector/demodulatormustbeconnectedtotheinputRECV_PIN.Version0.1July,2009Copyright2009KenShirriff[url][/url]*/#include<IRremote.h>intIR_PIN=11;定義紅外接收器的引腳為11IRrecvrecv(IR_PIN);decode_resultsresults;voidsetup()(Serial.begin(9600);recv.enableIRIn();//初始化紅外接收器}voidloop()(if(recv.decode(&results))(Serial.println(results.value,HEX)以16進(jìn)制換行輸出接收代碼Serial.println();/為了便于觀看輸出結(jié)果增加一個(gè)空行recv.resume();〃接收下一個(gè)值}}經(jīng)過查閱相關(guān)資料了解到，當(dāng)按下遙控器的按鍵時(shí)，遙控器將發(fā)出的一串二進(jìn)制代碼，我們稱它為一幀數(shù)據(jù)。根據(jù)各部分的功能。可將它們分為5部分，分別為引導(dǎo)碼、地址碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼。遙控器發(fā)射代碼時(shí).均是低位在前。高位在后。分析可以得到?引導(dǎo)碼高電平為4.5ms，低電平為4.5ms。當(dāng)接收到此碼時(shí).表示一幀數(shù)據(jù)的開始。單片機(jī)可以準(zhǔn)備接收下面的數(shù)據(jù)。地址碼由8位二進(jìn)制組成，共256種.地址碼重發(fā)了一次。主要是加強(qiáng)遙控器的可靠性.如果兩次地址碼不相同.則說(shuō)明本幀數(shù)據(jù)有錯(cuò).應(yīng)丟棄。不同的設(shè)備可以擁有不同的地址碼.因此。同種編碼的遙控器只要設(shè)置地址碼不同，也不會(huì)相互干擾。所有按鍵發(fā)出的地址碼都是相同的。數(shù)據(jù)碼為8位，可編碼256種狀態(tài)，代表實(shí)際所按下的鍵。數(shù)據(jù)反碼是數(shù)據(jù)碼的各位求反，通過比較數(shù)據(jù)碼與數(shù)據(jù)反碼.可判斷接收到的數(shù)據(jù)是否正確。如果數(shù)據(jù)碼與數(shù)據(jù)反碼之間的關(guān)系不滿足相反的關(guān)系.則本次遙控接收有誤.數(shù)據(jù)應(yīng)丟棄。在同一個(gè)遙控器上.所有按鍵的數(shù)據(jù)碼均不相同。用串口調(diào)試助手啟用監(jiān)控，依次記錄下空調(diào)或電視遙控器上所有鍵的編碼。如圖(3.1.3)圖3.1.3記錄所有按鍵的編碼3.1.3紅外線發(fā)射紅外線發(fā)射的電路同上面接收的電路是一樣的只是控制Arduino的3號(hào)管腳輸出PWM(脈沖寬度調(diào)制)。代碼如下/**發(fā)射紅外線信號(hào)*/#include<IRremote.h> //引用IRRemote函式庫(kù)RsendIRsend; //定義IRsend來(lái)發(fā)射紅外線訊號(hào)voidsetup()(pinMode(3,OUTPUT);digitalWrite(3,HIGH);//點(diǎn)亮LED測(cè)試(可以過手機(jī)攝像模式觀察)delay(3000); //等待3秒digitalWrite(3,LOW);//結(jié)束測(cè)試}voidloop(){Serial.print("SendIR:");IRsend.sendNEC(0x837F18E7,32);//0x837F18E7為頻道增加按鈕delay(3000); //等待3秒｝對(duì)著電視試驗(yàn)了一下可以使用。機(jī)頂盒和空調(diào)遙控器同理。這樣就實(shí)現(xiàn)了使用嵌入式系統(tǒng)來(lái)控制家用電器的功能但是由于硬件條件限制，紅外發(fā)射器的有效距離和角度都有很大限制，暫時(shí)想到的解決辦法是用多個(gè)發(fā)射器同時(shí)發(fā)射，針對(duì)不同家用電器放置不同的角度和位置。另外由于家里使用的是創(chuàng)維的電視盒機(jī)頂盒和美的空調(diào)的遙控器。以上三個(gè)的紅外遙控沒有相互編碼相同的情況其他品牌的因條件有限未做實(shí)驗(yàn)。3.2可燃?xì)怏w報(bào)警MQ-2傳感器MQ-2Sensor是基于QM-NG1探頭的氣體傳感器，QM-NG1是采用目前國(guó)際上工藝最成熟，生產(chǎn)規(guī)模最大郵口02材料作為敏感基體制作的廣譜性氣體傳感器。該產(chǎn)品的最大特點(diǎn)是對(duì)各種可燃性氣體(如氫氣、液化石油氣、一氧化碳、烷烴類等氣體以及酒精、乙醚、汽油、煙霧等有毒氣體具有高度的敏感性。使用方法：1元件開始通電工作時(shí)，沒有接觸丁烷氣體，其電導(dǎo)率也急劇增加，約一分鐘后達(dá)到穩(wěn)定，這時(shí)方可正常使用，這段變化在設(shè)計(jì)電路時(shí)可采用延時(shí)處理解決。2加熱電壓的改變會(huì)直接影響元件的性能，所以在規(guī)定的電壓范圍內(nèi)使用為佳。3元件在接觸標(biāo)定氣體1000ppm丁烷后10秒鐘以內(nèi)負(fù)載電阻兩端的電壓可達(dá)到(Vdg-Va)差值的70%(即響應(yīng)時(shí)間)；脫離標(biāo)定氣體1000ppm丁烷30秒鐘以內(nèi)負(fù)載電阻兩端的電壓下降到(Vdg-Va)差值的70%(即恢復(fù)時(shí)間)。4符號(hào)說(shuō)明檢測(cè)氣體中電KRdg、檢測(cè)氣體中電壓Vdg、Rdg與Vdg的關(guān)系：Rdg=RL(VC/Vdg-1)5負(fù)載電阻可根據(jù)需要適當(dāng)改動(dòng)，以滿足設(shè)計(jì)的要求。6使用條件:溫度-15?40笆；相對(duì)濕度20?85%RH；大氣壓力80?106KPa。7環(huán)境溫濕度的變化會(huì)給元件電阻帶來(lái)小的影響，可進(jìn)行濕度補(bǔ)償，最簡(jiǎn)便的方法是采用熱敏電阻補(bǔ)償之。8避免腐蝕性氣體及油污染，長(zhǎng)期使用需防止灰塵堵塞防爆不銹鋼網(wǎng)。3.2.2燃?xì)鈭?bào)警器的制作將MQ-2的VCC和GND引腳單獨(dú)共5V電源。數(shù)據(jù)引腳連接入Arduino開發(fā)板的P0端子。紅色LED接入Arduino開發(fā)板的P1端子。喇叭接入Arduino開發(fā)的P2端子。實(shí)物(如圖：3.2.1)圖3.2.1蜂鳴燃?xì)鈭?bào)警器代碼如下：#defineled1#definealarm2voidsetup(){Serial.begin(9600);}voidloop(){intval;val=analogRead(0);if(val>200){led=1;alarm=1;}else{led=0;alarm=0;}Serial.println(val,DEC);delay(100);}當(dāng)MQ-2檢測(cè)的值超標(biāo)時(shí)觸發(fā)報(bào)警，喇嘛發(fā)聲，并且紅燈亮起。起到報(bào)警作用。3.3zigbee組網(wǎng)和控制zigbee的組網(wǎng)Arduino附加Zigduino內(nèi)部集成了802.15.4協(xié)議無(wú)線模塊，支持任何基于802.15.4協(xié)議的無(wú)線模塊，包括ZigBee。組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)：組建一個(gè)完整的zigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)步驟：網(wǎng)絡(luò)初始化、節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，其中節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)又包括兩個(gè)步驟:通過與協(xié)調(diào)器連接入網(wǎng)和通過已有父節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)。Zigbee網(wǎng)絡(luò)的建立是由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器發(fā)起的，任何一個(gè)igbee節(jié)點(diǎn)要組建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)必須要滿足以下兩點(diǎn)要求：（1） 節(jié)點(diǎn)是FFD節(jié)點(diǎn)，具備zigbee協(xié)調(diào)器的能力；（2） 節(jié)點(diǎn)還沒有與其他網(wǎng)絡(luò)連接當(dāng)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)與其他網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，此節(jié)點(diǎn)只能作為該網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點(diǎn)因?yàn)橐粋€(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)中有且只有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。網(wǎng)絡(luò)初始化的流程如下：（1）確定網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，首先判斷節(jié)點(diǎn)是否是FFD節(jié)點(diǎn)，接著判斷此FFD節(jié)點(diǎn)是否在其他網(wǎng)絡(luò)里或者網(wǎng)絡(luò)里是否已經(jīng)存在協(xié)調(diào)器。通過主動(dòng)掃描，發(fā)送一個(gè)信標(biāo)請(qǐng)求命令Beaconrequestcommand，然后設(shè)置一個(gè)掃描期限T_scan_duration），如果在掃描期限內(nèi)都沒有檢測(cè)到信標(biāo)，那么就認(rèn)為FFD在其pos內(nèi)沒有協(xié)調(diào)器，那么此時(shí)就可以建立自己的zigbee網(wǎng)絡(luò)，并且作為這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器不斷地產(chǎn)生信標(biāo)并廣播出去。（2） 進(jìn)行信道掃描過程。包括能量掃描和主動(dòng)掃描兩個(gè)過程:首先對(duì)指定的信道或者默認(rèn)的信道進(jìn)行能量檢測(cè)，以避免可能的干擾。以遞增的方式對(duì)所測(cè)量的能量值進(jìn)行信道排序拋棄那么些能量值超出了可允許能量水平的信道，選擇可允許能量水平的信道并標(biāo)注這些信道是可用信道。接著進(jìn)行主動(dòng)掃描，搜索節(jié)點(diǎn)通信半徑內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)信息。這些信息以信標(biāo)幀的形式在網(wǎng)絡(luò)中廣播，節(jié)點(diǎn)通過主動(dòng)信道掃描方式獲得這些信標(biāo)幀，然后根據(jù)這些信息，找到一個(gè)最好的、相對(duì)安靜的信道，通過記錄的結(jié)果，選擇一個(gè)信道，該信道應(yīng)存在最少的zigbee網(wǎng)絡(luò)，最好是沒有zigbee設(shè)備。在主動(dòng)掃描期間，mac層將丟棄phy層數(shù)據(jù)服務(wù)接收到的除信標(biāo)以外的所有幀。（3） 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)ID。找到合適的信道后，協(xié)調(diào)器將為網(wǎng)絡(luò)選定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符（PANID取值＜=0x3FFF），這個(gè)ID在所使用的信道中必須是唯一的，也不能和其他zigbee網(wǎng)絡(luò)沖突，而且不能為廣播地址oxFFFF（此地址為保留地址，不能使用）。PANID可以通過偵聽其他網(wǎng)絡(luò)的ID然后選擇一個(gè)不會(huì)沖突的ID的方式來(lái)獲取，也可以人為的指定掃描的信道后來(lái)確定不和其他網(wǎng)絡(luò)沖突通ANID。在zigbee網(wǎng)絡(luò)中有兩種地址模式：擴(kuò)展地址64位）和短地址（16位），其中擴(kuò)展地址由IEEE組織分配，用于唯一的設(shè)備標(biāo)識(shí)；短地址用于本地網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備標(biāo)識(shí)，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)設(shè)備的短地址必須唯一，當(dāng)節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)由其父節(jié)點(diǎn)分配并通過使用短地址來(lái)通信對(duì)于協(xié)調(diào)器來(lái)說(shuō)，短地址通常設(shè)定為0x0000；上面步驟完成后，就成功初始化Tzigbee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，之后就等待其他節(jié)點(diǎn)的加入。節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)時(shí)將選擇范圍內(nèi)信號(hào)最強(qiáng)的父節(jié)點(diǎn)包括協(xié)調(diào)器）加入網(wǎng)絡(luò)，成功后將得到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)短地址并通過這個(gè)地址進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系和地址就會(huì)保存在各自的flash中。zigbee通過繼電器控制臺(tái)燈Zigduino控制器是zigbee和Arduino的整合模塊，和繼電器模塊配合使用實(shí)現(xiàn)對(duì)于臺(tái)燈的控制。將繼電器的線圈分別接至Zigduino控制器的P3和GND，觸點(diǎn)接220V的零線。接到遠(yuǎn)程信號(hào)時(shí)P3輸出高、低電平?？刂评^電器的觸點(diǎn)從而控制臺(tái)燈的開關(guān)。原理圖（如囹

J.T-D-F:AVt-I-5P]圖J.T-D-F:AVt-I-5P]圖3.2.1ZIGBEE模塊原理圖tMHUCCFtlDilltt.ll□nwni□unrnilSTATU■tn)CtlKErHCn??EH哼aCL砒CL+P泗牌』lPX%L』：ISCDLT'tAMiPDIv?mKJWIKHMJ數(shù)據(jù)發(fā)送部分代碼:voidsetup()(Serial.begin(115200);}voidloop()(intn=analogRead(A0);floatvol=n*(5.0/1023*100);upload_sensor(vol);/調(diào)用子函數(shù)delay(5000);}voidupload_sensor(floatvol)(//sendtheHTTPPUTrequest核心代碼charbuf[200];memset(buf,0,200);intret;ret=sprintf(buf,"GET/upload.php?uid=ycf&ps=ycf&sensor_name=Arduino&data="http://;設(shè)置協(xié)議Serial.print(buf);暫存至bufSerial.print(vol);/調(diào)用要發(fā)送的數(shù)據(jù)volSerial.println("HTTP/1.1");//HTT協(xié)議名稱Serial.println("Host:05/”設(shè)置服務(wù)器地址Serial.println("Connection:close")數(shù)據(jù)傳輸完畢，連接關(guān)閉Serial.println();}數(shù)據(jù)接收部分的代碼：staticvoidrxCB_Loopback(uint8port,uint8event)(/*若接收緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)*/if(rxLen)(/*若將接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入到串口不成功7if(!HalUARTWrite(SERIAL_APP_PORT,rxBuf,rxLen))(/*在指定時(shí)間SERIALAPP_TX_RTRY_TIMEOUT后觸發(fā)串口重發(fā)送事件*/osal_start_timerEx(SerialApp_TaskID,SERIALAPP_TX_RTRY_EVT,SERIALAPP_TX_RTRY_TIMEOUT);return;//返回}/*若將接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫入到串口成功Velse{/*停止串口重發(fā)送事件*/osal_stop_timerEx(SerialApp_TaskID,SERIALAPP_TX_RTRY_EVT);}}/*若從串口讀取數(shù)據(jù)不成功讀出的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為0)*/if(!(rxLen=HalUARTRead(port,rxBuf,SERIAL_APP_RX_CNT))){return;//返回}/*若將已從串口讀取的數(shù)據(jù)回寫到串口成功Vif(HalUARTWrite(SERIAL_APP_PORT,rxBuf,rxLen)){rxLen=0;//清零接收緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)長(zhǎng)度變量}/*若將已從串口讀取的數(shù)據(jù)回寫到串口不成功7else{/*在指定時(shí)間SERIALAPP_TX_RTRY_TIMEOU1p觸發(fā)串口重7osal_start_timerEx(SerialApp_TaskID,SERIALAPP_TX_RTRY_EVT,SERIALAPP_TX_RTRY_TIMEOUT);}}打開串口調(diào)試助手，參看無(wú)線傳輸?shù)倪^程rxBuf，接到后判斷是什么字符，然后做相應(yīng)的處理。zigbee的特點(diǎn)(1)低功耗。在低耗電待機(jī)模式下，2節(jié)5號(hào)干電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6?24個(gè)月，甚至更長(zhǎng)。這是ZigBee的突出優(yōu)勢(shì)。相比較，藍(lán)牙能工作數(shù)周、WiFi可工作數(shù)小時(shí)。TI公司和德國(guó)的Micropelt公司共同推出新能源的ZigBee節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)采用Micropelt公司的熱電發(fā)電機(jī)給TI公司的ZigBee提供電源。低成本。通過大幅簡(jiǎn)化協(xié)議不到藍(lán)牙的1/10)，降低了對(duì)通信控制器的要求，按預(yù)測(cè)分析，以8051的8位微控制器測(cè)算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼，而且ZigBee免協(xié)議專利費(fèi)。每塊芯片的價(jià)格大約定美元。低速率。ZigBee工作在20?250kbps的速率，分別提供250kbps(2.4GHz\40kbps(915MHz和20kbps(868MHz)的原始數(shù)據(jù)吞吐率，滿足低速率傳輸數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。近距離。傳輸范圍一般介于10?100m之間，在增加發(fā)射功率后，亦可增加到1?3km。這指的是相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以更遠(yuǎn)。短時(shí)延。ZigBee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需要3?10s、WiFi需要3s。高容量。ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。（7） 高安全°ZigBee提供了三級(jí)安全模式，包括無(wú)安全設(shè)定、使用訪問控制清單（AccessControlList,ACL）防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES128）的對(duì)稱密碼，以靈活確定其安全屬性。（8） 免執(zhí)照頻段。使用工業(yè)科學(xué)醫(yī)療（ISM）頻段，915MHz（美國(guó)）,868MHz（歐洲）,2.4GHz（全球）。由于此三個(gè)頻帶物理層并不相同，其各自信道帶寬也不同，分別為0.6MHz,2MHz和5MHz。分別有1個(gè),10個(gè)和16個(gè)信道。這三個(gè)頻帶的擴(kuò)頻和調(diào)制方式亦有區(qū)別。擴(kuò)頻都使用直接序列擴(kuò)頻DSSS）,但從比特到碼片的變換差別較大。調(diào)制方式都用了調(diào)相技術(shù)但868MHz和915MHz頻段采用的是BPSK，而2.4GHz頻段采用的是OQPSK。在發(fā)射功率為0dBm的情況下，藍(lán)牙通常能有10米的作用范圍。而ZigBee在室內(nèi)通常能達(dá)到30-50米的作用距離，在室外空曠地帶甚至可以達(dá)到400米（TICC2530不加功率放大）。所以ZigBee可歸為低速率的短距離無(wú)線通信技術(shù)。4.交互設(shè)計(jì)方案智能家裝作為物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，除了本身內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通過igbee通訊。還需要和Internet進(jìn)行通訊。各種支持zigbee的傳感器把采集到的信息通過網(wǎng)關(guān)上傳至Internet上。也可以通過Internet控制家居內(nèi)部的元件。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。如（圖4.1）麥全件。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。如（圖4.1）麥全圖4.1智能家裝交互直走-二I.--L本文中使用了MT7861wifi串口模塊作為智能家居的網(wǎng)關(guān)部件。作為以Arduino為中心的智能家居的主控部分和Internet的接口。MT7861作為網(wǎng)關(guān)的使用和Arduino交互的代碼（如圖4.2）entitie-5[i|,status=STATUS_OIILnfE;：/*sendi：iieaa/aTfLirsearaicsrc-itraTriEiEids.：*ffcr(k-0;k<k^_HRIENOSJJUM;k44|[if(entitirsliIfriends[k]=L&&rntitieslk]rStiatus=ST^TU3_0NinJE'Iil=wrlz=(emlLlea[t]p,azrlen(usee-1ogcn)卜也);LItlXOl[perroi("write'');break/ifU—E^_EirriIIES_N?i(t*notZEgi5P=rEds7fan(L=D?i<MiK_EHTrriES_tTUK;L+l->[if^mzancrc-{entitiesTiJ-idP"氣mjUVhUL.xOC?rjC1'-z'jj■xUlnP￡)—0)\entities[i].fd■=Ed;ersti-ies[i].s-acus：=STJiHJ5_OMLllH.rrnanqpy；enti^-iea[2]■idPp+3tzlsa^ujerl!>3iM.|?Ej:breik;if(i—MaX_EH7rriT5_tCnHI[print；["zactu?henczzirsa.□"|;1]/*asadrheon/cizlineszaniscrLt;rsirle^aa,*/if(L<^_E.UiniESJfUH){Eg。；Jx!RK_JRrENBjmH-E+—)\iz(sucitiea11].zrlends[Jc|=1i4 .s匚己皿=5lftTU5_-JE4LLKlj|cnaz虹葬；bzero(rinpbuf(1024)i;msg=^enizlziea[k],azactl3=SIAIOS_CKLIHE)?u.Berlc-^cnsisseilsgDi￡;圖4.2網(wǎng)關(guān)的代碼部分網(wǎng)關(guān)搭建成功后就可以通過互聯(lián)網(wǎng)向家中的rduinno發(fā)送指令，也可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)家中的情況了。使用Yeelink搭建交互平臺(tái)，Yeelink是一家為物聯(lián)網(wǎng)的開放服務(wù)提供商，完成對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的接入管理，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以及將數(shù)據(jù)隨時(shí)顯示給客戶。使用了基于RESTful架構(gòu)的開放API體系，通過統(tǒng)一的webservice,使得用戶能方便取回和管理自己的傳感器數(shù)據(jù)。不管是在android,iOS等操作系統(tǒng)上，都可以使用Yeelink提供的界面組件API?？梢苑浅？焖俚拇罱ㄆ饘儆谧约邯?dú)一無(wú)二的APP，能夠方便的將傳感器數(shù)據(jù)，共享到網(wǎng)絡(luò)。除此以外我還嘗試了使用微信的公共號(hào)作為交互平臺(tái)來(lái)控制家中的設(shè)備。首先申請(qǐng)微信的公共號(hào)作為交互平臺(tái)，成為微信開發(fā)者。用戶發(fā)給公共平臺(tái)的消息以XML文件形式發(fā)送。解析XML代碼如下：<?phpdefine("TOKEN”,"xiaorenfeng");$wechatObj=newwechatCallbackapiTest();$wechatObj->responseMsg();classwechatCallbackapiTest{publicfunctionresponseMsg(){$postStr=$GLOBALS["HTTP_RAW_POST_ITA"];if(!empty($postStr)){$postObj=simplexml_load_string($postStr,'SimpleXMLElement',LIBXML_NOCDATA);$fromUsername=$postObj->FromUserName;$toUsername=$postObj->ToUserName;$keyword=trim($postObj->Content);$time=time();$textTpl="<xml><ToUserName>v![CDAA[%s]]>v/ToUserName><FromUserName><![CDJTA[%s]]></FromUserName><CreateTime>%sv/CreateTime><MsgType><![CDJTA[%s]]></MsgType><Content><![CD；TA[%s]]></Content><FuncFlag>0</FuncFlag></xml>";?>讀取到發(fā)送給公共號(hào)的消息以后就可以通過關(guān)鍵詞來(lái)執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作了。例如當(dāng)關(guān)鍵詞等于打開CCTV5，微信公共號(hào)會(huì)向家里的智能家裝網(wǎng)關(guān)發(fā)送打開CCTV5回復(fù)的代碼如下。if(!empty($keyword)){$msgType="text";$contentStr="OPEN"+keyword‘；$resultStr=sprintf($textTpl,$fromUsername,$toUsername,$time,$msgType,$contentStr);echo$resultStr;}else(echo"不知道您要做什么；}}else(echo"”;exit;}}privatefunctioncheckSignature(){$signature=$_GET["signature"];$timestamp=$_GET["timestamp"];$nonce=$_GET["nonce"];$token=TOKEN;$tmpArr=array($token,$timestamp,$nonce);sort($tmpArr);$tmpStr=implode($tmpArr);$tmpStr=sha1($tmpStr);if($tmpStr==$signature){returntrue;}else{returnfalse;}}}網(wǎng)關(guān)通過Arduino控制紅外模塊打開電視，并播放CCTV5。利用微信公共平臺(tái)提供的各種API可以方便的通過微信和Arduino的數(shù)據(jù)交換。效果(如圖4.3)

圖4.3微信平臺(tái)的交互智能家裝內(nèi)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)搭建好以后，只要能在互聯(lián)網(wǎng)和Arduino之間傳遞數(shù)據(jù)，方法不局限于以上兩種?？梢酝ㄟ^GPRS模塊通過電話或短信和Arduino傳遞數(shù)據(jù)等等。智能家居網(wǎng)內(nèi)的交換數(shù)據(jù)的方式包括有線和無(wú)線。有線通訊和無(wú)線通訊。也可以使用類似siri的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，或者kinect體感識(shí)別系統(tǒng)。對(duì)著電視喊打開CCTV5或者互動(dòng)手臂換臺(tái)的情況，在現(xiàn)有條件下也是可以實(shí)現(xiàn)的。5.項(xiàng)目結(jié)論智能家居是有效利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)和嵌入式技術(shù)的綜合產(chǎn)物。依據(jù)科學(xué)的設(shè)計(jì)和個(gè)性化需求，完成對(duì)家居生活進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化、智能管理化。幫助人們實(shí)現(xiàn)更加舒適、快捷、便利的全新生活體驗(yàn)。同時(shí)滿足人們對(duì)于娛樂和安全等各方面的需求自主學(xué)習(xí)和人工智能算法上的進(jìn)步，也使得智能家裝產(chǎn)品越來(lái)越聰明。配合不遠(yuǎn)的未來(lái)大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用，甚至設(shè)備