智慧宿舍電子設(shè)計技術(shù)報告.doc

電子設(shè)計技術(shù)報告題 目： 智慧宿舍學(xué) 院： 電子通信與物理學(xué)院專 業(yè)： 電子與通信工程時 間： 2016 年 5月 17 日1.設(shè)計目的與要求智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)影響之下物聯(lián)化的體現(xiàn)。智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備（如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、影音服務(wù)器、影柜系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、暖通控制、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。本設(shè)計制作了一個簡單的智能家居系統(tǒng)，實現(xiàn)對室內(nèi)溫度、濕度以及光照強度的檢測，并通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至終端，實現(xiàn)用戶的實時查看。同時，當(dāng)溫度超過25攝氏度或濕度超過60%時自動開啟風(fēng)扇，以使室內(nèi)能一直處于人體舒適環(huán)境。當(dāng)光照強度低于200lx時，自動開燈。2.設(shè)計實現(xiàn)方案2.1系統(tǒng)框圖為實現(xiàn)上述功能，我們采用Arduino模塊為控制模塊，以協(xié)調(diào)各個模塊之間的工作；溫度和濕度采集模塊采用DHT11模塊，可以同時檢測溫度和濕度，溫度用攝氏度表示，濕度用空氣中實際水汽壓與當(dāng)時氣溫下的飽和水汽壓之比的百分數(shù)表示；無線傳輸模塊采用ESP8266的無線WIFI模塊?？刂破鰽rduino模塊溫濕度采集模塊DHT11光強度檢測模塊GY-30無線傳輸模塊ESP8266風(fēng)扇LED燈圖1 系統(tǒng)框圖2.2 各模塊具體實現(xiàn)2.2.1 控制器Arduino模塊Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺。包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（Arduino IDE)。它構(gòu)建于開放原始碼simple I/O介面版，并且具有使用類似Java、C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。主要包含兩個主要的部分：硬件部分是可以用來做電路連接的Arduino電路板；另外一個則是Arduino IDE，你的計算機中的程序開發(fā)環(huán)境。你只要在IDE中編寫程序代碼，將程序上傳到Arduino電路板后，程序便會告訴Arduino電路板要做些什么了。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境。我們采用Arduino模塊是因為它具有很多優(yōu)點：1. 跨平臺 Arduino IDE可以在Windows、Macintosh OS X、Linux三大主流操作系統(tǒng)上運行，而其他的大多數(shù)控制器只能在Windows上開發(fā)。2. 簡單清晰 Arduino IDE基于processing IDE開發(fā)。對于初學(xué)者來說，極易掌握，同時有著足夠的靈活性。Arduino語言基于wiring語言開發(fā)，是對 AVRGCC庫的二次封裝，不需要太多的單片機基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)，簡單學(xué)習(xí)后，你也可以快速的進行開發(fā)。3. 開放性 Arduino的硬件原理圖、電路圖、IDE軟件及核心庫文件都是開源的，在開源協(xié)議范圍內(nèi)里可以任意修改原始設(shè)計及相應(yīng)代碼。4. 發(fā)展迅速 Arduino不僅僅是全球最流行的開源硬件，也是一個優(yōu)秀的硬件開發(fā)平臺，更是硬件開發(fā)的趨勢。Arduino簡單的開發(fā)方式使得開發(fā)者更關(guān)注創(chuàng)意與實現(xiàn)，更快的完成自己的項目開發(fā)，大大節(jié)約了學(xué)習(xí)的成本，縮短了開發(fā)的周期。2.2.2 溫濕度采集模塊溫濕度采集模塊我們采用DHT11模塊。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，使其成為該類應(yīng)用中，在苛刻應(yīng)用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便。圖2 DHT11與單片機的接線圖控制器Arduino模塊讀取DHT11的數(shù)據(jù)后通過無線WIFI網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端，并且根據(jù)讀取的數(shù)值來判斷是否開啟電風(fēng)扇。當(dāng)讀取的溫度值超過25攝氏度時，控制器Arduino模塊則向電風(fēng)扇發(fā)送開啟命令；當(dāng)讀取的濕度至超過60%時，控制器Arduino模塊也向電風(fēng)扇發(fā)送開啟命令；否則電風(fēng)扇處于關(guān)閉狀態(tài)。2.2.3 光強度采集模塊光強度采集模塊我們采用GY-30模塊。GY-30模塊是數(shù)字光強度檢測模塊，核心芯片采用ROHM原裝BH1750FVI芯片。BH1750FVI芯片是一種用于兩線式串行總線（I2C總線）接口的數(shù)字型光強度傳感器集成電路，該集成電路可以根據(jù)收集的光線強度數(shù)據(jù)來調(diào)整燈光的亮度，利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強度變化（165535lx）。GY-30模塊供電電源為35V，光照度范圍是065535lx，傳感器內(nèi)置16位A/D轉(zhuǎn)換器直接數(shù)字輸出。方便的是，模塊內(nèi)部省略復(fù)雜的計算，省略標定，不區(qū)分環(huán)境光源，接近于視覺靈敏度的分光特性，可對廣泛的亮度進行1lx的高精度測定。圖3 GY-30模塊引腳圖控制器Arduino模塊讀取GY-30的數(shù)據(jù)，根據(jù)讀取的數(shù)值來判斷是否開啟LED燈。當(dāng)讀取的光照強度值小于200時，控制器Arduino模塊則向LED燈發(fā)送開啟命令。2.2.4 無線傳輸模塊無線傳輸模塊我們采用WIFI的ESP8266模塊。ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi 透傳模塊，擁有業(yè)內(nèi)極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術(shù)，專為移動設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計，可將用戶的物理設(shè)備連接到Wi-Fi 無線網(wǎng)絡(luò)上，進行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。ESP8266封裝方式多樣，天線可支持板載PCB天線，IPEX接口和郵票孔接口三種形式；ESP8266可廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)、智能交通、智能家具、手持設(shè)備、工業(yè)控制等領(lǐng)域。ESP8266硬件接口豐富，可支持UART，IIC，PWM，GPIO，ADC等，適用于各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場合。ESP8266模塊支持STA/AP/STA+AP 三種工作模式。 STA 模式：ESP8266模塊通過路由器連接互聯(lián)網(wǎng)，手機或電腦通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對設(shè)備的遠程控制。 AP 模式：ESP8266模塊作為熱點，實現(xiàn)手機或電腦直接與模塊通信，實現(xiàn)局域網(wǎng)無線控制。 STA+AP 模式：兩種模式的共存模式，即可以通過互聯(lián)網(wǎng)控制可實現(xiàn)無縫切換，方便操作。圖4 ESP8266模塊引腳圖3.設(shè)計測試結(jié)果綜合以上內(nèi)容，將各個模塊連接到Arduino控制器上，并將每個模塊實現(xiàn)的程序封裝成函數(shù)，系統(tǒng)調(diào)用每個模塊實現(xiàn)的函數(shù)。將系統(tǒng)程序在Arduino IDE上編譯并上傳至Arduino模塊，即可達到本設(shè)計的要求。4.部分模塊實現(xiàn)程序1.Arduino對溫濕度模塊控制程序：#define DHT11_PIN 0int fengshan=7;/風(fēng)扇接口byte read_dht11_dat()byte i = 0;byte result = 0;for(i=0;i<8;i+)while(!(PINC&_BV(DHT11_PIN);delayMicroseconds(30);if(PINC&_BV(DHT11_PIN)result|=(1<<(7-i);while(PINC&_BV(DHT11_PIN);return result;void setup() DDRC|=_BV(DHT11_PIN); PORTC|=_BV(DHT11_PIN); pinMode(Buzzer,OUTPUT); Serial.begin(9600); Serial.println("Ready");void loop()byte dht11_dat5;byte dht11_in;byte i;PORTC &= _BV(DHT11_PIN);delay(18);PORTC|=_BV(DHT11_PIN);delayMicroseconds(40);DDRC &= _BV(DHT11_PIN);delayMicroseconds(40);dht11_in = PINC & _BV(DHT11_PIN);if(dht11_in)Serial.println("dht11 start condition 1 not met");return;delayMicroseconds(80);dht11_in=PINC & _BV(DHT11_PIN);if(!dht11_in) Serial.println("dht11 start condition 2 not met"); return;delayMicroseconds(80);for(i=0;i<5;i+) /獲取40位溫濕度數(shù)據(jù)dht11_dati=read_dht11_dat();DDRC|=_BV(DHT11_PIN);PORTC|=_BV(DHT11_PIN);byte dht11_check_sum = dht11_dat0+dht11_dat1+dht11_dat2+dht11_dat3;if(dht11_dat4!=dht11_check_sum) /校驗Serial.println("DHT11 checksum error");Serial.print("Current humdity= ");Serial.print(dht11_dat0,DEC); /顯示濕度整數(shù)部分Serial.print("."); Serial.print(dht11_dat1,DEC); /顯示濕度小數(shù)部分Serial.println("%");Serial.print("temperature= "); Serial.print(dht11_dat2,DEC); /顯示溫度整數(shù)部分Serial.print(".");Serial.print(dht11_dat3,DEC); /顯示溫度小數(shù)部分Serial.println("C");if(dht11_dat0>60) digitalWrite(fengshan,HIGH);elsedigitalWrite(fengshan,LOW);if(dht11_dat2<26)digitalWrite(fengshan,LOW);elsedigitalWrite(fengshan,HIGH);delay(2000);2. Arduino對光強度模塊控制程序：#include<Wire.h>#include<math.h>int BH1750address=0x23;byte buff2;void setup() Wire.begin(); Serial.begin(9600); void loop() int j; uint16_t val=0; BH1750_Init(BH1750address); delay(200); if(2=BH1750_Read(BH1750address) val=(buff0<<8)|buff1)/1.2; if(val<200) analogWrite(3,255); elseanalogWrite(3,LOW); Serial.print(val,DEC); Serial.println("1x"); delay(150); int BH1750_Read(int address) int j=0; Wire.beginTransmission(address); Wire.requestFrom(address,2); while(Wire.available() buffj=Wire.read(); j+; Wire.endTransmission(); return j; void BH1750_Init(int address) Wire.beginTransmission(address); Wire.write(0x10); Wire.endTransmission();