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基于物联网的智能家居系统研究

作者：褚世文靳士博庞华天凌宸张燕

来源：《电脑知识与技术》2020年第22期

摘要：近年来，物联网技术逐渐发展，在智能家居系统中得到了越来越多的应用，其集成

化程度却始终略显不足。该文从两个基本角度即照明与安全角度人手，通过单片机间相互通信

及在云端进行信息统计，建立了一个操作简易、学习曲线平缓的智能家居系统，使得用户既可

以让系统自主运行，也可以在移动端或PC端控制系统内的所有智能家具。

关键词：智能家居;单片机;ARDUINOUNO;模块系統

中图分类号：TP212文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）22-0193-05

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

近年来，智能家居正在以其智能化、直观化、便捷化的优势被千家万户所接受。但在传统

的智能家居系统中，组件与组件之间的、系统与用户之间的联系都稍显不足。应用物联网技

术，使得用户能够用一台终端去控制家中的多个智能家居，才是智能家居发展的方向。

因此，本文设计了一种基于物联网技术，兼顾照明和安全两大重要需求的智能家居系统。

在解决使用者基本需求的基础上，考虑到许多现有智能家居由于系统差异等原因，不能简单同

时控制的痛点，利用ARDUINOUNO与云计算技术搭建了本系统，使用户的痛点得以解决。

系统结构如图1所示，以ARDUINOUNO为核心，WIFI为主要通信媒介，依靠多种传感

器和两部分的执行机构来组成系统。接下来会依次介绍各部分的设计。

照明1部分

灯具部1.1分

1.1.1系统组成

智能家居系统中的智能灯具部分组成如图2所示，主要分为传感部分、控制部分与执行部

分。传感部分主要由红外模块HC-SR501与光敏电阻传感器构成，用于监控是否有人活动以及

室内光强的变化;控制部分采用ARDUINOUNO版本，在兼顾体积的同时提供足够的算力;执行

部分则由单路12V电器与LED灯带构成，用于接收控制部分的信号并执行调节光强的任务。

在三个部分中用到的模块与设计，以下将做详细介绍。

1.1.2传感部分

传感部分的第一个模块是HC-SR501人体感应模块，其基于红外线技术进行检测，使用

LHI778探头，功耗较低，适合用于单片机系统;同时HC-SR501还可以通过改装获得自动光敏

控制与温度变化补偿功能，检测更为精确，符合家庭使用“小空间、高精度”的需求。第二个模

块是光敏电阻传感器模块，此次选用的是采用了LM393双路差动比较器的传感模块，通过电

路设计，使其不仅能够通过DO端与继电器相连组成光控开关，还可以通过AO端与

ARDUINOUNO相连，测量具体环境光强。

HC-SR501的结构如图3所示，输出为3.3V/OV的TTL信号，所以将其out端连接到

ARDUINOUNO的digital部分接口，并将所连接口设置为in模式即可获取HC-SR501的识别

结果。同时在模块中可以通过L/H焊盘部分的通断来选择模块为可重复触发模式抑或不可重复

触发模式。因为在家庭场景使用时，只要有人在使用范围内，就应当始终保持灯的开启状态。

故可重复触发模式，也即在感应输出高电平后的一段时间内，只要检测到人体便会自动后延一

段时间高电平输出，直到人体离开感应范围后才会变为低电平的模式更加符合需求。所以将三

个焊盘中的下两个断开，上两个短接。然后将温度补偿电阻接到图3中的RT位置，以弥补因

为温差而导致的检测范围变化。

光敏电阻传感器的结构如图4所示。此处在三线制与四线制两个版本中选择了四线制版

本，理由如1.1部分所述，四线制比三线制多出了AO输出，可以在使用DO输出做自动光控

开关的同时，给ARDUINOUNO提供具体环境光强数值。而后可以根据光强数值做出具体调

节。

1.1.3控制部分

控制部分主体采用了ARDUINOUNO开发板。ARDUINOUNO是基于ATmega328P的

ARDUINO开发板，拥有14个数字输入/输出引脚（其中6个可用于PWM输出）、6个模拟输

入引脚，在需要连接多个传感器与模块的情况下保证了有足够的