基于Arduino的节能型智能家居系统的设计与研究

摘要

随着全球经济水平的快速提高，人们对日常生活质量的要求也随之提高。改变人类生活方式的智能家居系统跟随着计算机编程、网络传输、自动控制以及人工智能等技术的飞跃发展而发展。智能家居是在以居住为功能的传统家居的基础上，利用众多高新技术，如网络通信、自动控制、音视频监控等技术将与日常生活相关的电器设备集成、连接在移动客户端上，人们可以远距离地在移动客户端上通过App控制家里的生活设备，从而构建一种高效、安全、便捷的生活方式。同时，在智能家居系统中加入能量管理子系统，可有效地实现环保节能的居住环境。因此，本文设计研究了基于Arduino的节能型智能家居系统。
　　在对智能家居的一般概念及其国内外发展情况进行阐述以后，本文根据目前市场对于智能家居的具体需求进行分析，来确定整个智能家居系统的整体方案。使用Arduino开发板为智能设备控制核心，发展出了能量管理子系统、安防子系统、控制器子系统这三大子系统，网络通信方式选择WIFI通信，手机终端操作系统为Android系统。
　　在硬件设计中，着重介绍了能量管理子系统的设计，该子系统分为节能型智能插座和能量采集两个部分。节能型智能插座单元包含了使用LNK625DG电源芯片为核心的电能转换电路、使用HLW8012电能计量芯片的电能计量模块，能量采集单元包含了发电模块、低功耗电能转换模块及储能模块。对安防子系统及控制器子系统所使用的各个模块的电路图及工作流程进行阐述。
　　在软件设计方面，以WIFI通信及串口通信为基础，智能设备端Arduino程序设计和手机App端Android程序设计为分支，构成了本文软件系统。智能设备和WIFI模块通过串口通信方式交互信息，WIFI模块与云服务器、手机App端通过WIFI通信方式上报、下发指令数据。Arduino程序主要完成智能设备的状态监测、状态数据更新、串口通信指令识别等功能。Android程序主要完成各控制界面设计、获取智能设备状态、下发控制指令等任务。
　　最后，对设计的硬件模块和软件模块进行联合调试，测试模块之间的兼容性及配合性。经过测试，各模块基本完成预期功能。

目录

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第一章 绪 论

1.1 智能家居简介

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第二章 节能型无线智能家居系统的方案设计

2.1 节能型无线智能家居系统总体方案设计

2.2 能量管理子系统方案选择

2.3 网络通信技术方案选择

2.4 控制终端操作系统的选择

2.5 主控制板的选择

2.6 本章小结

第三章 节能型无线智能家居系统的硬件设计

3.1 节能型无线智能家居系统的总体硬件设计

3.2 能量管理子系统设计

3.3 安防子系统集成设计

3.4 控制器子系统硬件设计

3.5 本章小结

第四章 节能型无线智能家居系统的软件设计

4.1 节能型无线智能家居系统的总体软件设计

4.2 Arduino的软件设计

4.3 Android应用软件设计

4.4 本章小结

第五章 节能型无线智能家居系统测试

5.1 能量管理子系统测试

5.2 智能模块测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文的主要成果

6.2 课题研究展望

致谢

参考文献

攻硕期间的研究成果