CN110262330A - 一种基于Arduino的智能家居环境监测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于Arduino的智能家居环境监测***，包括监测传感模块、Arduino UNO中央控制平台模块、红外模块、WiFi模块、继电器模块、云服务器模块、数据库模块、浏览器模块及家居设备；所述监测传感模块包括人体红外传感器、温湿度传感器、光照度传感器、气体传感器、烟雾传感器及语音识别模块；所述红外模块包括红外接收模块与红外发射模块；所述家居设备包括加湿器、空调、智能灯泡、电动窗帘及排气扇；还公开了一种基于Arduino的智能家居环境监测方法，将数据分析比较部分集中于Arduino UNO中央控制平台模块，利用云服务器进行数据的存储与展示，降低环境监控***开发的成本，加快***响应的速度，使***数据传输延迟小，实现对室内环境及时控制的目的。

Description

一种基于Arduino的智能家居环境监测***及方法

技术领域

本发明涉及智能家居***监测的技术领域，更具体地，涉及一种基于Arduino的智能家居环境监测***及方法。

背景技术

智能家居是以住宅为平台，通过综合布线技术、网络通信技术、自动控制技术等，将住宅中的各种设备(如音频设备、照明***、窗帘控制、空调控制、安防***等)连接到一起，实现联网通信、自动控制及人机远近交互，是集***、结构、服务、管理于一体的舒适、安全、便利、节能的居住环境。

与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，同时能够提供信息交互功能，使得人们能够在外查看家居信息和控制家居的相关设备，便于人们有效安排时间，使得家居生活更加安全、舒适。智能家居***的主要功能有视频监控、安防警报、智能照明控制、空气调节、影音设备控制、网络远程控制等功能，并且每个家庭可以根据需求对功能进行删减或者扩展，提升家居生活的安全性、便利性、舒适性、艺术性。

近几年，智能家居行业的总体竞争态势有了很大的改变，从单品走向套装、解决方案等整体方向发展，但整体中的各智能单品有自己的厂家协议，而且现在很多家电无法联网，较难统一控制，此外常规智能家居***对采集到的传感设备数据处理方式具有造成数据延迟较大的弊端，***反应较慢，因此，统一的环境监测控制数据无法及时收集。

发明内容

本发明为克服现有常规智能家居***中智能单品较难统一控制且数据分析比较方式造成较大数据延迟的弊端，提供一种基于Arduino的智能家居环境监测***及方法。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于Arduino的智能家居环境监测***，包括监测传感模块、Arduino UNO中央控制平台模块、红外模块、WiFi模块、继电器模块、云服务器模块、数据库模块、浏览器模块及家居设备；所述监测传感模块包括人体红外传感器、温湿度传感器、光照度传感器、气体传感器、烟雾传感器及用于语音采集与识别的语音识别模块；所述红外模块包括红外接收模块与红外发射模块；所述家居设备包括加湿器、空调、智能灯泡、电动窗帘及排气扇中的任意一种或多种；

人体红外传感器、温湿度传感器、光照度传感器、气体传感器、烟雾传感器及语音识别模块的输出端与所述Arduino UNO中央控制平台模块的输入端单向电连接；所述Arduino UNO中央控制平台模块的输出端与红外发射模块的输入端单向电连接；所述Arduino UNO中央控制平台模块的输入端与红外接收模块的输出端单向电连接；所述Arduino UNO中央控制平台模块与WiFi模块为双向通信连接；所述Arduino UNO中央控制平台模块的输出端与继电器模块输入端单向电连接；所述红外模块通过控制信号将空调、加湿器与Arduino UNO中央控制平台模块连接；所述WiFi模块通过无线局域网将智能灯泡与Arduino UNO中央控制平台模块连接；所述继电器模块的输出端与所述家居设备的电动窗帘、排气扇单向电连接。

人体红外传感器通过人体温度发射的红外线监测室内是否有人，监测范围为7米以内；所述温湿度传感器通过感湿端与测温端对湿度和温度进行检测，调节家居设备的排气扇控制空气流动；所述光照度传感器通过光敏二极管对室内光照度进行检测，而后通过一个运算放大器将电流转化成电压，由模数转换器获取得到16位的数字数据，就是光照强度的数据，光照度范围为：0-65335lx，lx是光照度的单位；所述气体传感器检测CO₂气体，分析室内人的数量对空气流动的影响，室内人的数量将影响对室内湿度与空气流动的控制；所述烟雾传感器用于检测厨房区域可燃气体及粉尘的浓度，监测计算出室内PM2.5的值，及时对可燃性气体泄漏进行报警，保证用户的人身安全；语音识别模块识别到已经设置好的语句则输出0或1，其中1对应开关中的“开”，0对应开关中的“关”，语音识别仅对家居设备的空调、加湿器及智能灯泡的开关进行控制，无法调节对应家居设备的温度、亮度。

Arduino UNO中央控制平台模块通过不同的IO接口与所述监测传感模块的数据接口进行电连接，获取监测传感模块采集的数据，Arduino UNO中央控制平台模块将获取的传感器数据打包成字符串，经WiFi模块利用MQTT协议将数据传输至云服务器，通过流分析服务切割数据字符串，并存储进数据库中，所述浏览器查看并读取数据库中的数据，对环境数据进行设置且反馈到云服务器，云服务器利用MQTT协议将浏览器设置的环境数据传输至WiFi模块，Arduino UNO中央控制平台模块通过WiFi模块获得浏览器对环境数据的设置值，调节控制家居设备。

本发明公开的基于Arduino的智能家居环境监测***设定有适宜人生活的温湿度等环境数据范围阈值，Arduino UNO中央控制平台模块在获取监测传感模块采集的数据后，首先与环境数据阈值进行比较分析，然后将数据进行传输和存储，所述环境数据阈值包括温度阈值、湿度阈值、CO₂气体浓度阈值、烟雾浓度阈值及光照度阈值，数据进行比较判断在前，数据上传到数据库在后，***反应速度快，不会有过大延迟。

空调遥控器、加湿器遥控器对红外接收模块发射红外控制信号，红外接收模块将接收到的红外控制信号传输至Arduino UNO中央控制平台模块，Arduino UNO中央控制平台模块将控制信号存储记录，通过红外发射模块产生与空调遥控器、加湿器遥控器同样的控制信号，控制空调与加湿器。空调遥控器的红外控制信号因其红外信号长而较难模拟，建立800位缓冲区irBuffer，在缓冲区未满或未接收完信号时，缓冲区将会不停地接收红外信号，记录每一位信号的时间戳，正确地控制空调，所述红外发射模块的有效控制范围为8.5米。

本发明还公开了一种根据基于Arduino的智能家居环境监测方法，包括以下步骤：

1)利用人体红外传感器和语音识别模块在室内进行红外检测及声音检测；

2)通过检测结果判断室内是否有人，若是，则开启家居***的自动控制功能，同时执行步骤3)、4)、5)、6)；

3)利用语音识别模块进行语音检测，将检测到的对应家居设备控制的语音，转换为指令，判断相应家居设备控制的指令是否存在，若不存在，则继续进行语音检测；若存在，则执行步骤7)；

4)利用温湿度传感器进行室内温度和湿度检测，分析检测结果并判断是否超过温湿度阈值，若是，则启动排气扇及空调；否则继续进行室内温湿度的检测；

5)利用气体传感器进行室内CO₂气体的检测，利用烟雾传感器进行粉尘等烟雾的检测，分析检测结果并判断是否超过设定的CO₂气体浓度及烟雾浓度的阈值，若是，则启动排气扇，并对可燃气体的泄露进行报警；否则继续进行室内CO₂气体及烟雾的检测；

6)利用光照度传感器进行室内光照度的检测，分析检测结果并判断是否超过光照度阈值，若是，则启动电动窗帘，调节智能灯泡的亮度；否则继续进行室内光照度的检测；

7)启动空调指令对应的空调开关、加湿器指令对应的加湿器开关及智能灯泡指令对应的智能灯泡开关；

步骤2)判断室内有人的依据是所述人体红外传感器或所述语音识别模块其中之一被触发；家居***的自动控制功能在监测到室内有人时开启，但数据采集功能对室内环境数据的采集是时刻进行的。

自动控制功能开启后，步骤4)至步骤6)所述的检测结果分析由Arduino UNO中央控制平台模块每隔60S将监测传感模块采集的数据与环境数据阈值进行分析比较。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：现有家电很多无法联网，较难统一控制，本发明公开的基于Arduino的智能家居环境监测***利用红外接收与红外发射模块，对遥控器的控制信号整合，增加了***调节控制范围；此外，常规智能家居***对采集到的传感设备数据处理方式具有延迟较大的弊端，本发明将数据分析比较部分集中于Arduino UNO中央控制平台模块，利用了云服务器进行数据的存储与展示，降低了环境监控***开发的成本，加快了***响应的速度，使***数据传输延迟小，能够及时对室内环境进行控制。

附图说明

图1为基于Arduiono UNO的智能家居环境监测***示意图。

图2为基于Arduiono UNO的智能家居环境监测方法流程示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种基于Arduino的智能家居环境监测***，包括监测传感模块、Arduino UNO中央控制平台模块、红外模块、WiFi模块、继电器模块、云服务器模块、数据库模块、浏览器模块及家居设备；监测传感模块包括人体红外传感器、温湿度传感器、光照度传感器、气体传感器、烟雾传感器及用于语音采集与识别的语音识别模块；红外模块包括红外接收模块与红外发射模块；家居设备包括加湿器、空调、智能灯泡、电动窗帘及排气扇中的任意一种或多种；

人体红外传感器、温湿度传感器、光照度传感器、气体传感器、烟雾传感器及语音识别模块的输出端与Arduino UNO中央控制平台模块的输入端单向电连接；Arduino UNO中央控制平台模块的输出端与红外发射模块的输入端单向电连接，Arduino UNO中央控制平台模块的输入端与红外接收模块的输出端为单向电连接；Arduino UNO中央控制平台模块与WiFi模块为双向通信连接；Arduino UNO中央控制平台模块的输出端与继电器模块输入端单向电连接，继电器模块的输出端与家居设备的电动窗帘、排气扇单向电连接；红外模块通过控制信号将空调、加湿器与Arduino UNO中央控制平台模块连接；WiFi模块通过无线局域网将智能灯泡与Arduino UNO中央控制平台模块连接。

人体红外传感器通过人的体温发射的红外线监测室内是否有人，监测范围为7米以内；温湿度传感器通过感湿端与测温端对湿度和温度进行检测，调节家居设备的排气扇控制空气流动；光照度传感器通过光敏二极管对室内光照度进行检测，而后通过一个运算放大器将电流转化成电压，由模数转换器获取得到16位的数字数据，就是光照强度的数据，光照度范围为：0-65335lx，lx是光照度的单位；气体传感器检测CO₂气体，分析室内人的数量对空气流动的影响，因为室内人的数量影响对室内湿度与空气流动的控制；烟雾传感器用于检测厨房区域可燃性气体及粉尘的浓度，监测计算出室内PM2.5的值，及时对可燃性气体泄漏进行报警，保证用户的人身安全；语音识别模块识别到已经设置好的语句则输出0或1，其中1对应家具设备开关中的“开”，0对应家居设备开关中的“关”，语音识别仅对家居设备的空调、加湿器及智能灯泡的开关进行控制，无法调节对家居设备的温度、亮度进行调节。

Arduino UNO中央控制平台模块通过不同的IO接口与监测传感模块的数据接口进行电连接，获取监测传感模块采集的数据，Arduino UNO中央控制平台模块将获取的传感器数据打包成字符串，经WiFi模块利用MQTT协议将数据传输至云服务器，通过流分析服务切割数据字符串，并存储进数据库中，所述浏览器查看并读取数据库中的数据，对环境数据进行设置且反馈到云服务器，云服务器利用MQTT协议将浏览器设置的环境数据传输至WiFi模块，Arduino UNO中央控制平台模块通过WiFi模块获得浏览器对环境数据的设置值，调节控制家居设备。

空调遥控器、加湿器遥控器对红外接收模块发射红外控制信号，红外接收模块将接收到的红外控制信号传输至Arduino UNO中央控制平台模块，Arduino UNO中央控制平台模块将控制信号存储记录，通过红外发射模块产生与空调遥控器、加湿器遥控器同样的控制信号，控制空调与加湿器。空调遥控器的红外控制信号因其红外信号长而较难模拟，建立800位缓冲区irBuffer，在缓冲区未满或未接收完信号时，缓冲区将会不停地接收红外信号，可记录每一位信号的时间戳，正确地控制空调，红外发射模块的有效控制范围为8.5米。

本发明还公开了一种根据基于Arduino的智能家居环境监测方法，如图2所示，包括以下步骤：

1)利用人体红外传感器和语音识别模块对室内进行红外检测及声音检测；

2)通过检测结果判断室内是否有人，若是，则开启家居***的自动控制功能，同时执行步骤3)、4)、5)、6)，判断室内有人的依据是所述人体红外传感器或所述语音识别模块其中之一被触发；家居***的自动控制功能在监测到室内有人时开启，但数据采集功能对室内环境数据的采集在时刻进行；

3)利用语音识别模块进行语音检测，将检测到的即将执行对应控制的语音，转换为指令，判断相应家居设备控制的指令是否存在，若不存在，则继续进行语音检测；若存在，则执行步骤7)；

4)利用温湿度传感器进行室内温度和湿度检测，分析检测结果并判断是否超过温湿度阈值，若是，则启动排气扇及空调；否则继续进行室内温湿度的检测；

5)利用气体传感器进行室内CO₂气体的检测，利用烟雾传感器进行粉尘等烟雾的检测，分析检测结果并判断是否超过设定的CO₂气体浓度及烟雾浓度的阈值，若是，则启动排气扇，并对可燃气体的泄露进行报警；否则继续进行室内CO₂气体及烟雾的检测；

6)利用光照度传感器进行室内光照度的检测，分析检测结果并判断是否超过光照度阈值，若是，则启动电动窗帘，调节智能灯泡的亮度；否则继续进行室内光照度的检测；

7)启动空调指令对应的空调开关、加湿器指令对应的加湿器开关及智能灯泡指令对应的智能灯泡开关；

自动控制功能开启后，步骤4)至步骤6)所述的检测结果分析由Arduino UNO中央控制平台模块每隔60S将监测传感模块采集的数据与环境数据阈值进行分析比较。

以***中的温度控制为例来进一步说明，本实施例利用dth11温湿度传感器对室内温度进行数据采集，工作电压3.3V-5V，温度测量范围0℃-50℃，温度测量误差±2℃。

Arduino中央控制模块对收集到的温度数据进行比较分析，判断温度数据是否超过阈值，夏季家居温度设置阈值范围为24℃-28℃，如果温度高于28℃，则Arduino启动空调制冷模式，待温度降至28度以下，关闭空调；如果温度处于24度-28度之间，则不启动空调；如果温度处于23度以下，则停止空调制冷模式，换成送风模式，并打开排气扇加速室内空气流通使冷气排出室内，提升室内的温度。

Arduino每隔60S从前一分钟的温湿度传感器采集的温度数据里面抽取数据，打包为字符串，通过MQTT协议传输到云服务器，将温度数据等存储进数据库。浏览器对数据库进行访问，取出当前最新的温度数据，进行显示，用户通过浏览器对显示的温度进行设置，例如浏览器当前显示27℃，若要调整为25℃，则浏览器后台程序会将25℃记录，打包成字符串，通过MQTT协议发回到Arduino，Arduino接收到数据后会对空调进行控制启动制冷模式，将温度控制到25℃。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于Arduino的智能家居环境监测***，其特征在于，包括监测传感模块、Arduino UNO中央控制平台模块、红外模块、WiFi模块、继电器模块、云服务器模块、数据库模块、浏览器模块及家居设备；所述监测传感模块包括人体红外传感器、温湿度传感器、光照度传感器、气体传感器、烟雾传感器及用于语音采集与识别的语音识别模块；所述红外模块包括红外接收模块与红外发射模块；所述家居设备包括加湿器、空调、智能灯泡、电动窗帘及排气扇中的任意一种或多种；

人体红外传感器、温湿度传感器、光照度传感器、气体传感器、烟雾传感器及语音识别模块的输出端与所述Arduino UNO中央控制平台模块的输入端单向电连接；所述ArduinoUNO中央控制平台模块的输出端与红外发射模块的输入端为单向电连接；所述Arduino UNO中央控制平台模块的输入端与红外接收模块的输出端为单向电连接；所述Arduino UNO中央控制平台模块与WiFi模块为双向通信连接；所述Arduino UNO中央控制平台模块的输出端与继电器模块输入端单向电连接，所述继电器模块的输出端与所述家居设备的电动窗帘、排气扇为单向电连接；所述红外模块通过控制信号将空调、加湿器与Arduino UNO中央控制平台模块连接；所述WiFi模块通过无线局域网将智能灯泡与Arduino UNO中央控制平台模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于Arduino的智能家居环境监测***，其特征在于，所述人体红外传感器通过人体温度发射的红外线监测室内是否有人，监测范围为7米以内；所述温湿度传感器通过感湿端与测温端对湿度和温度进行检测；所述光照度传感器通过光敏二极管对室内光照度进行检测；所述气体传感器检测CO₂气体，用于分析室内人的数量对空气流动的影响，所述烟雾传感器用于检测厨房区域可燃气体及粉尘的浓度；所述语音识别模块通过指令对家居设备的开关进行控制。

3.根据权利要求1所述的基于Arduino的智能家居环境监测***，其特征在于，所述Arduino UNO中央控制平台模块通过不同的IO接口与所述监测传感模块的数据接口进行电连接，获取监测传感模块采集的数据，Arduino UNO中央控制平台模块将获取的传感器数据打包成字符串，经WiFi模块利用MQTT协议将数据传输至云服务器，通过流分析服务切割数据字符串，并存储进数据库中，所述浏览器查看并读取数据库中的数据，对环境数据进行设置且反馈到云服务器，云服务器利用MQTT协议将浏览器设置的环境数据传输至WiFi模块，Arduino UNO中央控制平台模块通过WiFi模块获得浏览器对环境数据的设置值，调节控制家居设备。

4.根据权利要求3所述的基于Arduino的智能家居环境监测***，其特征在于，所述Arduino UNO中央控制平台模块在获取监测传感模块采集的数据后，首先与环境数据阈值进行比较分析，然后将数据进行传输和存储。

5.根据权利要求4所述的基于Arduino的智能家居环境监测***，其特征在于，所述环境数据阈值包括温度阈值、湿度阈值、CO₂气体浓度阈值、烟雾浓度阈值及光照度阈值。

6.根据权利要求1所述的基于Arduino的智能家居环境监测***，其特征在于，空调遥控器、加湿器遥控器对红外接收模块发射红外控制信号，红外接收模块将接收到的红外控制信号传输至Arduino UNO中央控制平台模块，Arduino UNO中央控制平台模块将控制信号存储记录，通过红外发射模块产生与空调遥控器、加湿器遥控器同样的控制信号，控制空调与加湿器。

7.根据权利要求6所述的基于Arduino的智能家居环境监测***，其特征在于，所述红外发射模块的有效控制范围为8.5米。

8.一种基于Arduino的智能家居环境监测方法，所述方法基于权利要求1所述的智能家居环境监测***，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用人体红外传感器和语音识别模块在室内进行红外检测及声音检测；

2)通过检测结果判断室内是否有人，若是，则开启家居***的自动控制功能，同时执行步骤3)、4)、5)、6)；

3)利用语音识别模块进行语音检测，将检测到的对应家居设备控制的语音，转换为指令，判断相应家居设备控制的指令是否存在，若不存在，则继续进行语音检测；若存在，则执行步骤7)；

4)利用温湿度传感器进行室内温度和湿度检测，分析检测结果并判断是否超过温湿度阈值，若是，则启动排气扇及空调；否则继续进行室内温湿度的检测；

5)利用气体传感器进行室内CO₂气体的检测，利用烟雾传感器进行粉尘等烟雾的检测，分析检测结果并判断是否超过设定的CO₂气体浓度及烟雾浓度的阈值，若是，则启动排气扇，并对可燃气体的泄露进行报警；否则继续进行室内CO₂气体及烟雾的检测；

6)利用光照度传感器进行室内光照度的检测，分析检测结果并判断是否超过光照度阈值，若是，则启动电动窗帘，调节智能灯泡的亮度；否则继续进行室内光照度的检测；

7)启动空调指令对应的空调开关、加湿器指令对应的加湿器开关及智能灯泡指令对应的智能灯泡开关。

9.根据权利要求8所述的基于Arduino的智能家居环境监测方法，其特征在于，步骤2)判断室内有人的依据是所述人体红外传感器或所述语音识别模块其中之一被触发；家居***的自动控制功能在监测到室内有人时开启，但数据采集功能对室内环境数据的采集是时刻进行的。

10.根据权利要求8所述的基于Arduino的智能家居环境监测方法，其特征在于，自动控制功能开启后，步骤4)至步骤6)所述的检测结果分析由Arduino UNO中央控制平台模块每隔60S将监测传感模块采集的数据与环境数据阈值进行分析比较。