物联网智能家居设计报告

通信与信息工程学院数据通信及网络技术项目名称：花知万物（智能浇水）班级：姓名：学号：成绩：评语：通信与信息工程学院二〇一七年1.项目背景现代人们追求生活的质感，在家里，景观性和环保性的盆栽是很多人的不二选择，可忙碌的现代生活常常使人忘记给植物浇水，造成植物死亡。为了解决这个问题，本次设计的花知万物系统是一个结合智能家居并依据土壤湿度高低自动浇水的智能花盆系统。2.项目技术分析2.1传感器技术传感器是能够感受被测量信息，并能将其按一定规律转换成电信号，以便实现信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的器件或装置。传感技术同计算机技术、通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿生学观点看，如果把计算机看成是识别和处理信息的“大脑”，把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话，传感器就是信息系统的“感觉器官”。早在20世纪80年代，世界已进入传感器时代，传感器产业被公认为是最具发展前景的高技术产业之一。它以技术含量高、经济效益好、渗透力强、市场前景广等特点为世人所瞩目。就以汽车为例，一辆普通轿车要用几十个传感器，豪华轿车要用几百个传感器。在不远的将来，无人驾驶汽车将在公路上行驶，可以想象，它要用多少传感器。因此，可以说，传感器技术将改变人类生活。本次设计主要应用了温度传感器和湿度传感器，用来感知室内温度和土壤湿度。2.2嵌入式微控制器技术嵌入式微控制器就是将整个计算机系统集成到一块芯片中，以某一微处理器内核为核心加入一些功能部件来适应不同的应用需求。嵌入式微控制器的典型代表是单片机，单片机从诞生之日起,就称为嵌入式微控制器.它体积小,结构紧凑,作为一个部件埋藏于所控制的装置中,主要完成信号控制的功能。单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FlashRAM、EEPROM等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。由于微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。为了适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的名不同的是存储器和外设的配置极封装。这样可以最大限度地与应用需求相匹配，从而减小功耗和成本。本次设计采用单片机，写入相应代码完成相应的硬件布置来控制整个系统的工作。2.3短距离无线通信技术物联网技术的出现，将信息互通的方式从H2H扩展至M2M，是一种新的通过物物互联来实现感知世界的技术手段，开辟了信息化的新途径。通过一个小型的、短距离的无线网络可以实现在任何时间、任何地点与任何人进行通信，从而促使RFID、蓝牙、ZigBee、UWB等技术应运而生。短距离无线通信技术作为物联网架构体系的主要支撑技术得到了迅猛的发展，应用范围逐步扩大。本设计主要应用了WI-FI技术完成单片机和PC的通信互联。WI-FI，是一种可以将个人电脑、手持设备等终端以无线方式互相连接的技术。其主要特性为：速度快，可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网络整合，组网的成本更低。2.4红外遥控技术红外遥控技术是红外技术、红外通讯技术和遥控技术的结合。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其他电器设备。由于红外线在频谱上位于可见光之外，所以抗干扰性强，具有光波的直线传播特性，不易产生相互间的干扰，是很好的信息传输媒体。红外遥控技术十年来得到了迅猛发展，在家电和其他电子领域都得到了广泛应用。随着生活水平的提高，人们对产品的追求是使用更方便、更具智能化，红外遥控技术正是一个重点的发展方向。本设计使用红外模块完成单片机控制空调开关的功能。3.项目设计思路本设计以电子类的自动浇花器的工作原理为参考，完成智能浇水功能。整个系统分为两大模块，分别为智能温控模块和自动浇水模块。其中自动浇水模块运用现代传感器技术完成土壤温湿度采集，利用单片机及数字电路控制技术完成自动浇水，智能温控模块利用wifi和PC通信，利用单片机和红外发射模块控制家庭空调以调整室内温度。4.总体设计框架图5.详细设计说明（1）智能温控模块：温度传感器检测室内温度，单片机正常工作时一小时获取一次室内温度信息，并将温度信息通过wifi传给PC，PC再传到用户手机上（使用户可以时刻知道家里温度）。单片机将每次获取室温信息与用户所设置默认的室内温度上下限作比较，若在限度内则继续保持正常工作，若超出上下限则进入紧急工作状态，发信号给PC，PC发信号给用户询问是否调整温度，若是则将用户发回的新温度上下限传给单片机，单片机接到上下限温度信息后利用红外发射模块发射相应红外信号控制空调的开关，并且每5分钟获取一次室内温度信息，直到室内温度到达上下限内，控制红外信号关闭空调，并进入正常工作状态；若不是则将现室温值上下百分之十作为新的默认上下限，并进入正常工作状态。其中a.wifi模块的实现：单片机和PC各接一个wifi模块，通过串口通信。b.红外控制的实现：单片机接入红外发射模块，并给单片机控制程序中写入相应的空调的红外信号代码实现控制空调。这个模块解决了如何自动控制室温的问题，重要的是这个功能可以选择使用或者不使用，比如人们在家时可以按照自己的意愿控制室内温度。（2）智能浇水模块：湿度传感器检测土壤湿度，单片机正常工作时一小时获取一次土壤湿度信息，每次与用户所设置的土壤湿度上下限作比较，若在限度内则继续保持正常工作，若超出下限则进入紧急工作状态，发出指令控制电磁阀的开关开始浇水，并且每1分钟获取一次土壤湿度信息，直到土壤湿度到达上下限内，控制电磁阀开关停止浇水，并进入正常工作状态。其中a.浇水模块的实现：单片机控制电磁阀的开关。这个模块解决了如何自动浇水的问题。