基于PLC的智能家居系统设计.doc

基于PLC的智能家居系统设计(完整资料）
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作者：路线
单位：江南大学物联网工程学院
班级:自动化1303班
学号：１０7０４1３3０5

基于PLＣ的智能家居系统设计
摘要
随着社会的不断发展与进步，人们不断去追求更舒适、方便、高效、安全的生活环境。传统的家居环境只满足了人们最基本的需求，无法满足人们对于家居环境越来越高的要求。由于人们对于高品质生活的追求,且随着计算机技术、网络技术、通信技术、自动化技术的发展，智能家居这种时代的产物应运而生。本文首先介绍了智能家居的概念和国内外的发展现状，随后对智能家居领域涉及到的几项技术进行了初步研究和简单应用，并设计了一套基于PLＣ的智能家居原型系统，为接下来的研究奠定了基础.
国内外对于智能家居的研究有很多，但是多选用单片机和 ARM 作为主控器.智能家居首要解决的问题就是稳定可靠,小型 PLC 相对于单片机和ＡRM 来说更加稳定实用。ＧSM 网络在全国范围内实现了联网与漫游，具备很强的网络能力和广泛的覆盖范围，同时不必另外组建网络，也对用户数量没有限定，资费便宜，外加短信业务的数据传输功能,都使得短信息形式成为智能家居 PＬC 控制系统的首选.本设计运用PLC编程智能控制来实现智能家居，能自主设计控制方式、增加设备和改造控制。设备控制都使用直流继电器,以弱电控制强电,强弱电隔离,使用起来更加方便安全。

关键词智能家居；PLC;ＧSM网络

Abｓｔract
Ｗｉｔｈ the coｎtｉnuous dｅｖelopｍent and ｐrogｒeｓｓ oｆ ｓocｉetｙ， People cｏｎｔｉｎｕe to　ｐｕｒｓue more coｍｆortaｂle, coｎｖeｎiｅnt， effｉcieｎt and ｓaｆｅ ｌiving ｅｎｖironmeｎt． Tｒａｄitｉｏｎaｌ houseｈｏld　ｅｎvironmeｎt only meeｔ　the mｏst ｂasic ｎeeds　of the ｐeopｌｅ。 Iｔ　ｃan’ｔ meeｔ the higher and higｈeｒ rｅqｕirｅｍenｔｓ ｆor　hｏmｅ fｕｒｎｉshing ｅｎvironｍeｎt of pｅｏplｅ.The smaｒt　hｏｍe syｓtｅｍ is iｎveｎted　ａt the ｒiｇｈt　ｍoment， due to　tｈe puｒｓuit ｈigｈ ｑｕaｌitｙ lｉｆｅ　for peopｌe。 It　coｍeｓ　aloｎg wｉｔｈ the development of thｅ comｐuter　tｅｃhnology， netｗｏrk ｔechnology， ｃommuｎicatiｏｎ　technｏlｏgｙ　and ａｕtoｍaｔion tｅchnology。 Thｅ aｒticlｅ　ｆｉrst intｒodｕｃｅｓ thｅ　conceｐt of　sｍaｒt home　and ｄomestiｃ anｄ foreiｇn dｅvelopment　of ｐrｅｓenｔ siｔuatｉon, anｄ theｎ　ｓtudied the fiｅlｄ　oｆ smart　home　inｖｏlvｅｓ ｓeveral technｏlｏｇy anｄ the simｐle　ａppｌｉcatiｏn，　aｎd designs a set of intｅlliｇeｎt　ｈouｓeｈold　protoｔyｐe　ｓｙstｅm ｂaｓed　on　PLC，　ｗhｉch　laid　ｔhe　foundation ｆor the ｎexｔ stｕdy。
Ｔｈｅrｅ ａｒe　a ｌot　ｏｆ stuｄies　oｆ smart ｈｏme in ｔhe doｍｅstiｃ and oveｒｓeａｓ， buｔthｅ ｍajｏriｔｙ ｏf thosｅ prｏｄuｃtｓ uｓｅ　ｓinｇｌe－chｉｐ micｒocoｍputer aｎｄ ARM as tｈｅmain　cｏnｔrｏｌ uｎｉt。 The priｏrity　isｓｕe　in Sｍaｒt home ｉs　tｈe cｈaracteｒ of sｔable, and tｈe ｓｍａｌl siｚe PLＣ is　ｍｏｒe　stabｌe ａnd praｃticaｌ ｔhaｎ　ｓingle—chip microcoｍputer　anｄ AＲM。 GSM netwoｒｋ ｈaｓ realizｅｄ the nｅtworking and　ｒｏaminｇ aｃrosｓ thecountｒｙ．　Iｔ has　a　ｓｔrｏng cａpaｃity of ｔhｅ　netｗork　and ｔｈe extｅnsivｅ ｃoｖerage, eｔc。Tｈｅre iｓ ｎｏ lｉmiｔ oｎ ｔｈe number　ｏf ｕseｒs ｉn　GSＭ ｎetwｏrk,the usｉｎg　consuｍｐtｉon of ＧSM ｎeｔｗoｒk is relaｔively lｏw，　ａnd it hａs text ｄata tranｓmissioｎ　ｆuncｔion of tｈe meｓsage。 SＭS ｂecoｍes　the fiｒｓｔ sｅlｅcｔｉon of ｔhe PLＣ conｔrol sｙｓtem ｉｎ　ｓmaｒt　home　for tｈｅsｅ ｒeａsons aboｖe。Basｅd on PLC　to ａcｈieve dｅsiｇn foｒ ｓｍａrt home， freeｄom deｓｉgｎ ｆｏr contｒｏl， increaｓe　ｃontｒol of equipment and renｏvatioｎ．　Devｉce ｃoｎtroｌ uｓing DＣ ｒｅlａy, strｏnｇ ｅlｅｃｔric conｔrol　by ｗｅａｋ sｔｒｏng, the strｅngth of elｅctrｉｃal be isolation， Usｉng moｒe conｖenｉeｎt ａnd ｓafｅ。

Keyworｄs： Sｍart home； PLC； GSM　ｎetｗoｒk

第1章绪论

1.１概述与研究意义
人们对于家居生活环境的要求随着科技水平和物质生活水平的提高而变得越来越高。日常生活的各方面都朝着数字化、网络化、智能化、人性化的目标发展[1]。作为现代生活的一个必然趋势，智能家居正在受到越来越多的关注。对于智能家居来讲，最重要的是以适用性为主旨，摒弃掉那些虚有其表,只可充作摆设的功能,产品以适用性、易用性和人性化为主.尽管当前智能家居有了很大的发展，市场上也出现了许多相应的产品，可是从总体上来看，行业发展缺少统一标准,产品质量也参差不齐,并且倾向家居自动化，而非智能化［２]。信息社会的深入发展，对我们的传统住宅和家居自动化提出了严峻地挑战，大家对于家居的要求也不仅仅局限于安全的物质空间，更为关注智能化、人性化的生活空间［3］。
智能家居是利用综合布线、网络通信和安全防范等技术将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起的一个系统，该系统用来提升家居的便利性、舒适性和安全性。要实现智能家居，首先需要在家居中建立一个通讯网络,通过该网络可以方便地实现对各个网络节点设备的控制和监测。其次，需要一定的媒介平台实现网络和外界的通讯，满足远程或近程的控制和信息的交换。
利用智能家居控制器可以提供多种智能控制方案，使人们在处理家庭事物方面,更加快捷,省力。智能家居系统还可以提供舒适的健康环境,通过配置相应的传感器可以有效监视室内的温度、湿度和亮度，进而控制空调、窗帘和照明系统的运行，从而提供更加适宜的生活空间［4]。另外通过各类安防传感器,提高了人们及时发现和处理紧急情况的能力。配备 Ｉnｔｅrnet 接入功能后更增强了远程监控的能力，增加了住户的安全感,使人们能够全身心地投入到工作，从而提高生活质量。住宅智能化控制的开发与建设是 21 世纪发展的必然趋势。信息技术的大力普及和应用，极大的推动了住宅小区智能化建设的进程，更为住宅小区智能化提供了可靠的技术保障,使其实施起来更加容易和简捷。智能信息家电及智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化、个性化的独特魅力,它对于改善现代人类的生活适量，创造舒适、安全、便利的生活空间有着非常重要的意义

1.2国内外研究状况
很早以前就出现了智能家居的概念,然而一直没有具体的建筑案例出现,一直到二十世纪八十年代美国联合科技公司才将这一概念付诸行动。当时，该公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州哈特佛市的 City　Plａce　Buildiｎg，这才出现了世界上首例“智能化建筑",此后揭开了全球争相建设智能型住宅的序幕.在这之后智能型住宅在新加坡、韩国、日本、美国、德国等国家都有了广泛应用。１998　年 5 月份在新加坡举办的“98 亚洲家电与电子消费品国际展览”上推出了“新加坡模式"的家庭智能化系统［5］,该系统包含三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和系统软件配置等功能.到 ２０00 年为止，在新加坡有近三十个社区大约五千户的家庭安装了“家庭智能系统”，美国已有近四万户家庭采用了这一类的“家庭智能系统”[６］。从 2003 年春节后，韩国三星公司在中韩两国开始同时推出其智能家居系统,通过网络和机顶盒，将家居自动控制、信息家电、安防设备和娱乐信息中心这四部分集合成一个全方位的、面向互联网的家居智能控制网络。我国在《200０ 年小康型城乡住宅科技产业工程项目实施方案》中,将建设智能化小康型示范小区列为国家着重发展项目,国家投资了十五个亿来支持该项目的实施落实［7]。2０06　年 4 月时任国家主席胡锦涛同志访美期间，受邀参观微软集团总裁比尔·盖茨的私人豪宅.这座铺设了五十二英里电缆的私人豪宅是比尔·盖茨花费巨资，用时四年才建成的，它将房内的全部电器设备连接成一个统一标准的家庭网络。这次参观访问可以说是指明了我国在住宅智能化方面今后的发展方向［8].我国智能家居行业在近十年受到越来越多企业的关注,国家有关部门也在计划制定家居控制领域的行业技术标准,以推动整个数字家庭行业的健康发展。我国智能家居的发展道路有一定的特殊性,其智能化是由智能小区和家庭安全防护系统逐步发展演变而来。2０00 年，我国在小康型城乡住宅项目实施方中将建造智能化示范小区列入国家大力发展项目，这就促使我国的智能化建设的重点方向是从智能大厦建设向智能住宅小区、智能化家居系统建设发展。２0０6 年 8 月 25 日在北京召开的“国际智能家居高峰论坛”上，与会专家们共同讨论了中国智能化家居未来的发展方向。相关专家指出，在中国，智能化家居也有了初步发展，但远不如想象中乐观，虽然投资金额和数量有着惊人的增长,但是工程质量却名不副实,需要意识到我国智能家居还有很大的努力空间[9]。

第2章控制系统的设计与实现

本系统的设计理念是利用PＬC控制技术,将家居设备自动化"家居安全防范技术和家居环境监测等功能集成到一个综合管理平台上,在保证系统的稳定可靠"节能环保和低成本性的同时，兼顾系统的扩展性、兼容性、适用性,保证系统功能的可增选性,以提高了居住环境的方便性"舒适性＂安全性和智能性［10］.
智能家居PＬC控制系统主要分为居住环境信息采集传送、建筑设备自动控制和远程监测显示三部分.建筑设备自动控制部分以对车库自动门的控制为例,采用PLC作为系统控制核心，电动机的正转、反转和停止等控制由接触器的主触点控制,电动机转轴与相关的机械传动装置相连,从而控制自动门的升降与停止[１1]。自动门关闭后，用户在门外用采用手机信号"钥匙将门锁打开或者用户在门内将门锁采用机械方式开启时，系统产生一个开门信号.CＰＵ收到开门信号,输出开门信号，门打开，当门运行至开门极限位置SQ1时会停止运行。延时１s后，输出关门信号。为了电机堵转现象的产生，系统设计了电流保护模块[12]。在整个关门过程中电机控制的主干线路由电流保护模块进行检测,如果超过电动机的额定电流6～7倍时，PLC接收到电流保护模块输出的TTＬ信号，执行开门动作，可有效的防止电动机过载导致的损坏，检测电路当运行至关门极限位置SQ２时，PLC输出信号控制电动机停止运行，同时输出信号控制电磁锁工作上锁。
系统中电流保护模块、GSM短信模块以及PLC模块分别使用5V、12V和2４V的直流电。对此,本系统设有直流稳压电源电路，通过电路对单相交流电进行降压、整流、滤波、稳压等处理，确保系统供电电源的稳定性［13］。
智能家居系统中环境信息的采集信号主要基于烟雾传感器、可燃性气体探测器和温湿度传感器等多种类别的传感器［14］。烟雾传感器和可燃性气体探测器主要安装于厨房,分别用于检测烟雾和燃气值,当检测到含量超标时，发信号至PLC,PLＣ通过GＳM短信模块发送报警信息至用户手机，从而避免危险的发生。同时,用户还可通过监控画面远程观看家居实时环境状态，也可发送短信至ＧＳＭ模块,通过ＧSM模块与PＬＣ之间的通信，获取家居环境的具体信息参数.用户也可通过短信的模式发送命令通过GSM模块给PLC，从而控制各类电气设备的运行。譬如:可燃性气体探测器检测到燃气泄漏，PLC收到异常报警信号，通过ＧＳＭ模块进行通讯,GＳM模块将短信通过网络发送给用户，用户接收到信息后，可发送短信至GSM模块命令PLC做出控制,打开电动窗户,排出可燃性气体，从而实现家居的安全防范技术。
以火灾报警信息推送过程为例。烟雾传感器或可燃性气体探测器等传感器都有一个可预设的值，当检测当前值超过设定值时，PＬＣ产生中断事件,执行中断处理程序，中断子程序进行串口通讯发送报警短信。同时，GSM模块是否有接收到查询短信会由主控器PLC循环检测,当接收到用户的查询状态短信时，ＰＬC读取传感器数值，将相关的数据以短信的形式发送给用户。程序流程图如图1所示。

气体浓度是否超标

开中断始
开始始
初始化始
数据采集始

Y
N

发送报警短信始

结束始

图1 程序流程图

GSM模块采用取得SIＥMENS公司推出的TＣ35i模块，该模块已经获得国内无线电设备入网证，并且符合ＥＴSI标准的GＳM７．07和GSM7.0５.ＴＣ３５i系列模块是西门子公司推出的基于GSM90０移动通信网络系统的ＯＥM模块，可适应各专业领域对于语音传输和无线数据传输及可开发性的需求的［15］.TC35i模块。集成了射频电路和基带，同时为用户提供标准的AＴ命令接口,可稳定、安全、快速的传输数据、语音、短消息等信号。并且接口协议公开，满足各种用户开发、设计和应用的需求。当ＧSM模块接收到短信息时，ＰＬC就会向GSM模块写入命令控制字，GSM模块通过串口向PLC发送短信数据。反之，PＬC要向用户发送消息时,PLC会先通过串口发送数据给GSM模块，GＳM模块再将信息数据发送至用户的手机.

参考文献
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２0(2)：36-50。

学 生　毕 业　论 文
(２015届）

题目（中文） 基于Arduino的智能家居控制

（英文） Smart Home Furnishing control based on Arduino

系别：

专业： 班级：

姓名： 学号:

指导教师：

韩山师范学院教务处制

诚 信 声 明

我声明，所呈交的毕业论文是本人在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我查证,除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，我承诺，论文中的所有内容均真实、可信。

毕业论文作者签名：签名日期：201４年１1月6日

摘要：基于Arduino的智能家居控制系统以Arduｉnｏ UＮO单片机为核心通过联合W５１00网络模块搭建本地的WＥB服务器，通过Ａ／D采集各引脚连接的室内环境传感器的数值并进行处理，实现家居环境信息的智能采集；通过RＦＩD模块连接第二块Arｄuｉno UNＯ单片机构建刷卡门禁模块，实现智能门禁;使用蓝牙模块、5050全彩LED模块及Arduino Nanｏ单片机搭建室内智能灯光模块，通过安卓客户端使用蓝牙协议进行连接，实现灯光亮度及色彩的远程控制及智能开关；通过安卓客户端使用HTTP协议请求该服务器获取室内环境数据并传输到安卓客户端，实现室内环境的实时智能检测；通过安卓客户端使用HTTＰ协议传输控制命令到服务器，实现本地WEB服务器连接外围电路的远程控制；最后通过核心板搭建的WEB服务器链接各个功能模块,组成一个功能完善,扩展性强的智能家居控制系统。本设计代替了传统家居设备手动机械控制,具有效率高,使用方便，可控性强等优点。

关键字：Arｄuino单片机;WEＢ服务器;高效率；可控性强.

Abstracｔ: Aｒｄuiｎo—ｂased　iｎtｅlliｇent ｈome　control sｙstｅm tｏ　Arｄuino　UNO　microcontrｏｌler cｏre netwoｒk ｔhrｏugh ｔhe joｉｎt　W5100 Ｅｔhｅrnet Shｉeld　modｕlｅ bｕiｌd　local　ＷＥB serｖer, via A/D　aｃquiｓiｔion value ｏf indoor enviｒonmentａl　ｓensoｒs conneｃｔeｄ to eacｈ piｎ and proceｓsing， smart home　enｖirｏｎment iｎforｍatiｏｎ colｌeｃtion； via ＲFID modｕle　to build a ｓeconｄ Ａrduinｏ　UNO mｉｃroｃonｔｒoller card　accesｓ ｍoduｌｅ, ｉntelliｇeｎt　access ｃｏnｔrol；　usinｇ　Blｕｅtoｏth module, ５050　fuｌl－ｃoｌｏｒ LED　ｍoduleｓ and Ardｕino Nanｏ mｉcrｏcoｎｔｒｏller　ｂｕiｌt　indooｒ ｉntｅlliｇenｔ liｇhｔｉng mｏduｌe ｆｏｒ coｎnｅction　ｕｓｉng thｅ　Blueｔoｏtｈ protocol by　Androｉｄ　cliｅnt， ａｃhieｖe light levelｓ anｄ cｏｌor rｅmｏｔe　control ａnd inｔｅlligent switｃｈ； indooｒ eｎvironmental ｄata aｃqｕisitiｏn via　Anｄroｉd ｃlient usiｎg　HTTP protocol requｅstｓ to　tｈｅ　serveｒ aｎd trａnsｍitted　ｔo the Aｎdroid clienｔ, ｔo　achieve　reaｌ－time ｉｎtellｉgencｅ tｏ　dｅtecｔ ｔｈe　indｏor ｅnviroｎmeｎt； usiｎg ｔhe HTＴP protｏｃol tｒａｎsmisｓion conｔroｌ ｖia　Android ｃｌient　comｍａnd　tｏ the sｅrver，　WEＢ　server　fｏｒ local ｃonnｅctioｎ　of peｒipｈeｒal ｃircｕits ｒeｍote　control；　ａｎｄ ｆinallｙ ｔhe ｃore boarｄ seｔ uｐ by　tｈe　WEＢ sｅｒｖeｒ links　to ｖarｉous functional modulｅs to foｒm　a functｉoｎal， stroｎg ｅxｐansion oｆ sｍart hoｍe contｒol systｅｍ. Tｈe design reｐlaceｓ　ｔhe ｔradiｔioｎal maｎual ｍecｈａnical　coｎtｒｏl　ｈomｅ ｄeviｃeｓ， wiｔh ｈｉgh ｅffｉｃｉｅncy， eaｓe of ｕsｅ, ｃoｎtrollabiｌitｙ aｎd　ｏther ａdvantaｇes．

Ｋey ｗｏrdｓ:Arduiｎｏ　SCM; WＥB　ｓerver； higｈ　efficieｎcy; coｎtrollaｂｌe.

目录
1．概述1
1.1 课题研究的背景1
1．2 国内外发展现状1
1。３ 本课题的研究的内容及目的1
2．　系统结构分析2
２.1 系统结构组成2
2。2　系统的基本功能２
2.3　系统的工作流程3
３。 硬件设计5
3。１ 核心模块5
3．2 灯光模块7
３.3 检测模块9
３.４ 外围电路模块10
4.软件设计１1
４。1 AＰP端程序设计:11
4。２ ＷＥB服务器程序设计:１1
4。3　灯光色彩亮度调节:11
４。4　节奏灯光的程序设计:11
5． 总结１2
5．1 系统总体效果图12
５.2　系统实现的功能１5
5。3 不足及改进之处15
附录：16
1. 灯光模块电路设计图16
2. 检测模块及外围电路接线图16
3． 单片机端程序17
参考文献2２
致谢2３

基于Ardｕｉno的智能家居控制系统

1． 概述
1。１ 课题研究的背景
随着物联网技术的广泛应用与发展,智能家居的应用越来越广泛.与传统的家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境,提供全方位的信息交互功能。
现代生活中的家居电器数量急剧增多,传统家居电器的机械化控制方式已经不能完全满足现代生活的需求,伴着家居电器的使用越来越广泛，一个智能化的控制系统,不仅能够帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性,甚至为各种能源费用节约资金.该系统的市场发展潜力尤为可观。
1。2　国内外发展现状
近年来随着现代互联网技术的发展，智能生活的理念深入人心,物联网和智能家居真正开始走向人们的视野.随着现代电力电子技术和电子元件制造工艺的发展,物联网设备的自动化程度和稳定性得到很大的提高，物联网设备也逐步向轻量化、自动化和智能化发展，还有高可靠性、高可控性、高效率等特点，功能不断增强和完善,这推动了智能家居技术的迅速发展,相继出现了多种多样的智能家居设备,如NEＸT恒温器，空气净化器等，但国内外对本课题的研究尚存在待解决的问题：
(１) 家居智能化水平较低；
（2) 使用的平台不统一，功能单一且不完善;
　（3) 价格相对昂贵,普及的难度比较大。
1.３　本课题的研究的内容及目的
本系统以联合Etherｎｅt Shield网络模块的Ａrduinｏ UＮO单片机为核心,能通过安卓客户端使用蓝牙协议及HTTP协议连接外围电路及各类传感器，实现室内家居的远程检测及智能控制。
研究目的基于生活的便捷及高效的方向出发，主要是为了改进当下传统家居的控制方式落后及使用不方便等缺点，本设计的智能远程控制代替了传统家居设备手动机械控制,不仅效率高、成本低、使用方便、可控性强,更能提升家居便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

2． 系统结构分析
２.1 系统结构组成
系统的结构组成示意图如图1。系统由五部分组成：ＡPP客户端、灯光模块、核心模块、检测模块、外围电路。各部分组成如下：
(1) APP客户端为ＪAVA语言编写的安卓客户端；
(2）　灯光模块由Arｄuiｎo Naｎｏ单片机连接蓝牙模块及全彩LEＤ模块组成；
(3) 核心模块通过Arduiｎo Uno单片机连接Ｅｔhernｅt Ｓhｉeld网络模块组成,核心模块不仅是本系统的中央处理器,而且通过连接无线路由器搭建了本地的WＥＢ服务器;
（4） 检测模块由气压传感器、湿度传感器、气压传感器共同组成；
　（5） 外围电路由简单的发光二极管及各类元器件组。

图1 系统结构组成框图

２．2 系统的基本功能
系统实现的功能如图2所示,系统的各部分具体功能如下：
（１) 通过ＡPP客户端使用蓝牙协议连接灯光模块,在ＡPＰ客户端中实现LED灯光颜色，亮度的智能调节；
　（２)　通过APP客户端使用蓝牙协议连接灯光模块，在APＰ端播放器中开启一段音乐，灯光模块会随着音乐的节奏进行规律性地闪烁;
(３） 通过AＰＰ客户端使用HTＴP协议连接核心模块,实现在APP端对外围电路的远程开关控制;
（4） 检测模块将基本的环境信息采集后通过ＩO口传输给核心模块,再由APP端通过ＨTTP协议请求ＷEＢ服务器的数据,实现在AＰP端对室内环境信息的实时监控；
（5） 通过APP客户端使用HTTP协议连接核心模块，设置特定温度时外围电路的工作状况，当检测模块检测到温度达到或低于预设温度时，外围电路电器将智能调整工作状态。

图2系统基本功能框图

2.3 系统的工作流程
系统的工作流程分为两部分组成：
(1) APＰ客户端通过蓝牙协议控制灯光模块，具体流程图如图3所示：

图3灯光模块控制具体流程图
(2) AＰP客户端通过HTTP协议控制外围电路，具体流程图如图4所示：

图4外围电路控制具体流程图
3。 硬件设计
整个系统电路可以分成四个模块：核心模块、灯光模块、检测模块、外围电路.下面我们对这四个电路模块进行理论上的分析。
３．1 核心模块
核心模块由Aｒdｕｉｎo单片机及Ｗ51０0网络模块通过直接总线连接构成，连接方式如图５所示。

图5直接总线连接原理图
Arduiｎo　UNO是作为Aｒdｕino平台的参考标准模板，是Ａrdｕiｎｏ USB接口系列的最新版本。UNO的核心控制器件是ＡTｍｅga328处理芯片，数字输入/输出口共计有14路:６路PWM输出端口，６路模拟输入端口,一路ICSPｈeaｄeｒ，一个16ＭHｚ晶体振荡器，一个电源插口,一个USＢ接口和一个复位按钮，控制板能同时兼容5Ｖ和3.3V的供应电压。原理图如图6所示.

图6 Ａｒdｕinｏ　ＵＮＯ单片机原理图
W51０0是一款多功能的单片网络接口芯片,内部集成有10/10０Mｂｐｓ以太网控制器，主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。使用W5100可以实现没有操作系统的Inｔeｒneｔ连接。W51０0与IEＥE8０２。３ 1０ＢＡSE-T和 80２。3u 100ＢASE-ＴX兼容。Ｗ510０内部集成了全硬件的、且经过多年市场验证的 TCＰ/ＩＰ 协议栈、以太网介质传输层和物理层。全硬件ＴCP/ＩP协议栈支持 TCP,UDP，ＩＰｖ4,IＣMP，ARＰ,IGＭP 和 PPPoE等。网络模块原理图如图7所示。

图7 Ｗ51０0网络模块原理图
3。2　灯光模块

图8灯光模块总体原理图
整个灯光模块可以分成三个部分：Arduino Ｎａｎo单片机、蓝牙模块、5050全彩ＬED模块。
Ａｒdｕino Naｎo是Aｒduino　UＳB接口的微型版本,最大的不同是没有电源插座以及USB接口是Mini—B型插座。Aｒduino Nａｎo是尺寸非常小的而且可以直接插在面包板上使用。其处理器核心是ATｍega３２8,，同时具有1４路数字输入／输出口,其中6路可作为PWM输出,8路模拟输入,一个1６MＨz晶体振荡器，一个mini-B ＵSＢ口,一个IＣSP　ｈeａdｅr和一个复位按钮.Arduiｎo Nａｎo单片机原理图如图9所示.

图9　Ardｕino Naｎo单片机原理图
灯光模块采用的是ＨC—05蓝牙模块，电路原理图如图1０所示.蓝牙是无线数据和语音传输的开放式标准，它将各种通信设备、计算机及其终端设备、各种数字数据系统、甚至家用电器采用无线方式联接起来.它的传输距离为10cm~１０m，如果增加功率或是加上某些外设便可达到100m的传输距离。它采用2。4ＧHz ISM频段和调频、跳频技术，使用权向纠错编码、ＡＲQ、TDD和基带协议。TDMＡ每时隙为０。６２5μs,基带符合速率为1Mb/ｓ。蓝牙支持６４kb／s实时语音传输和数据传输,语音编码为CVＳD，发射功率分别为1mW、2．5mW和10０mW，并使用全球统一的48比特的设备识别码。由于蓝牙采用无线接口来代替有线电缆连接，具有很强的移植性，并且适用于多种场合,加上该技术功耗低、对人体危害小,而且应用简单、容易实现，所以易于推广.

图10 HC-05蓝牙模块原理图
5050全彩LED模块内置控制芯片，仅需1个IＯ口即可控制多个ＬＥD芯片内置整形电路，信号畸变不会累计，稳定显示三基色256级亮度调剂,16万色真彩显示效果,扫描频率不低于４０0Hz/S串行连级接口，能通过一根信号线完成数据的接收与解码，刷新速率3０帧/秒时，低速连级模式连级数不小于5１2点,其原理图如图11所示。

图115050全彩LＥD模块原理图

3。3　检测模块
检测模块由ＤHＴ11温湿度传感器及BMＰ08５气压传感器组成。
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，其原理图如图１2所示，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性.传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接，具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

图12DＨT11温湿度传感器原理图
BＭP0８5是一款高精度、超低能耗的压力传感器，其示意图如图13所示,它可以应用在移动设备中。它的性能卓越，绝对精度最低可以达到0.0３hＰa，并且耗电极低，只有3uA。BMP0８５采用强大的8-pin陶瓷无引线芯片承载（LCＣ）超薄封装，可以通过IＩC总线直接与各种微处理器相连.

图13BMP０85压力传感器原理图
3。4 外围电路模块
外围电路由耗电设备直接通过Ｉ/Ｏ口连接到Ardｕino的相应接口上组成,其原理图如图14所示。

图１4外围电路模块及检测模块接线原理图
４。软件设计
4。1 ＡPＰ端程序设计:
作为系统的控制端部分,ＡPＰ端使用全球占有率最高的andｒoｉd系统，具有极佳的普适性；其程序设计分为两个部分:
（1)蓝牙连接控制：APＰ端先通过ＢluetｏｏthAdapｔeｒ协议搜索获取本地的蓝牙列表,手动选择蓝牙设备后通过调用BluetｏothSocｋｅｔ对象的方法与灯光模块的HＣ－05蓝牙模块进行通信，再由ｇetＯutpｕｔStｒｅａm()方法以数据流的形式输出控制指令，HＣ-05蓝牙模块接收控制指令后传输给Ａrduｉno　Nａno单片机进行处理,最后ＡPP端关闭输出，完成灯光模块的控制。
（2)HTＴP连接控制：ＡPP端通过HTTP协议连接Arduiｎｏ Ｕno单片机与W5100网络模块共同搭建的WEＢ服务器，采用ＡJAＸ技术使用Javascript向服务器提出请求及发送控制指令，从而完成对ＷＥＢ服务器采集到的环境信息的获取及远程控制外围电路。
４。2　WEB服务器程序设计：
WEB服务器通过