摘要：本文利用Arduino单片机结合物联网云服务技术，将智能家居中采集的传感器数据上报到云端，并利用Web端进行可视化显示，进而进一步由单片机进行终端设备的控制。通过测试，该系统实现了智能控制的功能，可以极大地提升家居的智能化水平。
关键词：Arduino；阿里云；物联网；智能家居
0引言
随着5G技术的商用，物联网技术迎来了新的契机，当前以各种云平台的物联网产品及设备层出不穷，以亚马逊AWS，移动OneNET、华为云、以及阿里云为代表的公司都推出了云服务，可以将海量的数据进行传输。而物联网的快速发展使得传统的家居环境已经步入瓶颈期，所以结合物联网技术为追求智慧生活开发一款基于阿里云平台的互联互通型智慧小屋。该设计完成之后不仅可以让人体验到智慧家庭的舒适，并且还可以用于高等学校物联网工程专业的教育教学中，具有很好的实用价值。
1系统总体设计
本文物联网平台是以ArduinoMega2560为主控制器，温湿度传感器、气体传感器、烟雾传感器、土壤湿度传感器、光敏传感器为采集模块，对搭建的智慧小屋进行数据采集，再通过Wifi传感器模块，利用AT指令，将数据传送到阿里云物联网平台进行数据处理，并通过智能手机控制的APP，进行空调、水泵、窗帘等设备的控制。图1为系统总体设计图。
2系统硬件设计
2.1Arduino主控板及扩展板
本系统主控板采用ArduinoMega2560作为主控制器，ArduinoUno是近年来深受广大电子爱好者喜爱的开源硬件。ArduinoUno作为主控制器结合功能扩展板连接温度、土壤湿度、PM2.5、烟雾、光敏等传感器，采集数据信息，单片机将处理好的数据通过ESP8266模块上传至阿里云平台，传回的数据再通过单片机控制终端设备。
2.2系统传感器
(1)环境传感器BME280，BME280是一款环境传感器，可感知环境温度、湿度和大气压强，支持I2C和SPI接口，兼容3.3V/5V电平。该传感器模块尺寸小、功耗低、精度高且稳定性好，适用于环境监测、天气预报、海拔高度检测和物联网等多个应用场景。在该设计中，我们用BME280传感器来实时检测小屋的温湿度数据。(2)气体传感器CCS811，是一种数字气体传感器，用来检测室内二氧化碳CO2的浓度，检测室内的空气质量。传感器支持I2C接口，工作电压为1.8V~3.6V。该传感器尺寸小、功耗低、灵敏度高，加热快，在该设计中用来检测智慧小屋中的空气质量。(3)烟雾传感器MQ-5，MQ-5是一种可燃气体传感器，可以检测液化气、丙烷、氢气的等多种可燃性气体浓度，且灵敏度高，是一款适合多种应用的低成本传感器。该设计中烟雾传感器模块可以检测智慧小屋中可燃气体浓度。(4)土壤温湿度传感器，本设计采用的土壤温湿度传感器用于检测土壤的湿度，模块增加了继电器控制，在土壤湿度低于设定值时继电器吸合，带动机构进行喷淋浇水，达到设定湿度时自动停止。(5)光敏传感器，本设计采用光敏电阻传感器，用来检测智慧小屋内的光照强度，模块采用宽电压LM393比较器，信号干净，驱动电流超过15mA,可调电位器可以检测光线亮度。(6)Wifi传感器，采用ESP8266的WiFi模块，宽电压输入，可以通过TCPCLINT方式接入服务器控制，本设计通过AT指令进行控制，使用Station模式，模块连接到由接入点建立的WiFi网络，用于向阿里云平台传输、接收数据。
3系统软件设计
3.1数据采集软件设计
在本设计中，可以将小屋的传感器分为两部分，模拟和数字传感器，土壤湿度、光敏、可燃气体传感器均是模拟传感器，在ArduinoIDE开发环境中加载响应的库，进行端口定义，初始化，各传感器数据采集代码如下：
3.2云平台接入实现
首先打开阿里云的官网并注册用户，完成登录。然后开通物联网平台，开通成功后，即可进入管理控制台，即可创建产品，然后添加设备，设置设备的三元组信息，计算哈希值，将ArduinoDemo中的代码进行修改，将修改好的代码烧入开发板，平台的相关配置工作即可完成。在物联网平台IoTStudio中创建第一个智慧小屋项目，进行设备绑定与调试、服务流编排之后可以进行Web/App开发，在各个阶段，依赖IoTStudio提供的丰富调试能力对各个阶段完成调试。
3.3Web可视化开发
智慧小屋家居场景中通过人机交互的大屏可以进行数据可视化，利用Web可视化开发工作台提供的组件进行拖拽开始组合智慧小屋的界面，设置卡片组件分别显示设备上报的室内温度、烟雾传感器、光敏传感器、土壤湿度、CO2浓度等，当配置组件的数据关联到设备时，可以在编辑区实时观察到设备的状态变化。
4系统测试结果
通过软硬件开发，本设计的智慧小屋设备在嵌入式Arduino平台上运行之外，Arduino还将设备采集到的环境信息、设备的开关状态以及设备检测到可燃气泄露信息进行上报，云平台运行的服务流将会对通过Web可视化界面进行访问，最后通过单片机对终端设备及机构进行控制。
5结论
本文设计的智慧小屋物联网平台，从实验的测试结果来看，本文所设计的系统能够实时监控室内的各项指标，并且能够通过温湿度传感器、烟雾传感器、CO2传感器等获取数据，实时传输到Web界面上。本设计不仅提供了智慧家居的模型，并且还可以用于本科院校物联网工程专业的实践教学中，具有很好的实用价值。
参考文献
[1]崔阳,张维华,白云峰.一种基于Arduino的智能家居控制系统[J].电子技术应用,2014,40(4):123-125.
[2]朱敏玲,徐雅斌.基于云平台的智能家居气象站的研究与设计[J].电视技术,2015,39(12):23-25.
[3]李宇,王卫星,陈润泽.基于ZigBee的物联网智能家居系统[J].电子测试,2016,1(5):71-75.
[4]陈凯旋,周世恒,陈涛,等.基于Arduino与OneNET云平台的简易智能家居系统设计[J].物联网技术,2019,0(12):88-90+93.
[5]张加书.基于ARM_ONENET云平台的智能家居产品设计[D].太原市:中北大学,2019.
[6]王耀楠.基于云服务平台的智能家居管理系统[D].成都市:电子科技大学,2019.
[7]聂珲,陈海峰,周豪.基于NB-IoT的环境监测系统[J].实验技术与管理,2020,37(5):89-93+110.
[8]徐仲,孙先松.基于NB-IoT的环境温湿度监测系统设计[J].物联网技术,2020,1(2):20-22.
作者:韩琛晔 单位:河北工程技术学院
