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Arduino实战：智能家居控制系统的设计与实现

news 2025/10/11 12:06:31

硬件选型与搭建

选择Arduino Uno或ESP8266/ESP32作为主控板，前者适合基础项目，后者自带Wi-Fi功能便于物联网扩展。传感器模块根据需求搭配：温湿度传感器（DHT11/DHT22）、光照传感器（BH1750）、人体红外传感器（HC-SR501）等。执行单元可选用5V继电器模块控制家电，舵机实现窗帘开关。

电路连接时注意电平匹配，3.3V与5V设备混用时需逻辑电平转换。为继电器配备独立电源，避免大电流导致主板复位。推荐使用面包板进行原型验证，稳定后转用PCB或洞洞板焊接。

通信模块配置

Wi-Fi方案采用ESP系列模块，通过Arduino IDE安装ESP8266/ESP32开发包。使用WiFiManager库实现热点配网功能，避免硬编码SSID密码。MQTT协议选用PubSubClient库连接云端服务器，主题设计采用分层结构如home/livingroom/light。

蓝牙控制可搭配HC-05模块，使用SoftwareSerial库创建虚拟串口。手机端通过MIT App Inventor或Blynk快速开发控制界面，自定义开关、滑块等组件绑定硬件GPIO口。

核心代码实现

传感器数据采集示例（DHT11）：

#include <DHT.h>
#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT11
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);void setup() {Serial.begin(9600);dht.begin();
}void loop() {float h = dht.readHumidity();float t = dht.readTemperature();Serial.print("Humidity: "); Serial.print(h);Serial.print("% Temperature: "); Serial.print(t); Serial.println("°C");delay(2000);
}

继电器控制逻辑：

const int relayPin = 3;
void setup() {pinMode(relayPin, OUTPUT);
}void loop() {digitalWrite(relayPin, HIGH); // 开启设备delay(5000);digitalWrite(relayPin, LOW);  // 关闭设备delay(5000);
}

云端平台对接

ThingsBoard平台集成步骤：注册云端实例后创建设备，复制访问令牌。修改MQTT客户端代码中的服务器地址、端口及令牌参数。设计仪表盘时添加温度/湿度图表组件，配置遥测数据源为对应字段。

本地服务器方案可采用Node-RED：通过MQTT-in节点接收Arduino数据，搭配Dashboard节点生成可视化界面。规则引擎设置温度超过30℃自动触发风扇继电器，实现条件控制。

安全与低功耗优化

启用WPA2-Enterprise加密的Wi-Fi网络，MQTT通信配置TLS加密。设备端实现OTA更新功能，通过ESP.update()方法安全升级固件。深度睡眠模式代码示例（ESP32）：

#define uS_TO_S_FACTOR 1000000
void setup() {esp_sleep_enable_timer_wakeup(3600 * uS_TO_S_FACTOR);esp_deep_sleep_start();
}

电源管理建议：高功耗设备采用MOSFET代替机械继电器，传感器阵列添加电源控制开关。部署时注意防雷设计，强电部分使用隔离光耦保护控制电路。

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