家里養(yǎng)了寵物（例如寵物狗）的朋友都有一個困擾，當外出時不能隨時看見家里的情況。因此，我想到了用開源硬件（Arduino）和開源軟件（OpenHAB）制作一個實用的家庭自動化系統(tǒng)。但是這個系統(tǒng)并不像用智能手機控制燈光的開關(guān)那樣，我主要把心思花在大量的網(wǎng)絡(luò)傳感器和及時警報等事情上。

以下是基本構(gòu)思，利用Arduino可輕松連接負載和廉價傳感器。通過設(shè)置，傳感器上的負載可直接連上網(wǎng)絡(luò)，所以在溫度太高（太低）或者燈光太亮等情況時可以及時給你發(fā)郵件提醒。你的寵物在叫時同樣可以發(fā)郵件提醒，另外你還可以在智能手機上檢查傳感器的狀態(tài)。由于傳感器節(jié)點都是無線的，所以你不需要進行以太網(wǎng)端口布線等事宜。

下圖是連接的方法。

在這篇文章里還會介紹如何建立大量的遠程無線節(jié)點，如何將這些傳感器集成到一個開源家庭自動化服務(wù)器。除了在手機App上看到家里的情形外，你還可以快速收到郵件提醒和語音提示。

如下是這次設(shè)計的關(guān)鍵要素：

· 低成本，每個傳感器節(jié)點的成本少于20美元

· 靈活性，基于Arduino的節(jié)點可允許任意一個向系統(tǒng)發(fā)出特定的感應(yīng)需求

· 高可靠性，工作時間和無線傳感范圍

· 同時利用電池供電和wall-power傳感器節(jié)點

以下是該設(shè)計用到的傳感器：

聲音傳感器

可感知寵物的叫聲，并且發(fā)送郵件。我用這個傳感器來獲得叫聲的信息，并可遠程打開網(wǎng)絡(luò)攝像頭監(jiān)視狗吠的原因，這里還有一個計算叫聲次數(shù)的計數(shù)器。

洗滌/烘干傳感器

在清洗或烘干程序完成后會發(fā)出一個語音提醒，只需要通過手機App就可檢查程序是否完成。

光傳感器

通過手機App顯示燈光的狀態(tài)，可檢查燈泡是出故障。

異物監(jiān)視器

紅外傳感器可以監(jiān)視房間的一切情形，并可發(fā)出聲音警報和郵件提醒。

寵物跟蹤器

當寵物離開時可接受提示，并在谷歌地圖上顯示其位置，還可以監(jiān)視寵物排便的位置。

煙霧傳感器

可以用此傳感器來感應(yīng)并發(fā)送冒煙、失火或者是液化氣泄露等信息。

溫濕度傳感器

溫度和濕度數(shù)據(jù)均在手機App中顯示，你也可以啟用郵件提醒功能。用OpenHAB可統(tǒng)計歷史溫度，你可以在手機上看到溫度變化圖表。

漏水傳感器

當出現(xiàn)漏水情況時會發(fā)出郵件提醒和語音警報。

門、窗、抽屜和信箱安全傳感器

用一個電池供電舌簧開關(guān)傳感器可觸發(fā)聲音警報并發(fā)送郵件提醒。除了監(jiān)視門、窗、信箱和抽屜之外，還可記錄事發(fā)時間。

車庫門監(jiān)視器

用手機可在線監(jiān)視車庫門的開關(guān)情形，同樣可設(shè)置語音提示。

通過這些傳感器，房間內(nèi)所有的物體都成為了物聯(lián)網(wǎng)的一部分。

第一步：用法解釋

有視頻教程教你如何使用此系統(tǒng)，而后續(xù)的步驟是教你如何搭建系統(tǒng)。

1、 視頻教程解釋

2、無線洗衣房傳感器

3、無線車庫門監(jiān)視器

4、無線超級傳感器

5、無線門、信箱安全傳感器

這次設(shè)計的優(yōu)點主要如下：

· 成本低，每個傳感器節(jié)點耗資少于20美元，包括無線收發(fā)器。

· 高靈活性，用wall-powered傳感器和節(jié)能電池供電傳感器可維持1年工作。

· 精致的用戶界面，OpenHAB用戶界面可在手機App顯示，也可以通過其他瀏覽器進入。顯示設(shè)備和樹莓派之間的通信都需加密驗證。

· 可控制其他產(chǎn)品，如果你家有Sonos揚聲器、Insteon燈/插座或者z-wave，就可用OpenHAB來控制這些產(chǎn)品。

· 可集成任何傳感器

下面的熱圖是RFM69HW無限收發(fā)器的監(jiān)視范圍，我是通過一個GPS模塊和連有RFM69HW的Arduino一起傳送坐標。一個GPS Arduino在戶外，另一個Arduino在室內(nèi)接收信號。用Zigbee、bluetooth、Z-wave和 wifi就不會這么便宜了。RFM69發(fā)出的915MHz頻率信號穿透能力比2.4GHz無限模塊強。這也是我不用nRF24L01+收發(fā)器的原因之一。

下圖是OpenHAB用戶界面

——本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)2014年12月《智慧家庭特刊》“EE SHOW”欄目

更多關(guān)于智能家居設(shè)計技巧與精華請下載相關(guān)特刊。

第二步：材料清單和事前準備

材料清單

· 3個3.3V Arduino Clone

· 一個Arduino W5100以太網(wǎng)屏蔽器

· 樹莓派或者你的個人電腦

· 連個10KΩ電阻

· 原型擴展板

· 2個RFM69HW無線收發(fā)器

· DH11溫度傳感器

· 超聲波距離傳感器

· 舌簧開關(guān)

· 紅外傳感器

· 火焰?zhèn)鞲衅?/p>

· 聲音傳感器

· MQ2煙感器

· 光敏電阻

· GPS模塊

· 電流變換器

· 磁力計

· 伺服馬達

· 杜邦電纜

· 22 gauge安裝線

準備好這些材料后就可以開始了。唯一的焊接步驟是RFM69HW收發(fā)器，按照如下布線圖焊接。

第三步：設(shè)計Arduino網(wǎng)關(guān)和OpenHAB

當你把線纜焊接到RFM69芯片上后，需要制作無線網(wǎng)關(guān)并且利用OpenHAB設(shè)置樹莓派。用I2C連接兩個Arduinos。

無線數(shù)據(jù)以數(shù)組形式從傳感器節(jié)點傳送到RFM網(wǎng)關(guān)，隨后數(shù)據(jù)通過I2C由RFM網(wǎng)關(guān)傳送到以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。

設(shè)計Arduino網(wǎng)關(guān)

元件：

1、 兩個3.3V/5V 開關(guān)Arduino Uno Clone，并設(shè)置為3.3V

2、 一個Wiznet 5100以太網(wǎng)擴展板

3、 一個焊接好電線的RFM69HW

一個Arduino用作RFM網(wǎng)關(guān)，另一個用作以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)。RFM網(wǎng)關(guān)的Arduino連接到RFM69HW，如第一步的接線圖。

RFM69HW與Arduino連接

· NSS to Pin 10

· MOSI to Pin 11

· MISO to Pin 12

· SCK to Pin 13

· GND to Ground

· 3.3V to the 3.3V header

· DI00 to Pin 2 （interrupt）

· NSS連接Pin10

· MOSI連接Pin11

· MISO連接Pin12

· SCK連接Pin13

· 接地相連

· 3.3V連接3.3V

· DI00連接Pin2

將以太網(wǎng)擴展板放到以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)上，用杜邦線勾住兩個Arduino。

· 接地腳相連

· Pin 4連接Pin 4

· Pin 5連接Pin 5

準備主機

接下來，將OpenHAB安裝到主機上（樹莓派或者電腦）。

然后，在主機上下載MQTT broker（Mosquitto）。如下是用樹莓派的情形。

sudoapt-getinstallmosquittomosquitto-clientspython-mosquitto

上述步驟做完后，就可以開始設(shè)計傳感器了。

第四步：車庫門監(jiān)視器

用超聲傳感器裝置可以提醒車庫門是否關(guān)閉，或者監(jiān)視汽車是否出故障。傳感器可在一定范圍內(nèi)監(jiān)測到物體，而數(shù)據(jù)也可無線傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)，隨后通過OpenHAB分析車庫門的狀態(tài)。

第五步：電池供電舌簧開關(guān)

這個電池供電無線Arduino傳感器可做很多用途，可以用作安全傳感，例如發(fā)出聲音警報或者郵件提醒。

下圖是電池供電單元工作的基本情形，可以把舌簧開關(guān)放在信箱底部，當信箱開啟后就會發(fā)出信息。

按照下圖銅箔面包板接線圖來安裝傳感器。

這里需要用到：

1個ATMEGA328P-PU

1個915MHz RFM69HW收發(fā)器

1個螺旋接線柱，用來連接電池

2個1MΩ電阻，用作分壓

3個0.1μF陶瓷電容

1個10μF鉭質(zhì)電容

1個振蕩器，最好選用8MHz

2個22pF電容

1個LED

1個220Ω電容，用作LED限流

1個10KΩ上拉電阻

舌簧開關(guān)

3*6英寸帶板

24Pin插槽

電池箱

在樹莓派上安裝MP3文件，下圖是配置文件的部分代碼。

rule “send email and talk”

when

Item itm_mailbox changed from OFF to ON

then

playSound（“aolmail.mp3”）

sendMail（“myemailaddress@gmail.com”， “subject line here” ， “email body text”）

end

電池電流損耗的測量有點棘手，如果用無線電萬用表可能無法測準，我估計在睡眠模式下僅為0.mA。因為微控制器大部分時間處于睡眠模式，因此用一個4*AA電池組可以正常工作1年半。

第六步：超級傳感器

我把幾個傳感器集成到這個無線超級傳感節(jié)點，通過USB適配器供電，與網(wǎng)關(guān)進行無線傳輸。如下傳感器依據(jù)需要挑選：

· 聲音傳感器

· 溫濕度傳感器

· 紅外傳感器

· 煙霧傳感器

· 火焰?zhèn)鞲衅?/p>

· 光傳感器

OpenHAB用戶界面如下圖，用手機進入此界面后，可以隨時接受傳感器的信息。一旦受到警報提示，就可以收到異常信息的郵件。

第七步：超級傳感器—紅外傳感

這個Arduino傳感器可檢測房屋入侵信息，一有情況可立即向手機發(fā)送提示信息。

按照如下接線圖安裝，可以很明顯的看到幾個不同型號的紅外傳感器，有些是要上拉電阻。如果直接在Arduino連接輸出線不能正常工作，你就需要像接線圖一樣添加一個上拉電阻。

第八步：超級傳感器—聲音感應(yīng)

除了感應(yīng)寵物的叫聲外，還可以監(jiān)視警報聲的消除，傳感器的靈敏度可按照需要調(diào)節(jié)。

如果需要對著傳感器的麥克風(fēng)發(fā)出很大的聲音，LED燈才會亮則說明輸出太大了，如果很小的聲音也能觸發(fā)LED點亮，也需要調(diào)節(jié)。

如果用的是叫聲傳感器，還需準備一個計數(shù)器來記錄寵物叫喊的次數(shù)。下面是計數(shù)代碼，當叫聲警報解除后數(shù)據(jù)會被重置。因為傳感器在20秒內(nèi)才發(fā)送一次數(shù)據(jù)，所以計數(shù)并不準確。

項目定義

Number itm_uber1_bark_cnt “Bark count ［%.0f］”

站點地圖

Frame label=“Uber Sensor Alarm Status” {

Switch item=itm_uber1_gas_alm_sta mappings=［OFF=“Off”］

Switch item=itm_uber1_flame_alm_sta mappings=［OFF=“Off”］

Switch item=itm_uber1_bark_alm_sta mappings=［OFF=“Off”］

Text item=itm_uber1_bark_cnt

Switch item=itm_uber1_pir_alm_sta mappings=［OFF=“Off”］

規(guī)則

//place this at be top of the rules file

var Number bark_counter = 0

//rules for bark sensor

rule “Uber bark threshold”

when

Item itm_uber1_bark_mqtt received update

then

if（itm_uber1_bark_alm_enb.state == ON）

{

sendCommand（itm_uber1_bark_alm_sta， ON）

bark_counter = bark_counter + 1

itm_uber1_bark_cnt.postUpdate（bark_counter.toString）

}

end

rule “Uber bark response”

when

Item itm_uber1_bark_alm_sta changed from OFF to ON

then

sendMail（“ArduinoHomeAutomationOpenHAB@gmail.com”， “bark detected” ， “dog barked！?。　保?/span>

//playSound（“ding.mp3”）

postUpdate（itm_uber1_bark_time， new DateTimeType（））

end

rule “deactivate bark sensor”

when

Item itm_uber1_bark_alm_enb received update

then

bark_counter = 0

itm_uber1_bark_cnt.postUpdate（bark_counter.toString）

end

第九步：超級傳感器—光傳感

上圖是光傳感器的接線圖，電阻阻值為10KΩ。

如下是OpenHAB配置

if（itm_uber1_light_mqtt.state < 350）

按照需求調(diào)整傳感器的靈敏度。其他配置參照第六步。

第十步：超級傳感器—溫濕度傳感

這里用到了數(shù)字傳感器，型號為DHT11。

//#define DHTTYPE DHT11

#define DHTTYPE DHT21

同樣，按照上面接線圖安裝，使用10K電阻。

這里設(shè)置的事每6分鐘更新一次數(shù)據(jù)（36000ms）

if （time_passed> 360000）

{

float h = dht.readHumidity（）;

// Read temperature as Celsius

float t = dht.readTemperature（）;

第十一步至第十八步請見：