arduino的智能家居灭火系统设计与研究(附件)
摘 要如今在信息技术已深入人类生活各个领域的时代，居住环境的改善和不断加快的生活节奏，使得家居环境的质量、科技技术、节能技术越来越高，还一并拥有丰富的人文环境，但也随着这些高科技产品在现代及未来家庭生活中的逐渐普及，人们在使用过程中或多或少均存在一定的问题。本系统就是以智能家居为大环境，以Arduino为开发平台，设计并实现一个操作简便、性能稳定的智能家居灭火系统。该系统将实现对家庭环境中火焰、温度的实时检测，用户可以通过安卓智能手机控制系统工作，即用户只需要发送一条手机指令启动系统，并可实现对家庭环境的火焰、温度的实时监测，自动判定是否发生火灾。如果发生火灾，自动启动蜂鸣器等报警装置进行报警，并可以通过LCD显示屏提醒用户即将进行灭火，从而自动启动继电器、潜水泵等灭火装置抽水灭火，让人们能够拥有一个安全、舒适、节能和便捷的家居环境，这也作为未来家居生活的一种发展趋势。目 录
1 绪论
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的和意义 2
1.3 研究内容 3
2 开发平台与技术
2.1 Arduino介绍 5
2.1.1 特色描述 5
2.1.2 性能描述 5
2.1.3 Arduino语言描述 6
2.1.4 Arduino开发环境的搭建 6
2.2 蓝牙技术 8
3 系统总体设计
3.1 系统设计框架 10
3.2 系统功能结构设计 10
3.3 硬件系统设计 10
3.3.1 Arduino UNO R3单片机 12
3.3.2 Arduino XBEE V5.0传感器扩展板 12
3.3.3 XBee蓝牙模块 13
3.3.4 火焰传感器 14
3.3.5 温度传感器 15
3.3.6 蜂鸣器 16
3.3.7 食人鱼LED 17
3.3.8 LCD显示屏 18
3.3.9 潜水泵 19
3.3.10 继电器 20
4 软件设计
4.1 软件设计总体流程图 22
4.2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
3.3.4 火焰传感器 14
3.3.5 温度传感器 15
3.3.6 蜂鸣器 16
3.3.7 食人鱼LED 17
3.3.8 LCD显示屏 18
3.3.9 潜水泵 19
3.3.10 继电器 20
4 软件设计
4.1 软件设计总体流程图 22
4.2 模块设计 22
4.2.1 环境温度检测模块设计 22
4.2.2 火灾实时报警模块设计 24
4.2.3 火灾指示命令模块设计 26
4.2.4 抽水灭火模块设计 27
5 系统测试
5.1 系统测试概述 29
5.2 系统测试用例和结果 29
5.3 小结 30
结论 31
参考文献 32
致谢 34
附录 35
1 绪论
1.1 研究背景
早在上世纪时，智能家居的概念就已经被提出来了。之后，紧跟形势的脚步，美国的智能家居已经能够看到雏形了，再传播到欧洲、日本等国又得到了很好的发展，因此，可以这样说，中国的智能家居比起外国足足迟了很多年。目前我国的家庭智能化系统仍在努力的发展着，尽管如此，但发展速度惊人。据调查，在国内的各大厂家所开发的具有各种功能的智能家居系统，一时间掀起一股家庭智能化的潮流，国人们开始了对智能家居的关注之旅。
如今的智能家居已经被赋予了更丰富的内容，家居环境也发生着不小的变化，例如生活中的家居电器数量急剧增多。当厨具、家电之类的家用电器进入了更多人的住宅里时，人们亦快速地奔向了智能化的现代家居生活。但是，人们在享受这些现代化设施带来的便利的时候，却也增加了一种隐患，它就是火灾。
火灾，顾名思义，是一种具有危害性强和伤害大的自然灾害现象，是具有危害性的各种灾害之首。回顾五百年以前，人类与火灾的这场战争里，人类都处于被动的形势，停留在防守的阶段，不过庆幸的是人们也逐渐从中得到很多启发与经验。据统计，全世界每年发生火灾约800万至900万起，在世界220余个国家的65亿人口中，每年死于火灾的人数约8万至9万人，单单只是从每年因火灾死亡的人数，就能够想像出它的危害性有多大了。因此，无论是在国外，还是在国内，人们开始把目光聚焦在这如何防火这方面了。随着时间的流逝，人们对于火灾的认识也在逐渐加深，针对火灾发生征兆的各种探测方法也越来越多。在不断掌握到火的燃烧机理，燃烧条件和燃烧发展的理论知识之后，人类创造了各种防火、灭火的方法，以至于让人眼花缭乱。上一世纪中叶后期，火灾科学的世界开始被人打开，在这个世界里，填满了用人类的智慧研究所得到的火灾的机理，从发生到防治，从防治到灾后解决的方法，无一不透露着其中所蕴藏的规律和思想，人类才得以把火灾的研究带入了更加科学化、系统化的地步，也在原有的技术上更先进了一步，促进了火灾报警控制系统和自动灭火系统的技术的更新。例如在火灾报警设计方面，由传统的人工操作开关发展到智能控制的自动开关。另外，在接口方面，由各种繁杂的接口向标准化接口的方向前进，大大优化了系统的能力，减少了维护的次数，提高了可靠性，防火灭火系统正朝着无线网络化和智能化的方向发展。
相比世界上的其他先进工业国家来说，我国有关灭火的系统开发较晚，大约在20世纪70年代末才开始进行。最初，人们大都用简单的硬件来处理火灾，主要靠的是人的劳力和警觉。但是经过多方的艰苦努力，如今的灭火系统技术水平已向国际同类技术的先进水平靠拢，它由传统人工操作模式、逐渐转变为智能化模式，尤其是在科学技术日益发达、家居生活也越来越高的情况下，不仅能够帮助那些出门在外的人安心地去上班、去旅游、去购物，还能有效的安排时间，节约了各种不必要的费用，创造了一段智能化的家居生活。
有时对于自然类型或是一些不可避免的火灾，我们只能从预防和尽量减少损失的角度来思考。从一些小范围的房屋内部所发生的火灾来说，人们都不可以掉以轻心，例如在图书馆、档案室、博物馆等场所由于火灾所带来的危险是不能计算的，再者像票据、文物资料库等这样的场所更是不能估量的，尤其是作为今天发生火灾频率最高的场所——家居环境，更是需要一个完善、简约的智能灭火系统防范于未然，这样可以大大减少每年因室内的疏忽而导致火灾发生的概率，使人们将来的生活环境变得更舒适、更便利、更节能，这也意味着新世纪家居智能化发展的必然趋势。
1.2 研究目的和意义
智能家居，是一种结合各种技术向传统渗透的产物，譬如计算机技术、自动控制技术、网络技术等等。在家庭住宅里，它能实现全面、安全、舒适的居住环境以及遍布便利的通讯网络。把与家庭生活有关的联系起来，使生活更加舒适、更加安全和更加高效，具有良好的发展前景。随着科学技术的发展和物质生活水平的提高，家居不再是单纯的生活起居的场所，同时也是休闲、娱乐的地方。特别是在我国近几年的发展，智能家居已悄然走进了我国人民的生活里。就当前所融入的技术而言，智能技术呈直线上升趋势，概念也在不断的普及和成熟化，可以预见，智能家居将成为21世纪的主流。
总体来说，智能家居的发展分为三个阶段：首先是家庭电子化阶段，主要针对于单
1 绪论
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的和意义 2
1.3 研究内容 3
2 开发平台与技术
2.1 Arduino介绍 5
2.1.1 特色描述 5
2.1.2 性能描述 5
2.1.3 Arduino语言描述 6
2.1.4 Arduino开发环境的搭建 6
2.2 蓝牙技术 8
3 系统总体设计
3.1 系统设计框架 10
3.2 系统功能结构设计 10
3.3 硬件系统设计 10
3.3.1 Arduino UNO R3单片机 12
3.3.2 Arduino XBEE V5.0传感器扩展板 12
3.3.3 XBee蓝牙模块 13
3.3.4 火焰传感器 14
3.3.5 温度传感器 15
3.3.6 蜂鸣器 16
3.3.7 食人鱼LED 17
3.3.8 LCD显示屏 18
3.3.9 潜水泵 19
3.3.10 继电器 20
4 软件设计
4.1 软件设计总体流程图 22
4.2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
3.3.4 火焰传感器 14
3.3.5 温度传感器 15
3.3.6 蜂鸣器 16
3.3.7 食人鱼LED 17
3.3.8 LCD显示屏 18
3.3.9 潜水泵 19
3.3.10 继电器 20
4 软件设计
4.1 软件设计总体流程图 22
4.2 模块设计 22
4.2.1 环境温度检测模块设计 22
4.2.2 火灾实时报警模块设计 24
4.2.3 火灾指示命令模块设计 26
4.2.4 抽水灭火模块设计 27
5 系统测试
5.1 系统测试概述 29
5.2 系统测试用例和结果 29
5.3 小结 30
结论 31
参考文献 32
致谢 34
附录 35
1 绪论
1.1 研究背景
早在上世纪时，智能家居的概念就已经被提出来了。之后，紧跟形势的脚步，美国的智能家居已经能够看到雏形了，再传播到欧洲、日本等国又得到了很好的发展，因此，可以这样说，中国的智能家居比起外国足足迟了很多年。目前我国的家庭智能化系统仍在努力的发展着，尽管如此，但发展速度惊人。据调查，在国内的各大厂家所开发的具有各种功能的智能家居系统，一时间掀起一股家庭智能化的潮流，国人们开始了对智能家居的关注之旅。
如今的智能家居已经被赋予了更丰富的内容，家居环境也发生着不小的变化，例如生活中的家居电器数量急剧增多。当厨具、家电之类的家用电器进入了更多人的住宅里时，人们亦快速地奔向了智能化的现代家居生活。但是，人们在享受这些现代化设施带来的便利的时候，却也增加了一种隐患，它就是火灾。
火灾，顾名思义，是一种具有危害性强和伤害大的自然灾害现象，是具有危害性的各种灾害之首。回顾五百年以前，人类与火灾的这场战争里，人类都处于被动的形势，停留在防守的阶段，不过庆幸的是人们也逐渐从中得到很多启发与经验。据统计，全世界每年发生火灾约800万至900万起，在世界220余个国家的65亿人口中，每年死于火灾的人数约8万至9万人，单单只是从每年因火灾死亡的人数，就能够想像出它的危害性有多大了。因此，无论是在国外，还是在国内，人们开始把目光聚焦在这如何防火这方面了。随着时间的流逝，人们对于火灾的认识也在逐渐加深，针对火灾发生征兆的各种探测方法也越来越多。在不断掌握到火的燃烧机理，燃烧条件和燃烧发展的理论知识之后，人类创造了各种防火、灭火的方法，以至于让人眼花缭乱。上一世纪中叶后期，火灾科学的世界开始被人打开，在这个世界里，填满了用人类的智慧研究所得到的火灾的机理，从发生到防治，从防治到灾后解决的方法，无一不透露着其中所蕴藏的规律和思想，人类才得以把火灾的研究带入了更加科学化、系统化的地步，也在原有的技术上更先进了一步，促进了火灾报警控制系统和自动灭火系统的技术的更新。例如在火灾报警设计方面，由传统的人工操作开关发展到智能控制的自动开关。另外，在接口方面，由各种繁杂的接口向标准化接口的方向前进，大大优化了系统的能力，减少了维护的次数，提高了可靠性，防火灭火系统正朝着无线网络化和智能化的方向发展。
相比世界上的其他先进工业国家来说，我国有关灭火的系统开发较晚，大约在20世纪70年代末才开始进行。最初，人们大都用简单的硬件来处理火灾，主要靠的是人的劳力和警觉。但是经过多方的艰苦努力，如今的灭火系统技术水平已向国际同类技术的先进水平靠拢，它由传统人工操作模式、逐渐转变为智能化模式，尤其是在科学技术日益发达、家居生活也越来越高的情况下，不仅能够帮助那些出门在外的人安心地去上班、去旅游、去购物，还能有效的安排时间，节约了各种不必要的费用，创造了一段智能化的家居生活。
有时对于自然类型或是一些不可避免的火灾，我们只能从预防和尽量减少损失的角度来思考。从一些小范围的房屋内部所发生的火灾来说，人们都不可以掉以轻心，例如在图书馆、档案室、博物馆等场所由于火灾所带来的危险是不能计算的，再者像票据、文物资料库等这样的场所更是不能估量的，尤其是作为今天发生火灾频率最高的场所——家居环境，更是需要一个完善、简约的智能灭火系统防范于未然，这样可以大大减少每年因室内的疏忽而导致火灾发生的概率，使人们将来的生活环境变得更舒适、更便利、更节能，这也意味着新世纪家居智能化发展的必然趋势。
1.2 研究目的和意义
智能家居，是一种结合各种技术向传统渗透的产物，譬如计算机技术、自动控制技术、网络技术等等。在家庭住宅里，它能实现全面、安全、舒适的居住环境以及遍布便利的通讯网络。把与家庭生活有关的联系起来，使生活更加舒适、更加安全和更加高效，具有良好的发展前景。随着科学技术的发展和物质生活水平的提高，家居不再是单纯的生活起居的场所，同时也是休闲、娱乐的地方。特别是在我国近几年的发展，智能家居已悄然走进了我国人民的生活里。就当前所融入的技术而言，智能技术呈直线上升趋势，概念也在不断的普及和成熟化，可以预见，智能家居将成为21世纪的主流。
总体来说，智能家居的发展分为三个阶段：首先是家庭电子化阶段，主要针对于单
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