技术牛就是任性！国外DIY鬼才打造智慧家庭

家里养了宠物（例如宠物狗）的朋友都有一个困扰，当外出时不能随时看见家里的情况。因此，我想到了用开源硬件（Arduino）和开源软件（OpenHAB）制作一个实用的家庭自动化系统。但是这个系统并不像用智能手机控制灯光的开关那样，我主要把心思花在大量的网络传感器和及时警报等事情上。

以下是基本构思，利用Arduino可轻松连接负载和廉价传感器。通过设置，传感器上的负载可直接连上网络，所以在温度太高（太低）或者灯光太亮等情况时可以及时给你发邮件提醒。你的宠物在叫时同样可以发邮件提醒，另外你还可以在智能手机上检查传感器的状态。由于传感器节点都是无线的，所以你不需要进行以太网端口布线等事宜。

下图是连接的方法。

在这篇文章里还会介绍如何建立大量的远程无线节点，如何将这些传感器集成到一个开源家庭自动化服务器。除了在手机App上看到家里的情形外，你还可以快速收到邮件提醒和语音提示。

如下是这次设计的关键要素：

· 低成本，每个传感器节点的成本少于20美元

· 灵活性，基于Arduino的节点可允许任意一个向系统发出特定的感应需求

· 高可靠性，工作时间和无线传感范围

· 同时利用电池供电和wall-power传感器节点

以下是该设计用到的传感器：

声音传感器

可感知宠物的叫声，并且发送邮件。我用这个传感器来获得叫声的信息，并可远程打开网络摄像头监视狗吠的原因，这里还有一个计算叫声次数的计数器。

洗涤/烘干传感器

在清洗或烘干程序完成后会发出一个语音提醒，只需要通过手机App就可检查程序是否完成。

光传感器

通过手机App显示灯光的状态，可检查灯泡是出故障。

异物监视器

红外传感器可以监视房间的一切情形，并可发出声音警报和邮件提醒。

宠物跟踪器

当宠物离开时可接受提示，并在谷歌地图上显示其位置，还可以监视宠物排便的位置。

烟雾传感器

可以用此传感器来感应并发送冒烟、失火或者是液化气泄露等信息。

温湿度传感器

温度和湿度数据均在手机App中显示，你也可以启用邮件提醒功能。用OpenHAB可统计历史温度，你可以在手机上看到温度变化图表。

漏水传感器

当出现漏水情况时会发出邮件提醒和语音警报。

门、窗、抽屉和信箱安全传感器

用一个电池供电舌簧开关传感器可触发声音警报并发送邮件提醒。除了监视门、窗、信箱和抽屉之外，还可记录事发时间。

车库门监视器

用手机可在线监视车库门的开关情形，同样可设置语音提示。

通过这些传感器，房间内所有的物体都成为了物联网的一部分。

第一步：用法解释

有视频教程教你如何使用此系统，而后续的步骤是教你如何搭建系统。

1、 视频教程解释

2、无线洗衣房传感器

3、无线车库门监视器

4、无线超级传感器

5、无线门、信箱安全传感器

这次设计的优点主要如下：

· 成本低，每个传感器节点耗资少于20美元，包括无线收发器。

· 高灵活性，用wall-powered传感器和节能电池供电传感器可维持1年工作。

· 精致的用户界面，OpenHAB用户界面可在手机App显示，也可以通过其他浏览器进入。显示设备和树莓派之间的通信都需加密验证。

· 可控制其他产品，如果你家有Sonos扬声器、Insteon灯/插座或者z-wave，就可用OpenHAB来控制这些产品。

· 可集成任何传感器

下面的热图是RFM69HW无限收发器的监视范围，我是通过一个GPS模块和连有RFM69HW的Arduino一起传送坐标。一个GPS Arduino在户外，另一个Arduino在室内接收信号。用Zigbee、bluetooth、Z-wave和 wifi就不会这么便宜了。RFM69发出的915MHz频率信号穿透能力比2.4GHz无限模块强。这也是我不用nRF24L01+收发器的原因之一。

下图是OpenHAB用户界面

——本文选自电子发烧友网2014年12月《智慧家庭特刊》“EE SHOW”栏目

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第二步：材料清单和事前准备

材料清单

· 3个3.3V Arduino Clone

· 一个Arduino W5100以太网屏蔽器

· 树莓派或者你的个人电脑

· 连个10KΩ电阻

· 原型扩展板

· 2个RFM69HW无线收发器

· DH11温度传感器

· 超声波距离传感器

· 舌簧开关

· 红外传感器

· 火焰传感器

· 声音传感器

· MQ2烟感器

· 光敏电阻

· GPS模块

· 电流变换器

· 磁力计

· 伺服马达

· 杜邦电缆

· 22 gauge安装线

准备好这些材料后就可以开始了。唯一的焊接步骤是RFM69HW收发器，按照如下布线图焊接。

第三步：设计Arduino网关和OpenHAB

当你把线缆焊接到RFM69芯片上后，需要制作无线网关并且利用OpenHAB设置树莓派。用I2C连接两个Arduinos。

无线数据以数组形式从传感器节点传送到RFM网关，随后数据通过I2C由RFM网关传送到以太网网关。

设计Arduino网关

元件：

1、 两个3.3V/5V 开关Arduino Uno Clone，并设置为3.3V

2、 一个Wiznet 5100以太网扩展板

3、 一个焊接好电线的RFM69HW

一个Arduino用作RFM网关，另一个用作以太网网关。RFM网关的Arduino连接到RFM69HW，如第一步的接线图。

RFM69HW与Arduino连接

· 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连接Pin10

· MOSI连接Pin11

· MISO连接Pin12

· SCK连接Pin13

· 接地相连

· 3.3V连接3.3V

· DI00连接Pin2

将以太网扩展板放到以太网网关上，用杜邦线勾住两个Arduino。

· 接地脚相连

· Pin 4连接Pin 4

· Pin 5连接Pin 5

准备主机

接下来，将OpenHAB安装到主机上（树莓派或者电脑）。

然后，在主机上下载MQTT broker（Mosquitto）。如下是用树莓派的情形。

sudoapt-getinstallmosquittomosquitto-clientspython-mosquitto

上述步骤做完后，就可以开始设计传感器了。

第四步：车库门监视器

用超声传感器装置可以提醒车库门是否关闭，或者监视汽车是否出故障。传感器可在一定范围内监测到物体，而数据也可无线传输到网关，随后通过OpenHAB分析车库门的状态。

第五步：电池供电舌簧开关

这个电池供电无线Arduino传感器可做很多用途，可以用作安全传感，例如发出声音警报或者邮件提醒。

下图是电池供电单元工作的基本情形，可以把舌簧开关放在信箱底部，当信箱开启后就会发出信息。

按照下图铜箔面包板接线图来安装传感器。

这里需要用到：

1个ATMEGA328P-PU

1个915MHz RFM69HW收发器

1个螺旋接线柱，用来连接电池

2个1MΩ电阻，用作分压

3个0.1μF陶瓷电容

1个10μF钽质电容

1个振荡器，最好选用8MHz

2个22pF电容

1个LED

1个220Ω电容，用作LED限流

1个10KΩ上拉电阻

舌簧开关

3*6英寸带板

24Pin插槽

电池箱

在树莓派上安装MP3文件，下图是配置文件的部分代码。

rule “send email and talk”

when

Item itm_mailbox changed from OFF to ON

then

playSound（“aolmail.mp3”）

sendMail（“[e-mail]”， “subject line here” ， “email body text”）

end

电池电流损耗的测量有点棘手，如果用无线电万用表可能无法测准，我估计在睡眠模式下仅为0.mA。因为微控制器大部分时间处于睡眠模式，因此用一个4*AA电池组可以正常工作1年半。

第六步：超级传感器

我把几个传感器集成到这个无线超级传感节点，通过USB适配器供电，与网关进行无线传输。如下传感器依据需要挑选：

· 声音传感器

· 温湿度传感器

· 红外传感器

· 烟雾传感器

· 火焰传感器

· 光传感器

OpenHAB用户界面如下图，用手机进入此界面后，可以随时接受传感器的信息。一旦受到警报提示，就可以收到异常信息的邮件。

第七步：超级传感器—红外传感

这个Arduino传感器可检测房屋入侵信息，一有情况可立即向手机发送提示信息。

按照如下接线图安装，可以很明显的看到几个不同型号的红外传感器，有些是要上拉电阻。如果直接在Arduino连接输出线不能正常工作，你就需要像接线图一样添加一个上拉电阻。

第八步：超级传感器—声音感应

除了感应宠物的叫声外，还可以监视警报声的消除，传感器的灵敏度可按照需要调节。

如果需要对着传感器的麦克风发出很大的声音，LED灯才会亮则说明输出太大了，如果很小的声音也能触发LED点亮，也需要调节。

如果用的是叫声传感器，还需准备一个计数器来记录宠物叫喊的次数。下面是计数代码，当叫声警报解除后数据会被重置。因为传感器在20秒内才发送一次数据，所以计数并不准确。

项目定义

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

站点地图

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”］

规则

//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（“[e-mail]”， “bark detected” ， “dog barked！！！”）

//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：超级传感器—光传感

上图是光传感器的接线图，电阻阻值为10KΩ。

如下是OpenHAB配置

if（itm_uber1_light_mqtt.state < 350）

按照需求调整传感器的灵敏度。其他配置参照第六步。

第十步：超级传感器—温湿度传感

这里用到了数字传感器，型号为DHT11。

//#define DHTTYPE DHT11

#define DHTTYPE DHT21

同样，按照上面接线图安装，使用10K电阻。

这里设置的事每6分钟更新一次数据（36000ms）

if （time_passed> 360000）

{

float h = dht.readHumidity（）;

// Read temperature as Celsius

float t = dht.readTemperature（）;

...




——本文选自电子发烧友网2014年12月《智慧家庭特刊》“EE SHOW”栏目

第十一步至第十八步请见：