关键字 |
| Arduino云板，伺服电机，Wi-Fi。 |
介绍 |
嵌入式系统 |
| 20世纪60年代以后，嵌入式系统[1]在世界范围内得到了迅速的发展，可用于各种实时应用。嵌入式系统是电气、机械和计算机软件设备的一部分。该系统设计用于各种环境下的高效输出。大多数嵌入式系统不是独立的设备，可以在Linux、Windows和Mac OS等操作系统上运行，它的设计目标是高性能、安全性、可用性、存储和维护。嵌入式设备有很多，比如手机、电脑、电子产品、洗衣机、飞机等等。大多数嵌入式系统都包含微处理器和微控制器。该项目旨在使用Wi-Fi在家中或建筑物的任何地方打开一扇门。这使得用户打开一扇门要么从笔记本电脑或在移动电话与android应用程序。这个项目背后的想法是通过Wi-Fi在我们家或组织的任何地方通过单一位置关闭或打开门，因为现在许多地区都可以使用Wi-Fi传输信号。这是在残疾人或儿童独自在家时进行的。 Here Arduino Yun Board, Wi-Fi and Android Application playing a major role. |
无线网络 |
| Wi-Fi[2]是一种允许电子元件利用无线电波交换数据的局部区域无线技术。通过添加一些高质量的协议(如WPA和WPA2)，该技术增加了更多的安全性。启用Wi-Fi的设备可以连接到互联网访问数据和传输信息。它的工作频率范围为2.4 GHz、3.6 GHz以及更高的5 GHz。距离覆盖范围最大90至100米，并根据Wi-Fi路由器的通信设备扩展更多。它的比特率为600mbps。在proposal work中，内置在Arduino云板中的Wi-Fi允许授权用户与之交互。通过使用这种无线通信，信号在动态环境中从移动设备或平板设备传输到接收端，用于锁定或解锁门。 |
Arduino云板 |
| Arduino[3]是一个开源的简单工具，可以感知、监控、存储、控制比桌面电脑更多的应用程序。Arduino板设计用于与各种环境交互，从传感器获取输入和输出，使用软件或人机交互控制开关、设备。 |
| Arduino云板视图如图1所示。其中包含许多产品，如板，盾牌和套件;每个人根据情况执行不同的功能。在我们的工作中，使用的Arduino板名为Arduino Yun Board，重量为32克，长度和宽度为(73mm X 53mm)，它是在2013年9月才推出的。该板的主要优点是它拥有内置Wi-Fi (IEEE 802.11b/g/n)支持，USB端口，Micro - SD卡插槽，3个复位按钮，一个在线串行编程头，16 MHZ晶体振荡器，包含20个数字输入/输出引脚和12个模拟通道。Arduino云板通过USB接口5V供电，并带有接地脚。 |
Arduino云微控制器 |
| 微控制器是一种用于特定任务的微型计算机，它在单个集成电路上包含内存、存储、输入和输出程序。在Arduino Yun Board中，内置了ATmega32u4，用于执行上述操作。ATmega32u4的引脚输出如图2所示。该微控制器是低功耗、高性能的AVR 8位微控制器，具有先进的RISC架构。该微控制器拥有一个具有32K字节的系统内自编程闪存，2.5K字节的内部SRAM, 1K字节的内部EEPROM。它支持高达12mbit /s和1.5Mbits/s的数据传输速率，12C和SPI通信。它代表2.0的USB规范。该微控制器具有一些功能，如空闲，省电，下电，待机，扩展待机和ADC降噪。2.7V产生的最大频率为8MHz，最大通用工作寄存器为32 X 8。 |
伺服电机 |
| 伺服电机[4]是一个利用位置反馈来控制角位置、速度和目标位置的旋转驱动器。伺服电机工作在闭环环境中，具有高性能，而不是步进电机和感应电机。在我们的工作中，我们使用图3所示的HS-311伺服电机连接Arduino云板。这个伺服拥有所有的性能和可靠性的功能，我们期望在昂贵的伺服电机。尺寸为40mm X 20mm X 37mm，速度为0.19 /秒，站立重量为43克。结合树脂齿轮和SMT电路电机连接到Arduino板使用三个引脚。 |
相关工作 |
| 在设计智能家居系统时，有一些因素是必须考虑的。这些因素可用于各种应用。当今智能家居系统以价格的高低、安全性的高低、效率的高低扮演着重要的角色。本系统采用蓝牙、短消息服务、Internet等控制机制，并利用微芯片实现了智能家居技术。在[5]中，作者使用了android移动设备，允许安全系统与其接口。蓝牙用于移动设备与安防系统之间的通信。手机上的锁门指令正常发送到门上。这种通信只发生在短距离内(10米以下)。如果设备操作距离超过上述点距离，则绝不允许门打开或关闭。在[6]中，作者表示可以通过无线遥控器实现门锁和解锁机制。这种通信只有在人靠近门的时候才会发生，因为红外信号从遥控器传输到门的接收器只通过一个较矮的游侠。 This work also never allows the user to operate the door from longer distance. In this paper [7], author used an android mobile phone for locking and unlocking a door instead of a PC. Here Arduino Uno board is used in the receiver side, which receives the signal from the user and performs the task. This communication also occurs only for a short ranger and the locking and unlocking task can be performed by an unauthorized person also because of lack in security. The Arduino Uno board Supports the HC-05 Bluetooth module and never allows for large range. |
| 在[8]智能家居设计应用程序，允许业主通过互联网管理他们的家。它需要一台PC机来将信息传输到互联网，因此PC机被用作服务器，增加了价格和功耗，而其他人则需要网页托管，这也需要额外的成本。这里说，使用PC需要相当大的成本，可以通过使用微控制器来降低成本。在[9]中，作者设计并开发了低成本、灵活的家庭自动化系统。Arduino BT板用于通信，手机和板之间通过无线传输信息。在这个板上没有Wi-Fi模块，它将单独嵌入。这里使用了一些安全机制来保护设备。即使实现了安全，它也不允许设备从更远距离传输，即使是从家里。在[10]中，作者利用Zigbee技术对家庭设备进行监控和控制，并配合单片机传感器进行门锁和开锁。手机在不影响可靠性的前提下支持便携性。 Zigbee is a widely deployed standard for providing communication between sensors in low data rate of 250 kbps wireless networks. They low power digital radios with less energy efficient and it faces an access delay communications simultaneously and transmission distance increased only few distance by overcoming Bluetooth |
提出工作 |
| 所提出的工作包括三个部分:框图、系统设计和流程图。图4所示的所有部分的组合用于提供有效的输出。允许带有android应用程序和无线局域网的移动或笔记本电脑通过802.11b/g/n协议向Arduino云板传输信号。固定在板子上的无线局域网模块接收发射的信号并发送给微控制器。微控制器将数据传递给伺服电机，以便对门进行操作。本文提出了一个完整系统的工作原理和设计方案。本设计工作体系由三个主要部分组成。它们是Arduino云板，伺服电机和Android应用程序。 |
系统设计 |
1.Arduino云板 |
| 最初采用Arduino云板的尺寸(长73mm X宽53mm)，使用嵌入其中的微控制器(ATmega32u4)中的源代码绘制。此源代码是为伺服电机和Wi-Fi信号启用和禁用而编写的。在绘制Arduino板后，它被固定在柜子后面的门上。5V的电源通过USB线从附近的Switch board供电。在Arduino板中，Wi-Fi是内置的，因此需要在其上嵌入任何Wi-Fi Shield。 |
2.伺服电机 |
| 伺服电机也固定在储物柜后面，并使用Arduino Yen Board的电线连接。伺服连接使用三根线用于数据传输，这是连接在数字引脚9，然后其余两个引脚连接到地面和电源(Vcc)。位于伺服电机顶部的轴通过导线与储物柜连接，以便根据Arduino Board的查询进行旋转。 |
3.安卓应用程序 |
| 在用户端(移动，笔记本电脑或平板电脑)，安装用于传输查询的Android应用程序，并通过Wi-Fi将查询传递到Arduino Board。位于特定距离的Arduino云板将Wi-Fi信号读取为“0”或“1”。Android应用程序包含两个选项，如锁定和解锁。如果用户在特定设备(手机或笔记本电脑)上按下Lock按钮，Wi-Fi信号向Arduino云传输，并将信号读取为1，即如图3所示，将伺服电机顺时针从0°旋转到180°，从而锁门。假设用户想要解锁一扇门，按下解锁按钮，信号传递到Arduino云板，Arduino云板将信号读取为0。该信号允许伺服电机在图3中逆时针方向从0°旋转到180°。最后以流程图的形式展示了整个体系结构的工作。 |
| 微型计算机体积很小。显示用户按下锁定按钮时，手机Wi-Fi模块的信号到达Arduino云板。然后Arduino云板的微控制器允许信号向伺服电机传播。伺服电机接收信号后进行锁紧、解锁操作。各系统组件的功能如表1所示。 |
流程图 |
| 流程图既包含Android应用程序的性能，也包含Arduino云板。最初，应用程序被启用，并允许Wi-Fi向Arduino无线局域网模块发送信号。无线局域网模块读取信号并传递给微控制器。读取信号后，如果信号是“1”，它允许伺服电机轴在顺时针方向和门锁旋转。然后该进程停止，并将消息发送给android应用程序，称门锁上了。如果信号为' 0，则允许伺服电机轴逆时针旋转以解锁门。最后，它向移动或笔记本电脑Android应用程序发送一个确认。 |
软件平台 |
| Arduino云板所使用的编程语言基于Arduino Open Source IDE 1.0.5[11]所绘制的C语言，适用于Windows、Mac和Linux操作系统。在这个IDE中，Wi-Fi库和UDP支持是可用的，这使得用户在没有任何TCP连接的情况下广播数据。它还支持Arduino Robot和TFT屏幕，并允许将程序编译到ARM处理器。它拥有许多默认库，用于在Arduino板上执行许多应用程序。另一端，Android应用程序[12]是使用Android开发工具(ADT)和Android软件开发工具包(SDK)开发的，Android软件开发工具包是应用程序开发的开源。 |
结果分析 |
| 在完成任务后，将分析使用Wi-Fi比现有工作更有效的输出结果。手机发出的信号要传播1亿多米。用户在家中任何地方都可以操作门，而无需靠近门。Wi-Fi通过固定接入点连接到互联网。“接入点”是Wi-Fi通常需要的一种额外设备，允许设备连接并一起工作。这项工作对不能远距离工作的残疾人更有用。内置Wi-Fi的ATmega32u4微控制器允许600 mbps的数据速率和2.4 MHz的频率，与现有的蓝牙(IEEE 802.15.1)和Zigbee (IEEE 802.15.4)技术相比，它更安全，只支持更短的距离和更少的可访问性。 |
结论及未来工作 |
| 这个项目的最终结果是通过一个android应用程序和Arduino云板成功地实现了门的解锁和锁定功能。与蓝牙相比，Wi-Fi允许用户在更远距离与电路板进行交互。这里的主要优势是使用Arduino云板，许多学者正在为未来的目的进行研究。此外，整个系统更有吸引力，它允许我们与环境互动。在未来，这个Arduino云项目将通过GPRS进一步增强，以便从任何位置执行锁定和解锁操作。 |
表格一览 |
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| 表1 |
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数字一览 |
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参考文献 |
- Raj Kamal，“嵌入式系统-介绍”，出版物:McGraw-Hill Education。
- Wi-Fi技术，技术跟踪部，2003年。
- http://arduino.cc/en/Guide/HomePage
- 伺服电机控制和Arduino，未来电子有限公司，埃及。
- Potts。J和Sukittanon。杨晓明，“蓝牙技术在移动设备安全中的应用”，电子工程学报，vol.22, pp 94-97, 2012。
- Alecsandru。R, prueshner . w .和Enderle.J.。D，“遥控门锁控制器[残疾人]”，IEEE生物工程会议，第22卷，第47-48页，1999。
- 利亚·卡米利亚，阿尔芬·诺哈桑S.R，马达·桑贾亚。w。年代，and Edi Mulyana, ”Door-Automation System using Bluetooth-based Android for Mobile phone,” vol. 9, no. 10, October 2014.
- 赵秀文，“基于Android的智能家居系统”，《计算机网络与通信》，2014年第6卷，第1期，pp. 33-43。
- Priyare。R, Suva和Tazil。杨晓明，“基于蓝牙技术的手机家庭自动化系统”，第15届国际消费电子学术研讨会，2011
- S. Kanagamalliga, Dr. S. Vasuki, A. vishnu Priya, V. Viji，“基于Zigbee和嵌入式的安全监控系统”，国际信息科学与技术杂志(IJIST) Vol.4, No.3, 2014年5月
- http://arduino.cc/en/main/software
- RetoMeier，“专业Android应用程序开发”，wiley Publishing,2009.https://developer.android.com/sdk/index.html?hl=i
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