基于Arduino的智能空调控制系统的制作方法

基于arduino的智能空调控制系统
技术领域
[0001]
本实用新型涉及智能控制技术领域，尤其是涉及基于arduino的智能空调控制系统。


背景技术：

[0002]
传统的空调控制系统在内部一般采用单片机作为中心控制，采用温湿传感器作为外围传感器单元，而外部控制端一般采用红外遥控器作为外部的主要控制，这样的传统设计一般会传感器数据采集集不够全面并且主控数据处理能力较弱，同时红外遥控与控制器之间的通信方式意味着控制范围太过于局限，不能达到更远程、更方便、更智能的目的。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型的目的在于提供基于arduino的智能空调控制系统。
[0004]
为实现上述目的，本实用新型采用以下内容：
[0005]
基于arduino的智能空调控制系统，包括：主控模块、wifi通讯模块、温湿度传感器、pm2.5浓度采集模块、移动终端、制冷装置和净化装置、稳压模块、继电器和电源模块，所述移动终端通过wifi 通讯模块与所述主控模块进行无线通信，所述主控模块分别与温湿度传感器、pm2.5浓度采集模块和继电器电连接，所述继电器分别与所述制冷装置和净化装置连接，所述电源模块通过所述稳压模块给主控模块供电。
[0006]
优选地，还包括显示模块，所述显示模块与所述主控模块电连接，用于显示所述温湿度传感器和pm2.5浓度采集模块采集的数据信息。
[0007]
优选地，所述pm2.5浓度采集模块为pms5003激光粉尘传感器。
[0008]
优选地，所述主控模块采用型号为arduino nano v3。
[0009]
优选地，所述温湿度传感器采用型号为am2302。
[0010]
优选地，wifi通讯模块采用型号esp8266。
[0011]
优选地，所述移动终端为智能手机或pc机。
[0012]
优选地，还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述主控模块电连接，用于根据所述温湿度传感器、pm2.5浓度采集模块分别采集的数据信息是否超过预设阈值而发出声和/或光预警信号。
[0013]
本实用新型具有以下优点：本实用新型以arduino作为空调控制的主控以及驱动wifi通讯模块以及搭载温、湿度传感器、激光粉尘传(pm2.5)感器等作为数据采集单元，通过开发一款安卓手机应用，使用移动终端，例如智能手机的wifi与之进行局域网连接通信，手机作为远端通信控制的方式用来代替传统的红外遥控器遥控的方式，相比传统空调设计方案，我们智能主控的性能更加强大、功耗更低，传感器数据采集更加智能全面，同时增加pm2.5空气净化功能，无线可控制范围更远等优点，推动今后的物联网界智能家居的发展与实现。
附图说明
[0014]
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0015]
图1是本实用新型的基于arduino的智能空调控制系统的原理框图；
[0016]
图2是实施例一中pms5003激光粉尘传感器的原理图；
[0017]
图3是实施例一中主控模块的原理图；
[0018]
图4是实施例一中主控模块的封装图；
[0019]
图5是实施例一中pcb板的原理图；
[0020]
图6是实施例一中的稳压电路图；
[0021]
图7是实施例一中的稳压电路的排针替换原理图；
[0022]
图8是实施例一中的外接电路图；
[0023]
图中，各附图标记为：
[0024]
1-主控模块，2-wifi通讯模块，3-温湿度传感器，4-pm2.5浓度采集模块，5-移动终端，6-制冷装置，7-净化装置，8-稳压模块，9
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继电器，10-电源模块，11-显示模块，12-蜂鸣器。
具体实施方式
[0025]
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
[0026]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0027]
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0028]
实施例一
[0029]
如图1至8所示，本实用新型基于arduino的智能空调控制系统，包括：主控模块1、wifi通讯模块2、温湿度传感器3、pm2.5浓度采集模块4、移动终端5、继电器9、制冷装置6和净化装置7、稳压模块8和电源模块10，所述移动终端5通过wifi通讯模块2与所述主控模块1进行无线通信，所述主控模块1分别与温湿度传感器3、 pm2.5浓度采集模块4、显示模块11、蜂鸣器12和继电器电9连接，所述继电器9分别与所述制冷装置6和净化装置7连接，所述电源模块10通过所述稳压模块8给主控模块1供电。具体说明如下：
[0030]
一、应用硬件
[0031]
1.1、温湿度采集模块3
[0032]
本实用新型中温湿度采集模块3选用了如图2所示的am2302温湿度复合传感器，am2302数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专
用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与良好的长期稳定性，传感器包括一个电容式感湿元件和一个ntc测温元件。它采用四针脚封装、使用标准的单总线接口，具有高精度、性能稳定、价格合理等优点。主要的参数如下表1所示。
[0033]
表1 am2302主要参数
[0034]
vcc工作电压3v到5v最大工作电流2.5毫安温度的测量范围值、精度-40℃～80℃、
±
0.5℃湿度的测量范围值、精度0-100％、
±
2～5％
[0035]
1.2、pm2.5浓度采集模块4
[0036]
本实用新型中pm2.5浓度采集模块4选用了攀藤科技的pms5003 激光粉尘传感器进行室内外pm2.5检测，它使用激光散射的原理，即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度收集散射光，得到散射光强随时间变化的曲线，进而微处理器利用基于米氏(mie)理论的算法，得出颗粒物的等效粒径及单位体积内不同粒径的颗粒物数量。pms5003原理图如下图2。pms5003激光粉尘传感器主要参数如下表2所示。
[0037]
表2 pms5003主要参数
[0038][0039][0040]
1.3、wifi通信模块2
[0041]
本实用新型的wifi通讯模块2采用esp8266，esp8266是一款高集成度、低能耗、体积小、性能稳定且价格低廉的wifi芯片，它工作温度范围-40℃到+125℃，它具有完整的tcp/ip堆栈和微控制器功能，可实现tcp/ip连接，并且实现wifi与串口之间的转换。
[0042]
esp8266能够支持三种工作模式，也就是sta、ap以及sta+ap兼容的模式，sta模式是通过路由器和互联网连接，手机或者电脑可以通过互联网对设备进行远程控制，ap模式
则以esp8266模块作为热点，实现手机或者电脑直接和esp8266模块进行通信，达到局域网无线通信控制的请求，也就是本系统设计所采用通信的一种方式，而 sta+ap是两种模式加强版，也就是能够通过互联网控制实现无缝切换，方便用户操作。
[0043]
1.4、显示模块11
[0044]
本实用新型显示模块11选用屏幕显示控制芯片为ssh1160，oled 显示屏，它大小为1.3英寸、分辨率为64
×
128，它四个引脚分别为 vcc电源脚、gnd接地、scl时钟脚、sda数据脚。采用iic接口。其中sda数据脚接入arduino nano的a4引脚，arduino nano主控的 a5引脚，显示屏供电电压为5v。arduino nano通过加载u8lib类库，调用字库函数，设定好想要显示的参数内容即可以用来显示当前传感器数据和设置状态参数，给用户直观的实时信息。
[0045]
1.5、主控模块1
[0046]
主控模块1采用型号为arduino nano v3，arduino是目前比较流行与优秀的开源硬件平台，优势是开发难度不大，功耗低，功能强大，广泛适用于物联网以及自动化领域。arduino主控我们选用的是 arduino nano它是基于atmega328p的arduino开发板，它具有14 个数字i/o口，6个模拟i/o口，1个复位开关，1个icsp下载口，支持usb接口，可以通过usb接口供电，也可以使用单独的电源供电。其中引脚rx、tx,分别用于串口收、发数据。主要参数如表3所示，arduino构成的最小单片机原理图如下图3，封装图如下图4所示。
[0047]
表3 主控主要参数表
[0048]
微控制器atmega328p工作电压5v时钟频率16mhzsram2kbflash32kbeeprom1kbpmw引脚6个adc模拟输入通道6个数字i/o引脚14个
[0049]
1.6、继电器9
[0050]
本实用新型中继电器9采用双路光耦继电器，通过主控对其发出高低电平来控制光耦隔离进行开放闭合，此双路继电器由低电平触发，即nano主控输出低电平信号时，继电器9此时常开端会闭合，此时负载电路通电，模拟控制大电流设备，继电器9与主控模块1接法：继电器9的vcc接5v，in1、in2接入主控信号端(d7，d8)， no口负载接入为常开态，com口接入公共端，nc为负载接入常闭态。
[0051]
二、pcb电路设计与制作
[0052]
2.1 pcb设计概要
[0053]
本系统设计需要连接温湿度传感器3，pm2.5浓度采集模块4，继电器9、显示屏与制作稳压电路，所以需要制作pcb，目的是保证了系统的各个模块具有更高的集成度，走线美观与系统运行更稳定性，所以采用设计pcb集成电路制作，使用altium designer 10进行本系统的pcb的设计，本实用新型的pcb设计与制作过程主要分为几个步骤，首先是列举出本
实用新型系统的传感器元器件清单，第二步用altium designer画出原理图，原理图在这里都是用排针来代替传感器的引脚；第三步建立pcb，然后设置合适的大小，调整合理的线路之间的间距，最后手动进行布线；第四步利用打印机打印设计好的pcb图到黄色的转印纸上，再使用实验室的热转印机转印到覆铜板上，接着放到电路腐蚀箱进行pcb电路腐蚀；第五步待腐蚀完成后清洗后用打孔机进行打孔，接着就是对着pcb的焊盘进行焊接后用万用表测试线路是否通路，这样我们的pcb板子就制作完成，最后直接传感器插入对应的排针孔内就可以，如图5所示。
[0054]
2.2 主控模块1管脚与各元器件连接清单
[0055]
主控模块管1脚与各元器件连接清单信息如表4所示。
[0056]
表4 连接清单
[0057][0058]
2.3 7805cv稳压输入
[0059]
arduino nano的输入电压是5v，而本实用新型外部采用2节18650 锂电池进行供电，也就是7.4v外部直流供电，搭配使用7805cv和一个220μf电解电容、一个47μf电解电容、两个33瓷片电容、进行降压稳压到5v稳压电路来保护主控的安全运行。以下是7805cv稳压电路，我采用脚针方式来代替元器件放置，这样做的目的是做成pcb 板子之解穿孔后焊接排针，之后直接把稳压芯片和四个电容插入就是符合要求的5v稳压电路了。图6为原理图，图7是排针替换的原理图。
[0060]
第三部分是二路继电器9与外部供电和模拟制冷压缩机(大风扇) 和净化压缩机(小风扇)之间的电路连接，如图8所示。
[0061]
2.4 pcb布线与成品
[0062]
整个pcb采用的是单面板，采用的是手动布线，底板有四条跳线。
[0063]
三、系统的功能测试
[0064]
3.1、传感器测试
[0065]
测试给出了如表5所示的温度测试表，表6给出了湿度测试表，表7给出了pm2.5测
试信息。
[0066]
表5 温度测试
[0067][0068]
表6 湿度测试
[0069][0070]
表7 pm2.5测试
[0071][0072][0073]
3.2、功能运行稳定测试
[0074]
表8为安卓app控制测试：控制命令响应率在90％到100％，出现不响应原因是连续按下过快，系统处理未及，系统响应延迟平均在 0.6s左右，表9为物理按钮测试，控制命令响应概率为100％，准确率100％，延时0.3秒左右。
[0075]
表8 app控制测试
[0076]
指令测试次数响次数应响应概率延时准确率连接201890％0.6s100％open201995％0.7s100％
close2020100％0.7s100％up201995％0.5s100％down201890％0.5s100％
[0077]
表9 物理按钮测试
[0078]
指令测试次数响次数应响应概率延时准确率开2020100％0.3s100％关2020100％0.3s100％加2020100％0.3s100％减2020100％0.3s100％
[0079]
本系统从20：51到22：52连续运行工作121分钟后，不定期调整设定值，系统运行正常，各个元器件的测试情况如表10所示。
[0080]
表10 元器件测试
[0081][0082]
显然，本实用新型基于arduino的智能空调控制系统的实施例，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

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