基于NODEMCU ESP8266自动物联网家居照明系统的建模(SmartLi)外文翻译资料

基于NODEMCU ESP8266自动物联网家居照明系统的建模(SmartLi)

Muhammad Muttaqin A. Rahim, Nor Shazwanie Ramli,

Najwa Raihana Abdul Wahab and Rohana Abdul Karim

摘要

大多数人在外出度假时总是忘记关灯，只要他们不在，就把灯开着。这可能会导致电力的浪费。如果把灯关掉，黑暗的环境会使房子容易被盗。网络和通信系统中的技术允许我们远程控制电灯的开关，以假装房子有人住。本项目的目标是开发一种能够利用物联网技术进行远程控制的自动家庭照明系统。开发了用于家庭照明的移动应用(SmartLi)，并集成了强度和运动传感器。天黑的时候，门廊上的灯就会亮起来，如果附近有什么动静，它就会变亮。

关键词：Arduino Uno·自动灯·家居·物联网·NodeMcu ESP8266门廊

1 引言

当人们不在家的时候，总是试图防止他们的房子成为窃贼的目标。一种流行的方法是在整个假期打开门廊和家里的灯。然而，它会导致电能的浪费，尤其是在白天的时候。由于住宅建筑的大部分能源使用来自照明，因此其自动化是减少电力使用的替代方法之一。此外，尽管房子是空的，但它也可以用来模拟主人的存在，以达到家庭安全的目的。因此，控制照明系统可以消除房屋被窃贼盯上的风险。

照明系统的自动控制有两种常用的方法：(1)传感器 (2)基于智能。与基于智能的控制照明系统相比，基于传感器的控制照明系统得到了广泛的应用。这是因为，基于传感器的安装方便，成本低。同时，基于智能的需要额外的设备，如内存和中央处理器(CPU)来处理数据，因此，安装过程变得复杂。在网络和通信系统技术进步的今天，用户可以利用物联网远程控制照明系统。当主人外出度假或其他时候，物联网会更有帮助，它还可以帮助节省电力。物联网和基于传感器的应用如运动传感器的集成将有助于节约能源，因为它将触发照明系统采取一些必要的行动。例如，当在时间限制内没有检测到运动时，灯光变暗或关闭。此外，光强的变化将提供一个主人存在的额外错觉。因此，本文的目的是介绍一个名为“SmartLi”的应用程序，它能够通过智能手机和基于传感器的应用程序来控制灯光。该系统包括对周围光线强度的实时处理和检测，以及来自智能手机的信号。这种由运动触发的灯可以安装在房子外面，最好安装在入口通道。物联网系统也通过Wi-Fi网络连接到房屋照明系统中。图1和图2显示了拟议系统的概述。

图1拟议系统的概述

图2模式概述

2 相关工作

物联网是一种相互关联的计算设备，通过网络将数字对象连接起来，而不需要人与计算机的交互。这是数字化发展的新趋势，尤其是工业4.0。因此，许多研究都在探索物联网的实施。研究探讨了物联网在无人驾驶汽车中的应用。该研究的目的是通过远程控制车辆来跟踪非线性系统的状态轨迹。研究人员还考虑了合适的通信链路系统，如编码器和解码器，以提高物联网的效率。除此之外，物联网还被发现对企业有用，研究将物联网应用于客户反馈数据收集。为了了解客户的需求，对数据进行了处理。因此，需求预测提高了服务能力，增加了收入，降低了运营成本。另一个重要的物联网应用领域是农业，在研究中附加了四种类型的传感器用于数据收集。他们是：(1)气温，(2)湿度，(3)叶片湿度，(4)土壤湿度读数。每个传感器都随时间更新其读数，以便进行监视。如果读取值小于或大于标准值，则需要从其他设备执行进一步操作。例如，如果土壤湿度低于标准读数，灌溉系统就会打开水泵向田间抽水。以往的研究表明，受控照明系统是家庭自动化的一部分。Wang等人的工作证明了物联网在开灯和关灯方面的成功。无线传感器与执行器网络(WSAN)被用作连接模块。然而，控制灯光的功能非常局限于打开或关闭灯光。此外，web应用程序作为前端平台用于控制灯光和家用电器[9]的可行性也得到了探索。在这项工作中，运动传感器是用来自动打开灯时，运动检测。然而,这项研究没有考虑开灯或关灯的光强度，也没有考虑是白天还是晚上。阿萨杜拉等人也采用了类似的方法。他们使用智能手机蓝牙作为连接模块，远程控制家庭自动化系统和植物灌溉。该双系统与Android Uno集成，控制18台家用电器和两个传感器（超声波和土壤湿度），分别用于水位检测和自动植物灌溉。然而，这个项目的目的是在短距离信号覆盖范围内提供控制。与此同时，使用蓝牙是有利的，因为它消耗低能量。从已经进行的文献综述来看，物联网是提高日常生活活动效率的一个非常重要的系统。尽管之前的工作取得了成功，但在控制照明系统方面仍有进一步改进的机会，比如考虑到朝着绿色世界目标的光强。

3 提出模型

3.1系统设计

建议系统的框图见于图3及图4。本项目主要由输入、处理器和输出三部分组成，如图3所示。输入为光敏电阻(LDR)和PIR运动传感器，输出为LED 1和LED 2。PIR运动传感器作为运动检测器，控制灯的亮度。LDR作为开关门廊灯(LED 1)的指示灯，它可以感知周围环境的光强，并决定是白天还是晚上。此外，当周围环境是黑暗的时候，它会自动打开，当接收到周围环境的光线时，它会自动关闭。Arduino Uno是一个处理器，它接收输入信号，将信号处理成有意义的信息，并为智能灯光动作提供输出。而在图4中，SmartLi应用程序可以通过互联网远程直接控制NodeMcu ESP8266，给出LED 3、LED 4、LED 5的输出读数。本项目采用移动热点作为无线互联网连接方式。该系统的开发是为了方便用户远程开灯或关灯。

图3 Arduino系统框图

图4 NodeMcu ESP8266系统框图

在图5中Arduino正在通电检查光电电阻，如果光电电阻(LDR)的测量值显示在暗电平内，则会打开门廊处的LED 1。下一个条件是利用PIR运动传感器检测运动的存在性。为了激活PIR运动传感器，必须先打开LDR，然后再打开LED2。

发现表明LED2只在LDR处于黑暗环境时工作。为了避免浪费能源，LED 2打开5秒后要反复检查运动状态。如果检测到任何运动，LED 2将继续保持点亮状态。运动传感器的灵敏度和激活时间是可变的，所以运动模块有专门的电位计。而流程图如图6所示，显示LED 3、LED 4和LED 5只有按下按钮时才会打开。

3.2硬件

该系统主要由五个部分组成。他们是:Arduino Uno, PIR运动传感器，光相关电阻(LDR)， LED灯，NodeMcu ESP8266。本文提出的模型概述如图2所示。

每个组件的详细功能如下:本项目使用的组件为:

(1)Arduino Uno 。作为微控制器。它用于在整个系统中执行各种功能和操作。

(2)PIR运动传感器。充当传感器。它被用来检测一个动作。

(3)光敏电阻(LDR) 。作为传感器。它被用来检测周围的强度。

(4) LED灯-作为输出设备。它在接收电压时会发光。

(5)NodeMcu ESP8266。作为微控制器。它通过Wi-Fi连接在整个系统中执行各种功能和操作。选用NodeMcu ESP8266是因为它开机功耗小，可以连接USB-Serial。另外，它具有非常强的案板友好性，适用于不需要Arduino Uno模块的开发初学者。

表1参数的极限

图5 Arduino系统流程图

图6物联网系统流程图

4 结果与讨论

4.1最终输出结果

图7显示了只有当光照强度非常低时，门廊灯(LED 1)才会打开。因此，夜晚有人居住的幻觉就出现了。同时，如图8所示，只有当传感器检测到运动时，运动灯(LED 2)才会打开。其目的是假装主人意识到窃贼的存在。最后，通过智能手机或电脑，使用SmartLi app或任何互联网浏览器，通过互联网连接，对房间的灯光(LED 3、LED 4、LED 5)进行远程监控和控制(图9)。

4.2参数的极限

表1中所示的limit参数是对项目默认设置的度量。但是，可以将其更改或设置为更高或更低的值。它还取决于所涉及的每个组件的设置。

图7强度变化

图8运动检测

表2不同距离信号强度

4.3移动热点信号强度

物联网Wi-Fi移动热点连接测试通过改变家庭模型和智能手机之间的距离来验证我们的模型是否适合Wi-Fi距离。传播的类型是直接的视线。实验表明，LED 2、LED 3、LED 4的输出在1 - 15 m范围内打开所选的LED，工作正常。然而，Wi-Fi信号在距离家庭模式20米的地方毫无障碍地消失了。这是因为存在来自其他用户的无线干扰，移动数据的强度不足以达到最大距离，如表2所示。

图9“SmartLi”应用程序的输出

4.4讨论

当LDR处于亮状态时，没有LED被激活。但是当LDR处于黑暗状态时，LED 1就会亮起来。接下来，如果探测到运动，在LDR处于黑暗的情况下，LED 2也会亮起来。除此之外，所创建的移动应用程序用于打开/关闭LED 3、LED 4和LED 5。该系统采用LED 1的暗淡颜色，以小电流点亮，节省能源。而最亮的LED使用的是LED 2，因为它提供了一个明确的视觉门廊区域。例如，当一个人通过门廊进出房子时，LED灯有助于改善他们在晚上的视力。与此同时，它还会向房主发出任何可能的闯入警告。由于信号丢失，20米以上未建立物联网连接。然而，信号强度可以通过Wi-Fi网络和外部信号助推器来确定。

5 结论

我们提出的物联网太阳能自动照明系统(SmartLi)已经建成。LDR、运动传感器和物联网系统能够正常工作，我们成功地分析了周围的强度、运动、来自智能手机的信号，并将信息嵌入Arduino Uno和NodeMcu ESP8266板中。此外，我们还能够产生系统的输出，当黄色/黑色 LED探测到黑暗环境、移动或从智能手机接收信息并向用户显示物联网光状态时，将其作为信号显示出来。此外，我们还通过开发智能手机控制的照明系统成功实现了物联网，并为该系统开发了应用程序。

我们要感谢马来西亚彭亨大学(Universiti Malaysia Pahang)提供的资助(RDU1703233)。

参考文献

1. Selvaraj, K., Chakrapani, A.: Smart office automation system for energy saving. Int. J. Adv.

Comput. Electron. Eng. 2(9), 8–12 (2017)

2. Raimondi, F.M., et al.: Energy savings for indoor lighting in a shopping mall: a case of study.

In: 2018 Thirteenth International Conference on Ecological V ehicles and Renewable Energies

(EVER). IEEE, Monaco (2018)

3. Tran, D., Y en, K.T.: Sensorless illumination control of a networked LED-lighting system using

feedforward neural network. In: IEEE Transactions on Industrial Electronics, pp. 2113–2121.

IEEE (2014）

1. 廖海华，谢世生，董胜，杨勇:基于模糊PID的自适应照明系统设计。参见:2018中国控制与决策会议(CCDC)，第1543-1547页。IEEE,中国(2018)

5. Parsa, A., Alireza, F.: Measurement and control of nonlinear dynamic systems over the internet

(IoT): applications in remote control of autonomous vehicles. Automatica 95, 93–103 (2018)

6. Y erpude, S., Tarun, K.S.: Impact of internet of things (IoT) data on demand forecasting. Ind.

J. Sci. Tec

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[239842]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word