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综合家庭自动化系统

消耗积分:0 | 格式:zip | 大小:0.32 MB | 2022-12-15

王斌

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描述

一、简介：

曾经梦想住在一个全自动的家中吗？无论您身在世界的哪个地方，都可以通过指尖或声音控制的房子。如果有人闯入，可以直接向您的手机发送安全警报的住宅。无论您是否关灯，都能让您无忧无虑。

今天，我将向您展示一个原型，您可以通过它创建、设计和建造一个满足您需求的梦想家园。那么，让我们开始吧！

2、演示：

在此处查看集成家庭自动化的工作原型：

 

程序和警报：

 
 
 
poYBAGOYJn-AMDOIAAHUiyJK0WU580.png
 
1 / 7 •在 Ubuntu 发行版上运行的automated_led.py
 

3.配置设备控制设置：

 

poYBAGOYJo2ANN0XAAE5RcK32Ow421.png
 

 

硬件设置：

  • 将 LED 的阳极（较长的引脚）连接到 Bolt WiFi 模块的引脚 1。
  • 将直流电机的正极连接到模块的引脚 2。
  • 将蜂鸣器的正极连接到模块的引脚 3。
  • 如图所示，将每个设备的负极连接到公共地。

软件设置：

在开始创建界面的第一步之前，我们必须在 Bolt Cloud 上配置一些设置。所以让我们开始吧！

  • 登录到您的Bolt 云帐户。单击“产品”选项卡，然后单击“+ 添加产品”。
pYYBAGOYJpCAUMPzAADRpMWZsmw262.png
 
  • 选择连接作为输出设备和数据收集方法作为 GPIO
poYBAGOYJpOAJKHWAAFA-Y5CN4U997.png
 
  • 单击“配置此产品”并如上所示配置硬件设置并保存。
poYBAGOYJpuAYxCwAADw_iX3F8I196.png
 
  • 现在单击代码选项。将文件名指定为“home_automation”并选择文件扩展名作为 html。输入代码（在下一节中给出）并点击保存按钮。

我们将在下一节中学习对接口进行编码。

4. 创建界面

在本节中，我将帮助您使用 HTML、Javascript 和 CSS 设计一个界面网站，它也可以用于您的手机上的应用程序。

单击“开灯”按钮将打开您房间的灯。同样，“关灯”关闭灯。“风扇开启”和“风扇关闭”按钮将分别打开和关闭电机。“Alarm On”按钮打开蜂鸣器以发出求救信号。可以使用“警报关闭”按钮将其关闭。“自动灯”关闭所有其他灯并根据周围的亮度改变其强度。

最终外观如下所示：

 
应用界面
 
 
网站界面
 

相同的代码如下所示：

html>
<html>
    <head>
        <title>Smart Home Interfacetitle>
		<script type="text/javascript" src="https://cloud.boltiot.com/static/js/boltCommands.js">script>
        <script>
        setKey('{{ApiKey}}','{{Name}}');
        script>
		<style>
		body
		{
		background:url("https://images.unsplash.com/photo-1522444195799-478538b28823?ixlib=rb-1.2.1&ixid=eyJhcHBfaWQiOjEyMDd9&auto=format&fit=crop&w=334&q=80");
		background-size: cover;
		background-repeat:no-repeat;
		background-position:center;
                margin: 0px;
                padding: 0px;
        }
		.space { margin-top: 120px; }
		div 
		{ 
		background-color:#ffffff;
		width: 420px;
		display: flex;
		justify-content: center;
		align-items: center;
		opacity: .8;
		} 
		h3
		{
		font-size:22px;
		font-family: "Times New Roman", cursive, sans-serif;
		style>
    head>
<body>
<center>
<div class="space">div>

<div><br> 
 <center>
<h3>Experience Automation <br> at your fingertips!h3>center>
div>

<br><br><br>
<input type="button" value="Light On" onClick="digitalWrite(1, 'HIGH');" /> 
<input type="button" value="Light Off" onClick="digitalWrite(1, 'LOW');" /> <br> <br>
<input type="button" value="Fan On" onClick="digitalWrite(2, 'HIGH');" />
<input type="button" value="Fan Off" onClick="digitalWrite(2, 'LOW');" /> <br> <br>
<input type="button" value="Alarm On" onClick="digitalWrite(3, 'HIGH');" />
<input type="button" value="Alarm off" onClick="digitalWrite(3, 'LOW');" /> <br> <br>
<input type="button" value="Automated Light" onClick="digitalWrite(1, 'LOW');" /><br><br>
<br/><br/>center>

body> 
html>

代码说明：

用于表示代码是以 HTML 格式编写的。

HTML 标记标记 HTML 文件的开始和结束。

标题标签定义了我们网页的标题，它显示在浏览器的选项卡上。

将预定义的 JavaScript 导入到我们的 HTML 代码中，该代码配置和设置我们 WiFi 模块的 API 密钥和设备名称。它还提供了读取和写入我们设备的开和关值的功能。

样式标签帮助我们通过 CSS 个性化网页的外观和感觉。它设置背景图像、间距、字体和所有相关设置。

body 标签包含我们界面的实际内容。它包含我们按钮的设计及其号召性用语命令。

5. 设置语音模块：

对于这个项目，我在我们的智能手机中使用了 Google 助手，并搭配 IFTTT 服务来管理触发命令并按照它们进行操作。

从Google Playstore下载 IFTTT 应用程序，或从此处访问 IFTTT 网站。按照如图所示的说明进行注册。现在;

对于应用程序：

点击右上角的“+”按钮。

对于网站：

前往ifttt.com/create并按照如下所示的常见步骤操作。

 
 
 
poYBAGOYygKAFMreAAC_2Y8gvyw853.jpg
 
1 / 10 •单击“+”按钮
 

对所有其他命令也遵循相同的过程。将 URL 的 pin 替换为 2（风扇）和 3（蜂鸣器）和状态分别为 HIGH 或 LOW。要查找您设备的 API，请登录您的Bolt Cloud 帐户并前往 API 选项卡。选择启用并复制 API。对于设备 ID，您可以从设备选项卡复制 ID。

pYYBAGOYygWAJvQPAAC0aoFBb6s811.png
 

设置说明：

'IFTTT' 代表 If This then That 和听起来完全一样。它是一种创建简单条件语句链的服务，称为小程序。它由其他网络服务（例如 Gmail、Google 助手、按钮按下等）中发生的更改触发。如果检测到触发器，它将按照您上面的编程进行操作。

在这里，我们的语音命令 - 'Lights On' 被我们手机的麦克风检测到，然后被 Google Assistant 拾取和分析。当检测到触发动作时，Webhooks 会发出 Web 请求，以从用户输入的 URL 中获取所请求的网页。然后，它以 JSON 格式发送响应。云解码数字引脚电压必须设置为高或低的响应，从而打开或关闭设备。

6.设置警报：

在着手解开更多功能之前，我建议为项目设置警报系统。为了便于访问，我使用了最流行的警报媒介——SMS、Whatsapp 和电子邮件。

对于 SMS 和 Whatsapp，我们需要第三方应用程序的帮助。Twilio巧妙地帮助我们集成触发器以通过其任何渠道发送自动消息。注册并分别获取 SMS 和 Whatsapp 的 SID、AUTH_TOKEN 和手机号码。

对于电子邮件，我们使用简单邮件传输协议 (SMTP) 模块。不需要第三方应用程序，但您需要打开不太安全的应用程序访问，这可以从这里完成。

7.自动灯

一种根据周围环境的亮度改变其强度的光。多么酷啊？灯光将在黑暗中以最大强度发光，并随着早晨的升起而逐渐变暗，它的光芒照耀着我们的大厅。另外，如果周围的光线突然增加或减少，它也会向我们发送消息，从而表明房间里有人。所以，让我们开始建造吧！

这是如何运作的？

为了制造自动灯，我们需要一个可以检测光强度变化的传感器。光敏电阻 (LDR) 就是为此目的而设计的。它根据光的强度改变其电阻 - 光越多，其电阻值越大，反之亦然。

螺栓模块可以借助其 A0（模拟引脚）监控电压变化。现在，为了将这种电阻变化转换为电压变化，我们使用了分压器电路。因此，LDR 上拉一个与电阻变化成比例的电压。

LDR 的取值范围为 0-255，而 LED 的取值范围为 0 到 1024。为了同步这些变化，我们遵循 4:1 映射。我们将 LED 的值设置为 255 - (intensity_value_of_LDR/4)，遵循逆映射。因此，环境较暗时，LED 会比以往更亮！

异常检测：

该项目实施 Z 分数分析方法来检测周围环境中光强度行为的任何异常。

poYBAGN6xyiAHzcvAAAiM086aww357.png
Z 分数计算
 

Z-score 的计算如上所示：

  • 平均值是最后一个帧大小 (r) 值的平均值。
  • Z 分数等于乘法因子 (c) * 最后帧大小值变化的均值的平方根。
  • 阈值设置为当前值加上或减去的 Z 分数

通过这个数学公式，我们计算出阈值，即哪些光强值落入标准区域，哪些值导致异常。如果在该区域之外检测到一个点，则会通过 SMS 发送警报，指示光强度值突然增加或减少。

我们通过hit and trial方法获得乘法因子和帧大小。更多的 c 意味着更大的边界范围，更多的 r 意味着检测模式的变化。

硬件设置：

poYBAGOYygmAGb5qAACq8Pxi68g931.png
 
  • 将 LDR 的一个引脚连接到引脚 3V3，另一端连接到 Bolt WiFi 模块的引脚 A0。
  • 在 LDR 的腿和 LED 的阴极（较短）腿之间连接一个 10k 欧姆电阻器（棕色、黑色、橙色、金色）。
  • 如图所示，在 LED 的阳极（较长）引脚和模块的引脚 0 之间连接 300 欧姆（橙色、橙色、棕色、金色）。
  • 将阴极（较短）引脚连接到模块的 GND。

软件设置：

在本节中，我们将使用 Python 进行一些操作。我们必须创建 2 个 Python 文件。首先，我们将为我们的主程序创建一个名为conf.py的配置文件，并对其进行编码，如下所示：

SSID = 'You can find SSID in your Twilio Dashboard' 
AUTH_TOKEN = 'You can find  on your Twilio Dashboard' 
FROM_NUMBER = 'This is the no. generated by Twilio. You can find this on your Twilio Dashboard'
TO_NUMBER = 'This is your number. Make sure you are adding +91 in beginning'
API_KEY = 'This is your Bolt Cloud account API key'
DEVICE_ID = 'This is the ID of your Bolt device'
FROM_WHATSAPP= 'whatsapp: followed by the whatsapp no. generated by Twilio. You can find this in the Programmable SMS's Whatasapp Beta tab'
TO_WHATSAPP= 'whatsapp: followed by your whatsapp number. Make sure you are adding +91 in beginning'
FRAME_SIZE = 10
MUL_FACTOR = 6

创建单独文件的好处是用户可以在此处编辑这些凭据，它将应用于我们与警报系统集成的所有文件。

主程序名为automated_led.py，编码如下：

#importing_the_necessary_packages
import conf, json, time, math, requests, statistics 
from boltiot import Sms, Bolt 

#defining function to calculate the upper and lower bounds by Z score analysis
def compute_bounds(history_data,frame_size,factor): 
    if len(history_data)        return None

    if len(history_data)>frame_size :
        del history_data[0:len(history_data)-frame_size]
    Mn=statistics.mean(history_data)
    Variance=0
    for data in history_data :
        Variance += math.pow((data-Mn),2)
    Zn = factor * math.sqrt(Variance / frame_size)
    High_bound = history_data[frame_size-1]+Zn
    Low_bound = history_data[frame_size-1]-Zn
    return [High_bound,Low_bound] #returns the upper and lower bound

#importing configurations from the conf.py file
mybolt = Bolt(conf.API_KEY, conf.DEVICE_ID) 
sms = Sms(conf.SSID, conf.AUTH_TOKEN, conf.TO_NUMBER, conf.FROM_NUMBER)
history_data=[] #list to store the data sensed by LDR


while True:
    response_ldr = mybolt.analogRead('A0') #reading response from analog pin connected to LDR
    ldr_data = json.loads(response_ldr) #response is decoded from the JSON format
    if ldr_data['success'] != 1: #for errors
        print("There was an error while retrieving the data.")
        print("This is the error:"+ldr_data['value'])
        time.sleep(10)
        continue

    try:
        sensor_value = int(ldr_data['value'])
    except Exception as e:
        print("There was an error while parsing the response: ",e)
        continue

    print("LDR sensor value is:" + str(sensor_value)) #prints LDR value on screen
    print(response_ldr)

    led_value_1 = int(sensor_value/4) 
    if led_value_1 > 255:
        led_value_1 = 255
    led_value = 255 - led_value_1 #calculating intensity of LED in accordance with LDR
    response_led = mybolt.analogWrite('0', led_value) #setting instensity as calculated from above"""
    print("Automated LED value is: "+str(led_value)) #printing value of LED on screen
    print(response_led)

#invoking function to calculated and return the bounds
    bound = compute_bounds(history_data,conf.FRAME_SIZE,conf.MUL_FACTOR) 
    if not bound:
        required_data_count=conf.FRAME_SIZE-len(history_data)
        if(required_data_count!=0 and required_data_count!=1):
            print("Not enough data to compute Z-score. Need ",required_data_count," more data points")
        history_data.append(int(ldr_data['value'])) #appends to list of input data
        time.sleep(10)
        continue

    try:
        if sensor_value > bound[0] : #if sensor value is greater than Higher bound
            print ("The light level increased suddenly. Sending an SMS.")
            #sends SMS as programmed
            response = sms.send_sms("Someone turned on the lights") 
            print("This is the response ",response)
        elif sensor_value < bound[1]: #if sensor value is lesser than Lesser Bound
            print ("The light level decreased suddenly. Sending an SMS.")                             
            #sends SMS as programmed
            response = sms.send_sms("Someone turned off the lights")
            print("This is the response ",response)
        history_data.append(sensor_value) #appends to list of input data
    except Exception as e:
        print ("Error",e)
    time.sleep(10)

8.安全系统

安全不是所有人都关心的问题吗？你所有的贵重物品、漫画书和电子游戏都在你的公寓里。如果有人篡改您的门锁并进入您的家怎么办。你可以有一个闭路电视摄像机，但它不能给你实时通知，并且会造成损害。为了克服这个困境，我向您介绍了这个简单的入侵警报安全系统。

这是如何运作的？

每当有人打开门时，它都会穿过 PIR 传感器的视野。它检测到它发出的红外辐射，并在它的两半之间产生一个正的差异变化。Bolt WiFi 模块会接收此更改，然后将警报直接发送到我们的手机中。

硬件设置：

pYYBAGOYygyAX9zbAABr6pPlAe8002.png
 
  • 将 IR 传感器的 VCC 连接到螺栓模块的 5V。
  • 将 IR 传感器的 GND 连接到螺栓模块的 GND。
  • 将 IR 传感器的 OUT/DATA 连接到螺栓模块的引脚 4。

注意：您可以使用具有与所示相同连接的 PIR 传感器。

软件设置：

创建一个名为 intruder_alert_system.py 的 python 文件并将其编码如下所示：

import conf, json, time, requests #importing the required packages
from boltiot import Sms, Bolt
import smtplib
from email.mime.text import MIMEText
from email.mime.multipart import MIMEMultipart

#configuring the email settings
email = 'Your_email_id'
password = 'Your_email_password'
send_to_email = 'Recipient's_Email '
subject = 'Intrusion'
message = 'Someone Entered!'

msg = MIMEMultipart()
msg['From'] = email
msg['To'] = send_to_email
msg['Subject'] = subject

msg.attach(MIMEText(message, 'plain'))

#SMS configuration
sms = Sms(conf.SSID, conf.AUTH_TOKEN, conf.TO_NUMBER, conf.FROM_NUMBER)
#Whatsapp configuration
sms_whatsapp= Sms(conf.SSID, conf.AUTH_TOKEN, conf.TO_WHATSAPP, conf.FROM_WHATSAPP)

while True:
    response = requests.get('http://cloud.boltiot.com/remote/your_api_key/digitalRead?pin=4&deviceName=your_device_id') #getting response from PIR sensor
    data=json.loads(response.text) #decoding the response obtained in JSON format
    print(data)
    sensor_value = int(data['value'])
    if sensor_value == 1: #Sensor picked up reading
        print("Motion Detected!")
        print("Sending SMS...")
        server = smtplib.SMTP('smtp.gmail.com', 587)
        server.starttls()
        server.login(email, password)
        text = msg.as_string()
        server.sendmail(email, send_to_email, text) #Email Delivered
        sms.send_sms("Intruder Alert!") #SMS sent
        sms_whatsapp.send_sms("Intruder Alert!") #Whatsapp Successful
        server.quit()
    elif sensor_value ==0:
        print("SENSOR IS READY")
    time.sleep(5)

9. 整合一切：

在舒适的休息室休息时，您可以通过指尖和语音命令体验自动化的力量。您可以通过运行automated_led.py 来享受您的个人自动灯的乐趣

当您因日常事务而离开家时，您可以运行 intruder_alert_system.py，在野外无忧无虑地游荡，知道您的个人系统会提醒您任何闯入事件。

最终的集成电路和所有代码如下所示。


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