Arduino教室节能装置的开发+文献综述(6)
本系统的采用Arduino作为底层软硬件平台。Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的arduino板）和软件（arduino IDE)。是一个基于开放原始码的软硬体平台，构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java，C语言的Processing/Wiring开发环境。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino的编程是利用 Arduino编程语言 (基于 Wiring)和Arduino开发环境(based on Processing)来实现。
其中PC端的软件的单独开发难度虽然不是很大，但因其设计到与底层端设备的通信，其软件开发需要考虑到底层端程序。在此基础上，PC端程序还涉及到多窗体、多线程以及数据库编程，其难度还是比较高的。
3.1 ARDUINO硬件平台的搭建
Arduino硬件平台主要有以下四大部件组成。其中电力猫作为电力线载波通信与UDP协议的网络通信的数据包装接口，其一端直接插入教室内的二孔插座，接入校园电线网络，另一端通过交叉网线接入Arduino Ethernet W5100网络扩展板；其中Arduino网络扩展板是将Arduino Duemilanove控制板与电力猫的接口，同时是短程数据传输的接口，其一端接入电力猫，另一个通过杜邦线与Arduino控制板连接；其中Arduino控制板是整个平台的核心，能外接温度与人体红外传感器，Arduino网络扩展板以及发光二极管指示灯等设备，处理外接设备传入的数据，进行通信，控制外接设备；温度与人体红外传感器分别能将感应到教室内的温度与是否有人，通过连接Arduino控制板，将信息传给控制板，进行处理；发光二极管指示灯用来代表教室内的用电设备如日光灯、电风扇等。
3.1.1 Arduino Duemilanove控制板
Arduino Duemilanove是2009年最新生产的一款开发板，含有14个数字输入输出引脚，6个模拟输入输出引脚，16Mhz晶振，USB链接，电源插座和ICSP接头。它包含了微处理器所必须的所有元件，只需用USB连接线插入电脑即可开始使用，可简单地与传感器，各式各样的电子元件连接(如红外线、超音波、热敏电阻、光敏电阻、伺服马达等)，该设备如图3.1所示。
图3.1 Arduino Duemilanove控制板
3.1.2 Arduino Ethernet W5100网络拓展板
这款新版Aduino Ethernet W5100扩展板能使你的Arduino控制器连接到因特网。它是一块内置WizNet W5100 TCP/IP微处理器的扩展板。这款网络拓展板可通过长针脚排母（wire-wrap header）连接arduino板。使用Arduino IDE中的Ethernet库程序便可以轻松地使用这款扩展板连接到网络中。这款扩展板可同时支持4个socket的连接。
Arduino能够通过SPI口和W5100和SD卡进行通信(用ICSP头）。这个是在Duemilanove/Uno上的数字11,12,13口和Mega的50，51,52号口。这些端口不能用作一般的输入输出。
这块Ethernet板提供标准的RJ45以太网插座。扩展板上的Reset按键可以同时重启W5100芯片以及Arduino控制器。该设备如图3.2所示。
图3.2 Arduino Ethernet W5100网络拓展板
3.1.3 温度传感器与人体红外传感器
温度传感器DS18B20采用“一线总线”接口，可以轻松地组建传感器网络，提高了系统的抗干扰性，更适合于恶劣环境的现场温度测量
测量温度范围为 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。支持3V~5.5V的电压范围，系统设计灵活、方便。而且该产品便宜，体积小。DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率，精度为±0.5°C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。其中分辨率设定，及用户设定的报警温度将被存储于EEPROM中，掉电后依然保存。该设备如图3.3所示。