使用传感器、Wi-Fi、ThingSpeak 和云端自动化，构建一个智能 Arduino 报警系统，并通过电子邮件接收警报

引言

在这个项目中，你将学习如何使用Arduino构建一个智能报警系统。当有人靠近传感器时，系统会触发警报，并向用户发送电子邮件通知。

这是一个适合初学者的物联网项目，将传感器、云服务和无线通信技术结合在一起，构建出一套实用的安全系统。

项目

要构建此项目，你需要：

•Arduino UNO

•I/O 扩展板

•超声波传感器

•红色LED

•蓝色LED

•I2C LCD 模块

•Wi-Fi物联网模块

•以及几根跳线

首先将I/O扩展板连接到Arduino板上，这样可以大大简化并使布线更加整洁。

接下来，将红色LED连接到数字端口2，蓝色LED连接到数字端口3。

现在连接Wi-Fi物联网模块，将D/T引脚连接到数字端口4，将C/R引脚连接到数字端口5。

之后，连接超声波传感器。三极管引脚连接到数字引脚8，而回波引脚连接到数字引脚9。

最后，连接I2C LCD模块。将SCL引脚连接到A5，将SDA引脚连接到A4。

如果需要额外帮助连接元件，请务必按照本项目提供的电路图(见下文)进行操作。

另外，请在启动系统前将Wi-Fi模块设置为UART模式。

赞助商

在继续之前，我想感谢今天的赞助商：DFRobot。

如果你还不了解他们，DFRobot 是面向学生、创客和工程师的开源硬件领先供应商之一。

本项目由他们提供了MindPlus Arduino编程套件。该套件专为初学者设计，包含多个组件，帮助新手迈出进入Arduino生态系统的第一步。

使用这样的套件可以显著提升学习体验，因为它将多个项目所需的所有必要硬件都集成在一个套装中。

再次感谢DFRobot对本项目的支持。

云

为了使报警系统正常工作，我们需要配置Arduino在报警触发时向云端发送数据。

此云数据将触发一个脚本，用于向用户发送电子邮件通知。

对于这个项目，我们将使用 ThingSpeak，因为它易于使用，即使对免费账户也提供了许多实用功能。

首先创建一个 ThingSpeak 账户并登录。

创建频道

第一步是创建一个通道。通道用于接收和存储来自Arduino板的数据。

前往：

频道 → 我的频道 → 新建频道

给频道起个名字，比如“智能警报”。

然后创建一个名为“触发”的字段。

然后向下滚动，点击“保存频道”。

创建 MATLAB 脚本

现在频道已经准备就绪，我们需要一个脚本来分析传入的数据并发送电子邮件通知。

前往：

应用 → MATLAB 分析 → 新建

在模板下，选择：“从私有频道获取数据”，然后点击“创建”。

将出现一个包含 MATLAB 代码的新页面。我们不会使用此默认代码，因此您可以安全地将其删除。

本项目的正确代码可在本系列的 GitHub 仓库中找到。

复制名为 smart-alarm-matlab.m 的文件内容

然后将代码粘贴到 MATLAB 编辑器中。

在脚本开头，您会看到三个需要替换为自身信息的变量：

•频道ID

•alertApiKey

•readApiKey

查找所需密钥

要查找频道ID，请打开您之前创建的频道。频道ID会显示在页面顶部。

要查找读取API密钥，请打开“API密钥”选项卡并复制相应的密钥。

最后，要找到警报 API 密钥，请点击右上角的头像，打开“我的个人资料”。

在页面底部，您会找到 Alerts API 密钥。

一旦获得这三个值，就将它们粘贴到 MATLAB 脚本中。

创建时间控制规则

在给Arduino板供电之前，我们还需要配置一个最后的设置。

很遗憾，免费的 ThingSpeak 账户无法持续运行 MATLAB 脚本。

为了解决这一限制，我们将创建一个时间控制规则，定期运行脚本并检查是否有更新。

前往：

应用 → 时间控制 → 新建时间控制

给它取一个名字，例如：“智能闹钟时间控制”。

然后配置以下设置：

•类型：重复

•单位：分钟

•间隔：5分钟

在“操作”下，选择：MATLAB 分析。

然后选择你之前创建的 MATLAB 脚本。

最后，点击“节省时间控制”。

脚本现在将每5分钟运行一次，检查是否触发了警报。

由于我们使用的是免费账户，因此不会立即发送电子邮件通知。如果您需要实时监控，可以考虑升级到付费的 ThingSpeak 计划。

上传Arduino代码

现在返回 GitHub 仓库，复制名为 smart-alarm-system.ino 的 Arduino 蓝牙板程序。

将草图粘贴到Arduino IDE中。

上传代码前，请确保安装以下库：DFRobot_RGBLCD1602。

您还必须将以下变量替换为您的个人信息：

SSID

•密码

•apiKey

apiKey 是 ThingSpeak 写入 API 密钥，您也可以在频道的 API 密钥部分找到它。

更新凭证后，将代码上传到Arduino板。

结果

系统上电后，Arduino 首先初始化 Wi-Fi 模块，并尝试连接到互联网。

连接后，系统开始监控超声波传感器。

每当有人靠近传感器时，警报就会被触发。

LCD显示屏会显示警告信息，同时LED灯交替闪烁。

同时，Arduino 将数据上传到 ThingSpeak。

几分钟后，用户收到一封电子邮件通知，告知警报已被触发。

真的很酷，对吧?

代码

现在让我们来了解Arduino程序是如何工作的。

程序开始时，会创建多个变量和对象，包括Wi-Fi凭据和LCD配置。

在 setup() 函数内部，Arduino 会初始化与串口监视器、LCD 模块和 Wi-Fi 模块的通信。

系统会等待互联网连接成功建立后，才会继续执行。

主逻辑在 loop() 函数内部运行。

当超声波传感器持续测量距离时，Arduino 也会在内部记录时间。

如果一分钟内未检测到附近任何物体，板子会向 ThingSpeak 发送 0 的值。

但如果有人进入检测区域——即距离传感器10厘米或更近——警报就会被触发，Arduino会将值1发送到云端。

在此系统中：

•1 表示“触发警报”

•0 表示“警报未触发”

在 ThingSpeak 内部，MATLAB 脚本会分析过去 5 分钟内上传的所有数据。

如果脚本发现至少有一个值等于1(值 > 0)，则认为警报已触发，并向用户发送电子邮件通知。

如果未找到值1，则不发送邮件。

此验证流程极为重要，因为它可以防止不必要的邮件被反复发送。

ThingSpeak 还包含反垃圾邮件保护功能，短时间内发送过多邮件可能会触发垃圾邮件过滤器。

本文编译自hackster.io