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智能家居管理系统

专家
2014-03-04 17:09:32    评分

作者:西安邮电大学 闫昊 梁攀峰 张骋

指导教师:杨乐

 

  作品简介

   开发背景

  目前,智能家居技术的提出与发展突破了将物理设备和信息传送分开的传统思维,实现了物与物的交流,体现了大融合理念。它能够使我们的家庭更加自动化,提升家庭的生活品味。

  我们团队开发的“智能家居管理系统”能够实时显示时间;监控室内有毒气体的浓度变化;实时监控设备运行环境的温度情况。另外还可以通过红外遥控控制窗帘的开关和风扇开关及档位。设备在实际应用当中监控较为准确,控制较为稳定,具有一定的应用价值。

  1结构说明

  自动控制部分:

  温控模块

  有毒气体检测模块

  手动控制部分:

  红外遥控控制窗帘开关模块

  红外遥控控制风扇开关及档位模块

  2 功能与使用说明

  我们开发的智能家居系统包括自动控制和手动控制两部分,自动控制包括检测当前温度并自动控制风扇的开关及档位,检测室内有毒气体浓度并实现报警,手动控制包括用红外遥控控制窗帘的开关,用红外遥控控制风扇的开关及档位,其中,手动控制的优先级高于自动控制的优先级。另外由DS1302构成的时钟模块提供的实时时钟信息也能主控屏上显示。

  3系统特色

  温度自动控制设备

  此设计作为本系统的核心设计之一,体现了自动控制的思想,随着节点所测温度的升高,风扇转速加快,反之则减慢。此设计可以应用到家庭需要散热的用电器中,也可以作为一个单独的家用温控风扇使用。

  一个遥控器控制多台设备

  我们的作品通过一个遥控器就能实现窗帘的开关和风扇的开关及档位等。

  功能可再扩展

  温度检测、窗帘、烟雾、风扇模块均可扩展。预留的I/O口可实现更多的功能。


       设计说明

  摘 要

  目前,智能家居技术的提出与发展突破了将物理设备和信息传送分开的传统思维,实现了物与物的交流,体现了大融合理念,为通信领域的扩展提供了巨大的空间,在改善生活环境,改善民生、降低管理成本等方面发挥重要的作用。

  我们团队开发的“智能家居管理系统”能够通过DS1302对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时,同时和LCD12864配合,实时显示出时间的变化;通过MQ_2实时地监控室内有毒气体的浓度变化,当室内空气中含有甲烷、氢气、烟雾等气体时,它会自动的检测出来;通过DS18B20温度监测模块可以实时监测设备运行环境的温度情况,并且能够对不安全隐患进行报警。另外还可以通过红外遥控控制窗帘的开关(步进电机)以及风扇(直流电机)的转动和档位的变化。设备在实际应用当中监控较为准确,控制较为稳定,具有一定的应用价值。

  1、绪论

  作为改善人们生活水平的应用之一,智能家居在生活中得到了人们的广泛好评,如基于智能家居的家庭安全性控制、环境温度监控、智能化、自动化等无不为生活带来了莫大的方便,在设备监管、舒适性等方面带来了潜在的巨大的经济价值。

  作为对智能家居的一次实践,我队选择的是“智能家居管理系统”。我们对智能家居的理解是:一个控制中心,可以同时对不同位置发生的不同事件做出不同反应,这个反应包括自动控制和手动控制。

  为此,我们在该系统中设计了三个自动控制模块:温度检测控制风扇转速模块、温度检测自动报警模块、有毒气体浓度变化检测自动报警模块;手动控制模块包括:红外遥控控制窗帘开关模块、红外遥控控制风扇转速和关闭模块。

  我们的设想是:温度检测控制风扇转速模块可以放置在某个物品的散热位置,比如电脑,根据电脑里面元件例如CPU的温度变化调整风扇的转速从而达到一个散热的效果,当然夏天的时候也可以作为家用温控风扇。此模块还可以结合温度检测自动报警模块,比如CPU温度过高则蜂鸣器报警。温度检测自动报警模块也可以独立的放置在厨房这种家庭相对的高危地点,当出现电器短路发生火灾情况时,它可以感知温度的变化,蜂鸣器报警。有毒气体浓度变化检测自动报警模块也可以放置在厨房,检测是否有煤气泄漏,泄漏则报警,让用户意识到将会发生危险,以做出相应的应对措施。增加手动控制的原因是有些事件需要我们用户自己决定,比如开关窗帘,比如调整我们面前风扇的转速。以前,开关电视一个遥控器,开关风扇一个遥控器,现在,我们只需要一个遥控器就可以控制多个设备。

  2、系统方案

  智能家居管理系统主要由大赛指定的IAP15F2K61S2单片机、12864液晶、DS1302时钟、DS18B20温度传感器、TL1838红外接收头、直流电机、步进电机、MQ-2烟雾感应模块等组成。其中12864液晶显示实现人机交互。

  自动控制部分:

  单片机+ DS1302时钟+12864液晶=系统时钟显示模块

  单片机+ DS18B20温度传感器+直流电机=温度检测控制风扇转速模块

  单片机+ DS18B20温度传感器+蜂鸣器=温度检测自动报警模块

  单片机+MQ-2烟雾感应模块+蜂鸣器=有毒气体浓度变化检测自动报警模块

  手动控制部分:

  单片机+TL1838红外接收头+步进电机+遥控器=红外遥控控制窗帘开关模块

  单片机+TL1838红外接收头+直流电机+遥控器=红外遥控控制风扇转速和关闭模块

  系统整体设计框图如下图所示:

  3、实现原理

  单片机:

  作为本系统的控制核心,IAP15F2K61S2单片机发挥了它高速、高可靠性、低功耗的性能,运用C语言编程,可以实现几乎毫无延迟地对接收到的终端的数据进行分析处理并对外围设备发出控制信息。

  12864液晶:

  该液晶带汉字字符,主要用于显示方面的处理。主控驱动电路是ST7920,可显示汉字及图形,内置8192个中文汉字、128个字符及64×256点阵显示RAM(GDRAM)。通过单片机的控制,可以在其规定可以显示字符的任意地方显示汉字或英文字符。本系统中,12864中显示的内容包括:日期、时间、窗帘状态、风扇档位或关闭、当前温度。

  DS1302时钟:

  DS1302可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,采用三线接口与单片机进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据,只要不停止对它的供电,它便可以一直工作计时。单片机既可通过I/O对其初始化,也可以通过相同的I/O口读取其反馈的日期和时间。

  DS18B20温度传感器:

  DS18B20作为单总线接口的温度传感器,具有高精度、高稳定性等特点,又因为每一个DS18B20有唯一的序列号,所以可以将多个DS18B20挂载到同一总线上,测量不同节点的温度,以做出不同的反应。在本系统中,DS18B20所测得的温度作为一个信号,传送到单片机处理,在12864上面显示,并控制风扇档位变化,温度越高,风扇转速越快,反之则风扇转速越慢,另一方面,当温度超出最大限定值,我们的设想是发生了火灾,则风扇停止转动,蜂鸣器报警。

  TL1838红外接收头:

  该红外接收头的作用是对遥控器发送的红外信号翻转、放大和稳定,通过单片机的解码处理,可以识别出所发送的键值,然后作出不同的反应。其中红外遥控器发送的信号组成如下:引导码(9ms高电平+4.5ms低电平)+客户码1+客户码2+操作码+操作反码。

  MQ-2烟雾感应模块:

  此模块可以检测用户室内空气的纯净程度,当室内空气中含有甲烷、氢气、烟雾等气体时,它会自动的检测出来,并且传达给蜂鸣器和LED,发出警报,使用户识别出来,避免受到伤害。

  直流电机:

  通过单片机输出PWM波对其控制以实现不同的档位(转速)。

  步进电机:

  选用其作为窗帘开关的原因是因为其转速较低、可控。

  4、系统特色

  温度自动控制设备

  此设计作为本系统的核心设计之一,体现了自动控制的思想,随着节点所测温度的升高,风扇转速加快,反之则减慢。大多数电子产品比如电脑,在长时间工作后都会发热,甚至发烫,严重影响产品的运行速度和使用寿命。所以在电子产品工作时,散热显得尤为重要。我们设计的产品正好可以解决这个问题,通过实时监控节点的温度来控制对应节点的风扇转速。另外,本模块也可以用于控制家用风扇,当温度达到一定高度时,风扇可以自动调速。而当室内发生火灾等意外情况使室内温度急剧增高时,风扇会自动关掉,同时蜂鸣器报警。同时,为显得更加人性化,风扇也可以实现手动遥控控制,让用户随意改变风扇转速,并且,手动控制的优先级高于自动控制的优先级。

  一个遥控器控制多个设备

  目前,大多数遥控器都是和应用产品一对一配套使用的,这样虽然专业,但是会显得麻烦、浪费资源。而我们的作品可以做到通过一个家用遥控器来控制多个设备,通过一个遥控器就能实现窗帘的开关和风扇的开关及档位等。我们设想在未来的家庭中,用户只需要一个遥控器,就能控制家中所有的用电器。

  功能可再扩展

  由DS18B20的单总线设计,我们可以扩展成为多个节点,1个I\O口便可测量多个节点的温度,然后由单片机做出不同的反应。在窗帘模块,我们也可以进一步改进,在家中无人时,定时开关窗帘。而在烟雾模块,可以通过测定烟雾的具体浓度,将数据显示在主控屏上,并使风扇做出反应,在不同的浓度,风扇转速不同。

  另外我们预留的I\O口P3.3、P3.4、P3.5、P3.6、P3.7、P4.1、P4.2、P4.4均可利用,实现更多的功能。

  5、总结

  我们团队开发的“智能家居管理系统”能够实现温度检测并自动控制风扇档位变化,能够实现烟雾检测并自动报警,也可以通过手动遥控实现窗帘的开关和风扇的开关及档位变化,在实际生活中具有一定的应用价值。

  6、电路图


此文档的视频来自:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/13374




关键词: 智能家居     遥控器     DS18B20     单片机    

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