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作者：内蒙古科技大学信息工程学院 董啟国 高暄昊 李博
指导教师：王永平

　　作品简介

　　开发背景
　　随着对智能家居的认识越来越深入，人们逐渐意识到智能化的真正主体是家居的智能化，更多的体现在家庭内部自动化。本作品是将语音控制融入到智能家居监测控制系统中，可以帮助一些行动不便的老人或者一些残疾人，在不需要走动的情况下了解家中安全状态，且可通过语音来直接控制家中电器的工作。

　　功能与使用说明
　　主控通过STC15F2K61S2单片机做控制，将数据采集进行A/D转换发送至电脑上，显示在12864和上位机界面，在微软公司的语音识别包的基础上，以电脑为载体，通过语音来控制下位机相应部分(电器设备)工作，传感器检测各种危险情况，当有险情时会发出警报，同时将数据传到上位机。充分的展现了人机交互的功能特点。
　　另外，本系统配备应急供电功能，在正常供电系统出现故障时，会以最短时间自动切换到应急供电系统，保障安全。以下是结构说明和图片展示。　　

　　平台选型说明

　　Microsoft Visual Studio 2010 STC15F2K61S2
　　APC220-43无线收发模块

　　设计说明

　　作品分为上位机和下位机两部分，二者之间通过无线模块传输数据。

　　1.上位机部分
　　上位机是基于Microsoft VS 2010开发平台，用C#语言编写的控制台应用程序，用户可以对其发布指令来控制下位机相应的部分。
　　1.1登录界面
　　需要提供帐号密码验证的界面，有控制用户权限、记录用户行为，保护操作安全的作用。　　

　　1.2主控界面
　　主要显示的有温度、有无失火、有无人进入、空调状态、窗帘状态及门状态，同时可以对串口进行设置。　

　　2.下位机部分
　　下位机是对本次大赛指定的STC15F2K61S2单片机的开发，来实现相关功能。可以实现的功能有显示、控制、报警等，具体可以分为声控开关模块、门禁防盗报警模块、玻璃破碎防盗报警模块、火焰检测模块、语音控制门锁、空调、窗帘模块、应急供电模块。
　　2.1声控开关模块
　　通过声音控制房屋照明系统的开关。
　　2.2门禁防盗报警模块
　　防盗报警模块采用了红外对管来实现，将该装置安装在门上，当主人进入时会通过无线发送解锁指令给单片机，从而红外对管的输出点平不会发生变化，倘若不是主人进入，则会触发门上安装的红外对管传感器，此时红外接收管不会接收到红外信号，从而输出电平从低电平迅速变为高电平，当单片机检测到电平变化时，会马上通过无线发送至主控单片机，通过PC界面和12864可以直观的看到是否有人进入。当有外人进入时，蜂鸣器报警。
　　2.3玻璃破碎防盗报警模块
　　采用震动传感器进行检测，当玻璃破碎后蜂鸣器报警。
　　2.4火焰检测模块
　　火焰检测模块主要来探测家中是否有火灾发生，是通过检测火焰中的红外线来完成的。但与防盗模块是有区别的，主要体现在该模块的检测是比较灵敏的，因为加了一个电容，该电容的存在使得火焰传感器的输出电平变化更加迅速。若失火，蜂鸣器报警，12864显示状态为失火，上位机界面相应部分变为红色。
　　2.5语音控制空调、窗帘模块
　　温度传感器等检测器件会将实时信息显示在上位机界面和12864上，用户通过发布语音指令，控制相应部分。我们的作品是用风扇模拟空调，当打开空调时，将驱动风扇转动。同样我们用一个带有减速装置的小电机来拖动窗帘，做到语音控制窗帘开关的目的。
　　2.6应急供电模块
　　本模块设计的目的是当外部电路不能给系统正常供电时，例如停电或盗窃者故意切断电源，系统仍能正常运转。利用继电器完成瞬间电路切换，有效地保障了安全。

　　3.作品应用的部分技术、原理介绍
　　3.1防盗报警模块硬件设计
　　红外对管的结构：直径：3mm，波长：940nm，工作电压：1.2V，工作电流：20mA，测量距离：<20cm。波段为红外光，受可见光干扰小。红外对管包括红外发射及接受，当红外接收管接收到红外信号时，引脚电平将会发生变化，通过检测输出端电平的变化，从而得知是否有人强行进入。电路如图9、10所示。　　

 　　3.2直流电机硬件电路设计
　　本作品采用的直流电机工作电压为5V，结合直流电机驱动芯片L298的工作原理。此驱动模块能够驱动直流电机，并且可以同时驱动两个电机。
　　驱动电压可以在5-12V之间随意变化，当L298的选通端接高电平时即一端被选通，通过改变输入引脚的电平变化可以控制电机的正反转。该电路设计的创新之处在于光耦的接入，它完全实现了电路前面和后面电路的隔离，使得驱动电压可以在5-12V随意变化。设计出的电机驱动原理图如图11所示。　　

　　3.3 12864硬件电路设计
　　12864是128*64点阵液晶模块的点阵数简称，它具有屏显成本相对较低，适用于各类仪器，小型设备的显示领域。是比较常用的显示器，基本电路图如图12所示。　　

　　3.4蜂鸣器硬件电路设计
　　蜂鸣器是用三极管9013来驱动的，如果单片机的输出信号为高电平给三极管的基极，三极管就会导通，蜂鸣器两端分别接到了高低电平，蜂鸣器响。电路如图13所示。

　　4.无线通信技术
　　APC220模块是高度集成半双工微功率无线数据传输模块。创新的采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，最大可以纠24bits连续突发错误，达到业内的领先水平。APC220模块提供了多个频道的选择，可在线修改串口速率，发射功率，射频速率等各种参数。APC220模块能够透明传输任何大小的数据，同时小体积宽电压运行，较远传输距离，丰富便捷的软件编程设置功能，使之能够应用与非常广泛的领域。　　

　　5 主要流程图　　

　　作品特色

　　先进性
　　本作品集于语音、无线、监控、报警于一身，实现了真正的智能监测与控制。

　　实用性
　　本设计所用成本低廉，器件在市面上很容易购买到。安装简单快速，维护简易，特别适合大众居住用户。

　　创新性
　　1.本作品的上位机设计是最大的创新亮点。目前有关智能家居的设计很多，但将语音控制技术融入其中的产品还是比较少见。我们正是抓住这一点，将二者进行结合，达到真正意义上的智能控制、自动控制。另外，语音控制也为我们的残疾人朋友带来了方便。
　　2.利用无线模块进行数据传输，省去传统线路传输，最大程度上节省空间。另外，现在手机等数码产品普遍应用无线技术，本产品的创新处就在于可以通过无线模块与数码产品相连接，从而对家居系统进行远距离控制。
　　3.本作品附带应急供电功能，也是创新点之一。有些智能家居系统设计时没有应急供电，也就是说，当正常供电线路出现故障时(有可能是盗窃者故意切断电源)，系统将不能正常工作，也就达不到安全监控与报警功能，那么系统也将失去意义。而本作品利用最简单的继电器工作原理，当外部正常供电线路出现故障时，会迅速切换到应急供电系统，所有设备都将继续正常工作，监控报警系统依然可以起到相应作用，安全可靠。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2593