一種搭載于智能小車上的智能家居設(shè)計(jì)

江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系 谷金恒

一種搭載于智能小車上的智能家居設(shè)計(jì)

江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息工程系 谷金恒

隨著社會(huì)的進(jìn)步、科技的發(fā)展，人們對物品的便捷化越來越親睞，智能家居也越來越貼近人們的生活。設(shè)計(jì)了一種利用單片機(jī)和各類電機(jī)配合一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)控制各類家居產(chǎn)品，優(yōu)化了點(diǎn)對點(diǎn)開關(guān)的設(shè)計(jì)，綜合了WIFI小車作為從路由器連接主路由器的連接外網(wǎng)的技術(shù)，傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

智能家居；單片機(jī)；開關(guān)；WIFI；傳感器

0 引言

智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。

作為家庭信息化的實(shí)現(xiàn)方式，智能家居已成為社會(huì)信息化發(fā)展的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)因其巨大的應(yīng)用前景，將是智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中一個(gè)比較現(xiàn)實(shí)的突破口，對智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

本文設(shè)計(jì)了一種利用單片機(jī)和各類電機(jī)配合一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)控制各類家居產(chǎn)品，優(yōu)化了點(diǎn)對點(diǎn)開關(guān)的設(shè)計(jì)，綜合了WIFI小車作為從路由器連接主路由器的連接外網(wǎng)的技術(shù)，傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

1 智能家居的搭建

1.1 攝像頭的自由性

很多人選擇在家中安裝一個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像頭，主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)控家中環(huán)境，有人員流動(dòng)的時(shí)候能夠第一時(shí)間獲得人員的動(dòng)向并及時(shí)拉響警報(bào)或者做出相應(yīng)的措施。

但是由于各個(gè)廠家的產(chǎn)品不同，網(wǎng)絡(luò)攝像頭在智能家居中能實(shí)現(xiàn)的功能也不一樣，比如國內(nèi)較好的智能家居系統(tǒng)里面就有可以調(diào)整角度的墻面式網(wǎng)絡(luò)攝像頭，同時(shí)也能能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控：離家時(shí)可通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)監(jiān)控查看，有點(diǎn)還可以對講。

部分?jǐn)z像頭還帶有以下功能：

（1）移動(dòng)偵測：休眠狀態(tài)下，當(dāng)有物體移動(dòng)時(shí)，自動(dòng)開啟監(jiān)測，通過手機(jī)APP提醒，實(shí)現(xiàn)防盜

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可選擇保留存儲(chǔ)至云端。

（3）隱私保護(hù)：機(jī)械式翻蓋，可在離家時(shí)開啟，在家時(shí)關(guān)閉。

但是幾乎沒有攝像頭是可以像人一樣隨處走動(dòng)的。多少會(huì)因?yàn)?2v或15v等不同電源線或者網(wǎng)線而牽連，使攝像頭固定在墻角或其他監(jiān)視角度較大的位置。但是這次的設(shè)計(jì)是搭載在智能小車上的攝像頭，可以說，這個(gè)搭載在智能小車上的攝像頭就像在家行走自如的人們。

1.2 主機(jī)的基本搭建

智能家居的核心可以是物聯(lián)網(wǎng)，能有效控制家中的電器或者門窗、而且主機(jī)與家居物品的鏈接獨(dú)立性，也都是本次設(shè)計(jì)的精髓所在。

在主機(jī)的制作中，充分利用了wifi智能小車的特點(diǎn)，首先在智能小車上搭載可控制云臺，該云臺用兩個(gè)9克標(biāo)準(zhǔn)舵機(jī)分別控制縱橫兩個(gè)方向，并在云臺頂端安裝一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的家用攝像頭，然后將攝像頭安裝在小車自帶的wifi信號板上。在本次設(shè)計(jì)中，小車還搭載了一塊GW-R16-T的網(wǎng)絡(luò)繼電器的板子。是掌控寶公司旗下推出的一款16路通斷控制器。用戶可在直連、局域、遠(yuǎn)程的模式下實(shí)時(shí)、定時(shí)控制裝備。其主要是利用了USR-TCP232-ED2串口轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)施十六路繼電器的動(dòng)作。其內(nèi)部使用了目前應(yīng)用范圍最廣泛的工業(yè)控制現(xiàn)場總線協(xié)議MODBUS RTU協(xié)議進(jìn)行控制。將網(wǎng)絡(luò)繼電器的網(wǎng)絡(luò)端口與wifi板的LAN口相連，這樣我們就可以實(shí)現(xiàn)用終端設(shè)備一邊控制小車，一邊控制網(wǎng)絡(luò)繼電器了。

在智能家居的設(shè)計(jì)中，監(jiān)測家中溫濕度、光照強(qiáng)度、煙霧、甲醛等環(huán)境因素，可用對應(yīng)的傳感器實(shí)現(xiàn)，在本次設(shè)計(jì)中，利用zigbee模塊收集單片機(jī)控制的傳感器信息，最終匯總，傳遞給wifi板。

2 自動(dòng)門、窗以及窗簾的設(shè)計(jì)

在自動(dòng)門的設(shè)計(jì)上，我選擇用步進(jìn)電機(jī)配合相關(guān)的程序設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)門的打開或者關(guān)閉，再用伺服電機(jī)配合相關(guān)程序?qū)崿F(xiàn)門鎖保險(xiǎn)的推進(jìn)或彈出，然后將兩個(gè)程序結(jié)合，最后由一個(gè)繼電器控制程序的通斷來實(shí)現(xiàn)門的打開或者關(guān)閉。

然后就是窗戶和窗簾的自動(dòng)設(shè)計(jì)，因?yàn)楝F(xiàn)在的科技發(fā)展，窗戶的設(shè)計(jì)大致分為兩種，一種是直軌道式或者90度對開式。對于90度對開式的窗戶，我任然使用步進(jìn)電機(jī)，就像控制門那樣，連程序都不需要做過多的改動(dòng)，但是對于直軌道式的，在此沿用了上個(gè)作品中的齒輪條。也就是將齒輪條固定在窗戶上，然后在圓周舵機(jī)上裝上與之相匹配的齒輪圈。再算好距離，用程序稍加控制就好，同樣的，最后由繼電器來控制程序的通斷來實(shí)現(xiàn)窗戶的打開或者關(guān)閉。而在窗簾的的設(shè)計(jì)上，選擇使用兩個(gè)定滑輪配合纜繩來實(shí)現(xiàn)，窗簾的末端固定在終點(diǎn)。而窗簾的首端就定在纜繩上，同樣用圓周舵機(jī)帶動(dòng)其中一個(gè)定滑輪，用程序控制圓周舵機(jī)，再由一個(gè)繼電器控制程序的通斷。

3 空調(diào)機(jī)自動(dòng)打開的設(shè)計(jì)

在現(xiàn)在的市場中，每臺空調(diào)機(jī)都會(huì)有一個(gè)機(jī)械開關(guān)，按下這個(gè)開關(guān)，空調(diào)即可自動(dòng)識別制熱或制冷，這點(diǎn)對于本次的設(shè)計(jì)有著很大的簡化。于是在控制空調(diào)的設(shè)計(jì)上，還是用了能承受250V15A的繼電器作為總的開關(guān)，在程序上的設(shè)計(jì)是當(dāng)繼電器動(dòng)作，三秒之后，使空調(diào)機(jī)中的機(jī)械開關(guān)觸發(fā)導(dǎo)通，空調(diào)機(jī)即可正常運(yùn)行。一段時(shí)間后，當(dāng)空調(diào)機(jī)接收到關(guān)機(jī)命令后，機(jī)械開關(guān)觸發(fā)后十分鐘，繼電器斷開，空調(diào)停止工作。

4 點(diǎn)對點(diǎn)開關(guān)2262、2272系列芯片的引入

各個(gè)節(jié)點(diǎn)最后皆有一個(gè)繼電器控制。而且主機(jī)上也有對應(yīng)的繼電器控制，由于小車是需要在地上隨意走動(dòng)的，所以小車與所有節(jié)點(diǎn)都應(yīng)該無線連接。

于是接下來，就是繼電器與繼電器之間的連接，也就是點(diǎn)對點(diǎn)的開關(guān)設(shè)計(jì)！

在一次偶然的機(jī)會(huì)，在峰老師的工作室里，我看到老師在使用2262芯片，后來閑聊中知道2262是一種CMOS 工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路，2262芯片可以用八位不同的地址位控制?？捎糜跓o線遙控發(fā)射電路。在確定了價(jià)格相當(dāng)?shù)土?、而且屬于低功耗芯片之后，欣喜若狂，連夜購買了一批2262和2272芯片，并查閱了相關(guān)資料?？梢哉f完全符合本次智能家居搭建的要求。

編碼芯片2262 發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片2272在接受到信號的時(shí)候，對地址位的八個(gè)引腳做出比較之后，VT段才會(huì)輸出高電平，與此同時(shí)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)位會(huì)輸出高電平。接收芯片PT2272的數(shù)據(jù)輸出位根據(jù)其后綴不同而不同，數(shù)據(jù)輸出具有“暫存”和“鎖存”兩種方式，方便用戶使用。后綴為“M”為“暫存型”，后綴為“L”為“鎖存型”，此處我們需要的是繼電器和繼電器的同步運(yùn)行，所以說我們需要的是“PT2272-M”型號的芯片。

在通常使用中，我們一般采用8 位地址碼和4 位數(shù)據(jù)碼，這時(shí)編碼電路PT2262 和解碼PT2272 的第1～8 腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，3 的8 次方為6561，所以地址編碼不重復(fù)度為6561 組，只有發(fā)射端PT2262 和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對使用。而我們此次的設(shè)計(jì)中僅需16對即可?？梢哉f完全夠用。

但是，在試驗(yàn)過程中，用萬用表檢測電壓，接收機(jī)對應(yīng)端的D1～D4 端都能輸出約4V 的高電平控制信號，可是如果驅(qū)動(dòng)繼電器，這微乎其微的動(dòng)力實(shí)在微弱。后來，想到了用非門芯片作為驅(qū)動(dòng)。身邊只有CD4011這款四輸入與非門。于是，把每一個(gè)與非門的兩個(gè)“與”的引腳短路當(dāng)作非門使用。把接收端接收的信號給“非”門，因?yàn)槔^電器是高電平動(dòng)作，而且每一個(gè)CD4011都有四組“與非門”。所以當(dāng)信號經(jīng)過非門后再次進(jìn)入另一組非門后再供給繼電器。這樣能使繼電器達(dá)到穩(wěn)定輸出控制。不過在上面也提到了，只要發(fā)射端與接收端的八個(gè)地址位一樣，即可實(shí)現(xiàn)通訊，而且，每一個(gè)單獨(dú)的繼電器只需要一個(gè)接收信號即可。所以，本次設(shè)計(jì)中，用一個(gè)發(fā)射機(jī)控制四個(gè)同樣地址位的接收端。這樣點(diǎn)對點(diǎn)控制電路就此實(shí)現(xiàn)。

5 小車信號的傳遞

現(xiàn)在需要實(shí)現(xiàn)的就是把小車信號和網(wǎng)絡(luò)繼電器的信號都集中在一個(gè)路由器上。最后實(shí)現(xiàn)對整個(gè)主機(jī)的控制。此時(shí)如果直接連接小車路由器的信號，完全可以實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)環(huán)境下的控制，也就相當(dāng)于手機(jī)和小車主機(jī)的可控范圍僅約200至300米。然而我們真正運(yùn)用到實(shí)際上的，是需要遠(yuǎn)程安防監(jiān)控與控制！這時(shí)候需要實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)到無線路由器、再到小車的WIFI板的信號的控制。

6 結(jié)語

總結(jié)一下，本次設(shè)計(jì)利用了單片機(jī)和各類電機(jī)配合一定的機(jī)械結(jié)構(gòu)控制各類家居產(chǎn)品。優(yōu)化了點(diǎn)對點(diǎn)開關(guān)的設(shè)計(jì)，綜合了WIFI小車連接外網(wǎng)的技術(shù)，傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在本次的設(shè)計(jì)中，充分考慮到物聯(lián)網(wǎng)智能家居設(shè)備獨(dú)立性的問題，這些都是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在！

[1]陳根.互聯(lián)網(wǎng)+智能家居[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

[2]辛長平.智能家居系統(tǒng)安裝與接線[M].北京:中國電力出版社,2015.

[3]劉修文.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用 智能家居[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

A pick up in the design of smart car, smart home

GU Jin-heng
（Department of Electronic Information Engineering，Jiangyin Polytechnic College，Jiangyin Jiangsu 214405，China）

With the progress of the society，the development of science and technology，people for facilitation of items is more and more popular，smart home is becoming more and more close to people’s life. This design takes advantage of the mechanical structure of the microcontroller and all kinds of motor with a certain control all kinds of household products. Optimize the design of the switch point to point，combining the WIFI car as from router connected to the main router connected to the outside network technology，sensor network technology.

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