智能家居微環境檢測控制系統的製作方法

2023-11-03 19:09:07 2

智能家居微環境檢測控制系統的製作方法
【專利摘要】一種智能家居微環境檢測控制系統，包括：主機和分別與主機進行無線通信的從機和電器控制機，其中，所述的主機，檢測室內溫度、溼度、氣體狀況，根據所檢測到的室內溫度、溼度、氣體，控制電器控制機啟動室內電器進行工作，以及進行室內溫度、溼度、氣體的顯示和報警及向預設手機發送報警簡訊，所述的從機用於檢測內氣體狀況，並無線傳送給主機，所述的電器控制機無線接收主機發出的啟動室內電器工作的信號，啟動相應的電器進行工作。本發明能夠全面檢測與調節室內環境，集成度高，體積小巧，使用方便，成本低廉，功耗極低。
【專利說明】智能家居微環境檢測控制系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種環境檢測調節裝置。特別是涉及一種基於C8051F020單片機為主控晶片的智能家居微環境檢測控制系統。
【背景技術】
[0002]調查表明，現代人平均有90%的時間生活和工作在室內，65%的時間在家裡。然而許多民用和商用建築的室內空氣汙染程度是室外空氣汙染的4一 10倍，有的甚至超過100倍。室內環境汙染已經引起全球性的人口發病率和死亡率的增加，而且被列入對公眾健康危害最大的五種環境因素之一。除了室內空氣汙染，室內的溫溼度和光線等因素雖然不會對人體造成直接的傷害，但也影響著居住舒適性。人們都希望自己工作、學習、生活的環境光線充足、空氣清新、溫度適宜。因此加強室內環境的維護，對保證身體健康也十分重要。
[0003]同時，隨著當今生活水平和民眾健康意識不斷提高，國家對室內環境汙染的重視程度也越來越高，使得室內環境監測與治理逐漸發展成為一個新的國民經濟產業，同時國家出臺的相關標準為我們衡量室內環境提供了很好的準則。
[0004]然而平時人們在室內並不能很明顯的察覺到汙染情況，專業的監測從各方面講也並不親民，室內環境監測和調節的門檻很高，使用不廣泛，一套廉價便攜易用的監測和調節設備是市面上極其缺少的。

【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠自動檢測並調節室內居住環境的家居系統，實現實時檢測、調節、記錄，為人們營造一個健康舒適居住環境的智能家居微環境檢測控制系統。
[0006]本發明所採用的技術方案是:一種智能家居微環境檢測控制系統，包括:主機和分別與主機進行無線通信的從機和電器控制機，其中，所述的主機，檢測室內溫度、溼度、氣體狀況，根據所檢測到的室內溫度、溼度、氣體，控制電器控制機啟動室內電器進行工作，以及進行室內溫度、溼度、氣體的顯示和報警及向預設手機發送報警簡訊，所述的從機用於檢測內氣體狀況，並無線傳送給主機，所述的電器控制機無線接收主機發出的啟動室內電器工作的信號，啟動相應的電器進行工作。
[0007]所述的主機包括有:主機控制電路，分別與所述的主機控制電路連接的氣體傳感器模塊、人體感應模塊、報警蜂鳴器、液晶顯示屏、語音識別/合成模塊、溫溼度傳感器模塊及藍牙集成電路、主機無線傳輸模塊和天線、GSM/GPRS移動數據發送接收天線和按鍵，還設置有分別與所述的主機控制電路、氣體傳感器模塊、人體感應模塊、報警蜂鳴器、液晶顯示屏、語音識別/合成模塊、溫溼度傳感器和藍牙集成電路、主機無線傳輸模塊和天線、GSM/GPRS移動數據發送接收天線和按鍵相連接用於提供電源的主機電源模塊，所述的主機電源模塊通過主機總開關分別連接usb供電接口和市電供電接口。
[0008]所述的主機控制電路上還連接有SD卡存儲模塊。[0009]所述的主機電源模塊、主機控制電路、SD卡存儲模塊和溫溼度傳感器模塊及藍牙集成電路設置在主機殼體內，所述的usb供電接口、市電供電接口、報警蜂鳴器、液晶顯示屏、主機總開關、主機無線傳輸模塊和天線、GSM/GPRS移動數據發送接收天線、氣體傳感器模塊、語音識別/合成模塊、按鍵、液晶顯示屏和人體感應模塊分別設置在主機殼體的表面上。
[0010]所述的氣體傳感器模塊包括MQ-2煙霧傳感器和MQ-135氣體汙染傳感器。
[0011 ] 所述的從機包括有從機控制電路，分別與從機控制電路相連接的從機無線傳輸模塊和天線和氣體傳感器模塊，以及通過從機總開關分別連接從機控制電路、從機無線傳輸模塊和天線和氣體傳感器模塊的用於供電的鋰電池和電源模塊。
[0012]所述的鋰電池和電源模塊和從機控制電路設置在從機殼體內，所述的從機總開關、從機無線傳輸模塊和天線和氣體傳感器模塊設置在從機殼體的表面上。
[0013]所述的電器控制機包括有:電器開關控制電路，分別與電器開關控制電路相連接的繼電器控制模塊、控制機無線傳輸模塊和天線和工作指示燈，以及分別連接電器開關控制電路和控制機無線傳輸模塊和天線的電源模塊，所述的繼電器控制模塊連接控制電器接口，所述電源模塊的電源輸入端和繼電器控制模塊電源輸入端連接工作電源接口。
[0014]所述的電器開關控制電路、繼電器控制模塊和電源模塊設置在電器控制機殼體內，所述的控制機無線傳輸模塊和天線、工作指示燈、工作電源接口和控制電器接口分別設置在電器控制機殼體的表面上。
[0015]本發明的智能家居微環境檢測控制系統，具有以下有益效果:
[0016]1.功能全面。本發明能夠全面檢測與調節室內環境，填補了相關領域的空白，是市面上極少有的集空氣品質檢測報警和自動化針對性調節於一體的設備，只需一套設備即可滿足宜居環境的需要。
[0017]2.便攜易用。本發明主機從機都有很高的集成度，體積小巧，加上包裝後重量也不過300克，進一步提高集成度後其重量仍有很大減小空間；本發明使用方便，只需把從機置於室內不受幹擾的位置，對主機進行簡單初始化後即可使用。
[0018]3.廉價低功耗。市售大部分專業檢測設備成本高、功耗大,普通家庭難以應用。本發明集成度高，成本低廉，功耗極低，能夠使用鋰電池帶動，極大程度降低了使用門檻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的整體構成框圖；
[0020]圖2是本發明主機殼體結構示意圖；
[0021 ]圖3是本發明主機電路構成框圖；
[0022]圖4是本發明從機殼體結構示意圖；
[0023]圖5是本發明從機電路構成框圖；
[0024]圖6是本發明電器控制機殼體結構示意圖；
[0025]圖7是本發明電器控制機電路構成框圖。
[0026]圖中
[0027]1:主機電源模塊2:usb供電接口
[0028]3:市電供電接口 4:報警蜂鳴器[0029]5:主機總開關6:主機無線傳輸模塊和天線
[0030]7:GSM/GPRS移動數據發送接收天線
[0031]8:氣體傳感器模塊9:語音識別/合成模塊
[0032]10:按鍵11:液晶顯示屏
[0033]12:溫溼度傳感器模塊及藍牙集成電路
[0034]13:人體感應模塊14:主機控制電路
[0035]15:鋰電池和電源模塊16:從機總開關
[0036]17:從機無線傳輸模塊和天線18:氣體傳感器模塊
[0037]19:從機控制電路20:電器開關控制電路
[0038]21:繼電器控制模塊22:控制機無線傳輸模塊和天線
[0039]23:工作指示燈24:工作電源接口
[0040]25:控制電器接口 26:電源模塊
[0041]27:SD卡存儲模塊28:主機殼體
[0042]29:從機殼體30:電器控制機殼體
【具體實施方式】
[0043]下面結合實施例和附圖對本發明的智能家居微環境檢測控制系統做出詳細說明。
[0044]如圖1所示，本發明的智能家居微環境檢測控制系統，包括:主機A和分別與主機A進行無線通信的從機B和電器控制機C，其中，所述的主機A，檢測室內溫度、溼度、氣體狀況，根據所檢測到的室內溫度、溼度、氣體，控制電器控制機C啟動室內電器進行工作，以及進行室內溫度、溼度、氣體的顯示和報警及向預設手機發送報警簡訊，所述的從機B用於檢測室內氣體狀況,並無線傳送給主機A，所述的電器控制機C無線接收主機A發出的啟動室內電器工作的信號，啟動相應的電器進行工作。
[0045]如圖3所示，所述的主機A包括有:由C8051R)20單片機構成的主機控制電路14，分別與所述的主機控制電路14連接的氣體傳感器模塊8、人體感應模塊13、報警蜂鳴器4、液晶顯示屏11、語音識別/合成模塊9、溫溼度傳感器模塊及藍牙集成電路12、主機無線傳輸模塊和天線6、GSM/GPRS移動數據發送接收天線7和按鍵10，還設置有分別與所述的主機控制電路14、氣體傳感器模塊8、人體感應模塊13、報警蜂鳴器4、液晶顯示屏11、語音識別/合成模塊9、DHT11溫溼度傳感器和藍牙集成電路12、主機無線傳輸模塊和天線6、GSM/GPRS移動數據發送接收天線7和按鍵10相連接用於提供電源的主機電源模塊1，所述的主機電源模塊I通過主機總開關5分別連接usb供電接口 2和市電供電接口 3。所述的主機控制電路14上還連接有SD卡存儲模塊27。
[0046]如圖2所示，所述的主機電源模塊1、主機控制電路14、SD卡存儲模塊27和溫溼度傳感器模塊及藍牙集成電路12設置在主機殼體28內，所述的usb供電接口 2、市電供電接口 3、報警蜂鳴器4、液晶顯示屏11、主機總開關5、主機無線傳輸模塊和天線6、GSM/GPRS移動數據發送接收天線7、氣體傳感器模塊8、語音識別/合成模塊9、按鍵10、液晶顯示屏11和人體感應模塊13分別設置在主機殼體28的表面上。所述的氣體傳感器模塊8包括MQ-2煙霧傳感器和MQ-135氣體汙染傳感器。
[0047]如圖5所示，所述的從機B包括有從機控制電路19，分別與從機控制電路19相連接的從機無線傳輸模塊和天線17和氣體傳感器模塊18，以及通過從機總開關16分別連接從機控制電路19、從機無線傳輸模塊和天線17和氣體傳感器模塊18的用於供電的鋰電池和電源模塊15。
[0048]如圖4所示，所述的鋰電池和電源模塊15和從機控制電路19設置在從機殼體29內，所述的從機總開關16、從機無線傳輸模塊和天線17和氣體傳感器模塊18設置在從機殼體29的表面上。
[0049]如圖7所示，所述的電器控制機C包括有:電器開關控制電路20，分別與電器開關控制電路20相連接的繼電器控制模塊21、控制機無線傳輸模塊和天線22和工作指示燈23，以及分別連接電器開關控制電路20和控制機無線傳輸模塊和天線22的電源模塊26，所述的繼電器控制模塊21連接控制電器接口 25，所述電源模塊26的電源輸入端和繼電器控制模塊21電源輸入端連接工作電源接口 24。
[0050]如圖6所示，所述的電器開關控制電路20、繼電器控制模塊21和電源模塊26設置在電器控制機殼體30內，所述的控制機無線傳輸模塊和天線22、工作指示燈23、工作電源接口 24和控制電器接口 25分別設置在電器控制機殼體30的表面上。
[0051]本發明的智能家居微環境檢測控制系統，由C8051R)20單片機作為主機控制電路，控制液晶顯示屏對記錄數據的顯示、SD卡存儲模塊、報警蜂鳴器的開啟以及鍵盤的控制。其中液晶顯示屏採用的是12864液晶，具有8位並行接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示解析度為128X64，內置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集。用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機互動圖形界面。可以顯示8X4行16X16點陣的漢字。也可完成圖形顯示，其顯著特點為低電壓，低功耗。
[0052]本發明安裝的DHTll溫溼度傳感器、MQ-2煙霧傳感器、MQ-135氣體汙染傳感器，能夠比較全面地檢測室內基本的溫溼度、可燃氣體、有毒氣體等的濃度，以及室內粉塵等。現舉例MQ-135氣體傳感器說明其工作原理，當傳感器所處環境中存在汙染氣體時，傳感器的電導率隨空氣中汙染氣體濃度的增加而增大。使用簡單的模數轉換電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號，從機會將該信號傳達給主機，由主機進行分析。其餘傳感器工作原理與此相同。
[0053]本發明的主機無線傳輸模塊和天線和從機無線傳輸模塊和天線採用的是CCllOl低功耗無線通信晶片，可將從機放置於室內的任意位置，採集任意地點的有害氣體信息通過主機無線傳輸模塊和天線和從機無線傳輸模塊和天線及時發回主機進行處理。功率合適避免數據丟失，採用數字量避免失真，主從分離擴大了檢測範圍。主機從機之間採用16位通信模式，前8位為地址位,後8位為數據位。主機開機時默認地址位為OxFF,從機開機時默認地址為0x00。從機開機後會將地址分配請求數據字OxOOAA發送給主機，主機接收後會向該從機發送分配地址，利用這個分配地址主機即可實現對多個從機的控制。從機還會將分配地址存儲在EEPROM中，當再次重啟時，從機地址仍為分配地址。
[0054]本發明由語音識別/合成模塊9和GSM/GPRS移動數據發送接收天線7構成了人機互動模塊，由主機控制電路發出控制指令。GSM/GPRS移動數據發送接收天線採用SIM900A模塊。當收到的數據超過預設的數值，主機控制電路會自動控制GSM/GPRS移動數據發送接收天線給預設手機號發送簡訊告知用戶室內環境汙染已超限，同時向小區物業撥打報警電話。語音識別/合成模塊採用的是LD3320語音識別專用晶片和SYN6288語音合成晶片，集成了語音識別、語音合成功能和一些外部電路，識別後的信息由主機控制電路接收，用戶可通過語音控制系統主動調節室內環境。系統中還集成了安卓客戶端，在手機上安裝我們開發的「360環境衛士」安卓軟體，可以隨時接收到主機對室內環境的檢測數據，在用戶手機界面上顯示出來，方便用戶查閱，用戶還可以通過客戶端在一定距離內對主機進行控制。
[0055]家用電器包括家中各種環境調節設備和控制電路。電器控制機C的核心部分為電器開關控制電路，主機通過控制機無線傳輸模塊和天線將控制命令發送給電器開關控制電路，電器開關控制電路會完成對繼電器控制模塊的控制，從而達到對家用電器開關的控制。我們採用的繼電器控制模塊是低電平工作。
[0056]本發明的一些技術指標如下:溫度檢測精度:1°C ;溼度檢測精度:5% ;氣體檢測精度:0.1% ;循環檢測周期:500ms ;數據存儲周期:正常5min，異常30s ;系統存儲容量:最大可擴展至IG ;主從通信距離:開闊地>50m。
[0057]本發明的智能家居微環境檢測控制系統的工作原理，接通主機的市電供電接口 3或usb供電接口 2後，電源模塊I會獲得穩定電壓並向其餘模塊供電，當用戶搬動主機總開關5後，主機開始工作，液晶顯示屏11開始顯示測得的溫度、溼度等信息。用戶通過語音識別/合成模塊9來控制主機實現控制工作。主機檢測到有害氣體超標時，蜂鳴器就會響起，並且會通過GSM/GPRS移動數據發送接收天線7向預設手機發送報警簡訊以提醒用戶。主機中溫溼度傳感器模塊及藍牙集成電路12中有藍牙模塊，檢測到的環境數據可通過藍牙模塊發送給裝有相應安卓軟體的手機，方便用戶通過手機隨時查看室內環境質量。
[0058]從機體積十分小巧，可以放置在室內任意不受幹擾的地方，並且功耗極小，可以通過鋰電池電源模塊15進行供電，當從機檢測到有氣體參數超標時，會通過無線傳輸模塊和天線17向主機發送檢測信息，主機無線傳輸模塊和天線6會接受相應信息。
[0059]當主機接收到從機發送的數據時，會通過主機無線傳輸模塊和天線向電器控制機發送控制信息，如開加溼器、風扇等，電器控制機中的電器開關控制電路接收到相應信息後會控制繼電器控制模塊21來開啟或斷開電器的使用。
[0060]整個系統主機、從機、電器控制機同時協調工作實現智能檢測調節控制的功能。
[0061]本發明公開和揭示的所有組合可以通過借鑑本文公開內容產生，儘管本發明的組合已通過詳細實施過程進行了描述，但是本領域技術人員明顯能在不脫離本
【發明內容】
、精神和範圍內對本文所述的裝置進行拼接或改動，或增減某些部件，更具體地說，所有相類似的替換和改動對本領域技術人員來說是顯而易見的，他們都被視為包括在本發明精神、範圍和內容之中。
【權利要求】
1.一種智能家居微環境檢測控制系統，其特徵在於，包括:主機(A)和分別與主機(A)進行無線通信的從機(B)和電器控制機(C)，其中，所述的主機(A)，檢測室內溫度、溼度、氣體狀況，根據所檢測到的室內溫度、溼度、氣體，控制電器控制機(C)啟動室內電器進行工作，以及進行室內溫度、溼度、氣體的顯示和報警及向預設手機發送報警簡訊，所述的從機(B)用於檢測內氣體狀況，並無線傳送給主機(A)，所述的電器控制機(C)無線接收主機(A)發出的啟動室內電器工作的信號，啟動相應的電器進行工作。
2.根據權利要求1所述的智能家居微環境檢測控制系統，其特徵在於，所述的主機(A)包括有:主機控制電路(14)，分別與所述的主機控制電路(14)連接的氣體傳感器模塊(8)、人體感應模塊(13)、報警蜂鳴器(4)、液晶顯示屏(11)、語音識別/合成模塊(9)、溫溼度傳感器模塊及藍牙集成電路(12)、主機無線傳輸模塊和天線(6)、GSM/GPRS移動數據發送接收天線(7)和按鍵(10)，還設置有分別與所述的主機控制電路(14)、氣體傳感器模塊(8)、人體感應模塊(13)、報警蜂鳴器(4)、液晶顯示屏(11)、語音識別/合成模塊(9)、溫溼度傳感器和藍牙集成電路(12)、主機無線傳輸模塊和天線(6)、GSM/GPRS移動數據發送接收天線(7)和按鍵(10)相連接用於提供電源的主機電源模塊(1)，所述的主機電源模塊(I)通過主機總開關(5)分別連接usb供電接口( 2)和市電供電接口( 3)。
3.根據權利要求2所述的智能家居微環境檢測控制系統，其特徵在於，所述的主機控制電路(14 )上還連接有SD卡存儲模塊(27 )。
4.根據權利要求2所述的智能家居微環境檢測控制系統，其特徵在於，所述的主機電源模塊(I )、主機控制電路(14)、SD卡存儲模塊(27)和溫溼度傳感器模塊及藍牙集成電路(12 )設置在主機殼體(28 )內，所述的usb供電接口( 2 )、市電供電接口( 3 )、報警蜂鳴器 (4)、液晶顯示屏(11)、主機總開關(5)、主機無線傳輸模塊和天線(6)、GSM/GPRS移動數據發送接收天線(7)、氣體傳感器模塊(8)、語音識別/合成模塊(9)、按鍵(10)、液晶顯示屏(11)和人體感應模塊(13)分別設置在主機殼體(28)的表面上。
5.根據權利要求2所述的智能家居微環境檢測控制系統，其特徵在於，所述的氣體傳感器模塊(8)包括MQ-2煙霧傳感器和MQ-135氣體汙染傳感器。
6.根據權利要求1所述的智能家居微環境檢測控制系統，其特徵在於，所述的從機(B)包括有從機控制電路(19)，分別與從機控制電路(19)相連接的從機無線傳輸模塊和天線(17)和氣體傳感器模塊(18)，以及通過從機總開關(16)分別連接從機控制電路(19)、從機無線傳輸模塊和天線(17)和氣體傳感器模塊(18)的用於供電的鋰電池和電源模塊(15)。
7.根據權利要求6所述的智能家居微環境檢測控制系統，其特徵在於，所述的鋰電池和電源模塊(15)和從機控制電路(19)設置在從機殼體(29)內，所述的從機總開關(16)、從機無線傳輸模塊和天線(17)和氣體傳感器模塊(18)設置在從機殼體(29)的表面上。
8.根據權利要求1所述的智能家居微環境檢測控制系統，其特徵在於，所述的電器控制機(C)包括有:電器開關控制電路(20)，分別與電器開關控制電路(20)相連接的繼電器控制模塊(21)、控制機無線傳輸模塊和天線(22)和工作指示燈(23)，以及分別連接電器開關控制電路(20)和控制機無線傳輸模塊和天線(22)的電源模塊(26)，所述的繼電器控制模塊(21)連接控制電器接口( 25 )，所述電源模塊(26 )的電源輸入端和繼電器控制模塊(21)電源輸入端連接工作電源接口(24)。
9.根據權利要求8所述的智能家居微環境檢測控制系統，其特徵在於，所述的電器開關控制電路(20 )、繼電器控制模塊(21)和電源模塊(26 )設置在電器控制機殼體(30 )內，所述的控制機無線傳輸模塊和天線(22 )、工作指示燈(23 )、工作電源接口( 24)和控制電器接口(25)分別設置在電器控制 機殼體(30)的表面上。
【文檔編號】G08C17/02GK103529776SQ201310451475
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月26日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】徐江濤, 王澤強, 辛睿山, 周益明, 崔津浩 申請人:天津大學