2011年重庆地区第四届“盛群杯”大学生单片机应用设计竞赛
作品创意书
参赛编号：20110347 作品名称：智慧家居
学校名称：重庆交通大学
科系所名称：信息科学与工程学院
公元 2010 年 12 月 15 日
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(20110347)：(智慧家居)
作 品 创 意 书
一、 摘要
生活中不安全的因素有很多，比如每年的入室盗窃案发生率仍高居不下，人民的生命财产受到严重威胁；随着楼房的日益增高，时常有小孩坠楼事件发生，这类惨剧是我们不愿见到的；现如今，手机已是我们的随身必备之物，除了基本社交之外，您可否想过手机也可以和家具“说话”？„„基于以上种种原因，我们从方便用户和提高安全的角度出发，结合所学知识，灵活应用多种传感器，提出了智慧家居的创意，功能主要有智能防盗、保护小孩、可燃气含量检测、火灾预防、远程控制、自动调光。智慧家居的创新设计理念和简单的操必将赢得广阔的市场。
智慧家居采用盛群单片机为核心处理芯片，利用超声波定位原理、无线传感网络等，实时监测房屋情况，本系统还具有远程控制功能，方便家人随时了解并掌握房屋情况。
二、 作品介绍
家，是温馨的凝聚，是人们体验爱、感悟爱的港湾。我们不想有某市某住户被入室盗窃发生，不想有如小孩儿坠楼惨剧发生。不愿意听到某人因为一时的疏忽忘记关闭煤气而中毒或者装修时有害气体过多而伤害健康甚至影响到下一代，也不想火灾如恶魔一般用夺去金钱或者生命来威胁人们。现代科技的发展和进步往往会带来很多意想不到的危害，光污染对人生理健康的危害使人们不得不重视，我们不想让人们受到这样的伤害。基于以上的种种，基于科技服务于民的思想和应用创新的设计理念，智慧家居应运而生！
智慧家居设计新颖，构思巧妙，创意前卫，功能独特，其人性化的设计理念可以满足人们对功能和时尚的追求。智慧家居集多种功能于一身，可以实现防盗、防煤气、防火，室内自动调光，远程控制等功能。不仅可以保障住户的生命及财产安全，还可以满足人们对时尚的追求，是实现现代智能化生活的最完美的诠释。
本系统主要功能如下：
1. 智能防盗——根据最高人民法院的工作报告，我国每年约有11万件入室盗窃案，其作案手段一般表现如下，撬锁，破窗。为此本系统将在门窗处安装感应装置，可以通过信息的无线传递及时报警或者通知住户。并且可以播放用户提前录制好的声音以警示小偷室内有人或者打电话报警等功能，此项功能可有效地保障住户
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的财产安全。此功能实现的方式是以科技创新为契机，此功能操作简单、安全有效是本系统一大特色。
2. 保护小孩——报纸等媒体曾报道过如下事件：“合肥市两月发生六起幼儿坠楼事件，造成三死三伤”、“深圳20日内至少8名儿童坠楼”、“滨湖和园一名6岁女童从22楼家中坠落身亡”„„拒不完全统计，全国各大医院每天接收坠楼者多达几百例，究其坠楼原因，95%以上都是因为家居阳台和窗户未有采取一个安全有效的防护措施。为防止此类惨剧再次发生，此项功能实现过程如下，当婴幼儿在室内玩耍距窗子小于R（此为引起触发设置距离，下同）时，报警启动警示家长注意孩子正在接近窗子，当婴幼儿继续靠近窗子时并且再一次低于距离S（同R为自行设置距离）时，报警会发出刺耳急促的警示，直到婴幼儿被带离此区域。若家长未注意当婴幼儿已经到达系统设置的极限距离S时，本系统会启动预设好的功能：将窗户自动关闭。
3. 远程控制——本系统利用GSM模块，当主人离开家中时，可以对家庭室内的电器，比如冰箱，电饭煲，空调等进行控制。只要一条短信就可以实现这些基本功能。是不是很方便呢？这也是基于当前物联网发展而产生的创意，其功能强大是本系统又一大亮点。
4. 煤气等有害气体检测——来自北京市疾病控中心的消息，从2009年10月15日，截止到12月13日，北京市已发生煤气中毒事件352起，累计发病498人”。煤气等有毒气体造成了我国每年大量的人员伤亡，智慧家居集成可燃LEV/VIL传感器，如有煤气泄露，或者室内有害气体过多，本系统将被触发并自动打开窗户通风，及时排出有毒气体，避免家人中毒，为用户的安全提供了强有力的保障。
5.火灾预防——据有关资料显示，2010年1至6月份全国室内共发生火灾73317起，死亡656人，受伤271人，直接财产损失79290.7万元。人们离开家时也许因为匆忙会忘记关闭正在工作的家电，造成房屋局部温度过高，本系统采用温度传感器，可燃气LEV/VIL传感器等，可以实时的对房屋的温度等进行监控，一旦有安全隐患，就会立刻通知用户，做到防患于未然，避免重大的生命及财产的损失。
6.光污染检测——光污染现在已成一种新型污染，直接影响人们的健康及室内的环境，本系统通过比较屋内的环境光电传感器提供的数据和屋外的环境光电传感器提供的数据，自动调节百叶窗（自行安装）的开合程度，调节至适合人眼睛的光强。这是目前同类产品所不具备的设计理念！
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三、 工作原理
平面示意图： 红外对射感红外对射感应器,可燃气传感器，温度传感器x2 红外对射感红外感应仪 超声波测位仪 温度传感器x2 光电传感器 可燃传感器 红外对射感 红外感应仪 超声波测位仪 温度传感器x2 光电传感器 红外感应仪 超声波测位仪 温度传感器x2 光电传感器 红外感应仪 超声波测位仪 温度传感器x2 光电传感器 可燃传感器 可燃气传感器 可燃气传感器 智慧家居主要包括：防盗、照看小孩、远程控制、检测可燃气体、火灾预防、
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自动调节屋内光线强弱。现在就各个功能的实现具体介绍：
1、防盗功能：
智慧家居的防盗功能在传统防盗方法上，采用了更加安全和简洁地措施：在
用户的门框和窗框上分上、中、下安装红外对射感应器，一边装发射极,一边装接收极，当防盗功能开启时，红外对射感应器工作，当小偷从门或窗进入房间时，就会触发红外对射感应器，当中间光束被挡,接收极收不到发射的光束,就反应到控制器，房屋内的警报随之会触发并会自动播放主人事先录好的声音，警告小偷，并且智慧家居会发送信息给用户提示房屋的警报装置被触发，要求用户做出处理，同时智慧家居连接的物业保安室会接到警报，要求保安立即赶到。当用户回家开门时应先通过手机发送信息关闭防盗系统或者直接通过发送信息打开房门。
2、保护小孩安全：
小孩的出事主要集中在窗户旁没有很好的保护措施，在窗户旁装一超声波侧位仪，利用超声波定位原理测出小孩距窗户的距离。用户可自定义安全距离（即小孩距窗的距离，如为R）、极限距离（小孩距窗的最近距离，如为S）、间隔距离，当小孩距窗的距离为d>R时，警报不会被触发，当d=R时，警报会发出短促的蜂鸣，当S 超声波测距原理： 超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离s。 名词解释 安全距离：小孩距窗为安全距离时警报开始报警 -5- (20110347)：(智慧家居) 极限距离：小孩距窗为极限距离时窗户关闭 间隔距离：小孩每前进间隔距离时警报加强 3、远程控制： 在智慧家居上增加一GSM模块，用户可以发送特定的命令到系智慧家居，智慧家居将根据用户发送的命令完成相应的任务。 4、可燃气体检测： 智慧家居的可燃气感器会实时的监测房屋的可燃气含量，当可燃气传感器检测到房屋内可燃气含量超标时，会发出蜂鸣声并且会将窗户打开。 5、火灾预防： 智慧家居的温度传感器会实时的监测房屋的温度，温度传感器具有以下特点：①测量精度高 ②测量范围广 ③构造简单，使用方便。当房屋的局部温度高于一定300摄氏度时，如果检测到此信息的温度传感器个数小于两个，智慧家居会发出蜂鸣声，并且会给用户的手机发送信息；如果检测到此信息的温度传感器个数大于四个小于六个时，智慧家居会发出蜂鸣声，并且会给用户的手机发送信息，而且会自动通知物业部门；如果检测到此信息的温度传感器个数大于六个，智慧家居会自动报警，并且会给用户的手机发送信息，而且会自动通知物业部门采取相应措施。 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。 -6- (20110347)：(智慧家居) 图示以上面平面图为例，温度传感器10个 6、屋内光强弱： 智慧家居的光电传感器会实时的监测房屋的光强度，根据屋内的光线强度与屋外的光线强度做出对比，如果屋内的光线强度高于屋外的光线强度，系统会减小百叶窗的透光度，如果屋内的光线强度低于屋外的光线强度，系统会增大百叶窗的透光度，如果智慧家居监测出屋外为夜晚，则百叶窗会全部关闭。 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传 感器在一般情况下，有三部分构成 它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。分类和工作方式⑴槽型光电传感器把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。⑵对射型光电传感器若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。⑶反光板型光电开关把发光器和收光器 -7- (20110347)：(智慧家居) 装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。 四、 作品功能、特色 智慧家居功能完善且操作简单，其功能涵盖家庭防盗、保护婴幼儿安全、实现远程控制等，在最大程度上保证了用户家庭的安全，本系统不需要破坏原有建筑结构便可进行安装，若配上美观的外形，可以满足装饰的时尚的需要，而且本系统没有辐射，耗能少，可以利用其他能源，如太阳能等，顺应当代节能低碳绿色环保的主题，本系统商业价值高，造价低，应用领域广，可以实现产业化生产，并且制作简单，相信任何一个即使是小公司也可以对其大量生产；该系统可被广泛应用于家居装潢公司，安保公司，物业公司和普通住户等等。基于现代很多同类型产品本系统以其成本低廉，功能全而占有绝对的优势和市场，其竞争力之强显而易见。本系统符合新兴起的物联网设计理念，具有长远的商业利用价值。 智慧家居每种功能都有其独特之处： 智能防盗：采用红外对射感应器使防盗功能更加完善，让房屋更加安全 照看小孩：智慧家居独特的对小孩的看护功能，是其他同类产品所不具有的，此项人性化的功能必将在未来的生活中得以广泛应用。 远程控制：智慧家居顺应未来物联网的发展需求，应用无线技术方便用户的生活。 智慧家居具有以下三大特色： 人性化：智慧家居根据用户不同的个人需要，设计自动和手动两种操作模式，用户可以根据自身的实际情况选择，此外，智慧家居每一种功能都可以单独使用。 智能化：智慧家居会根据不同的实际情况智能的判断并做出相应的动作，更加符合未来发展趋势。 -8- (20110347)：(智慧家居) 大众化：智慧家居成本低廉，可实用性强，功能全面，可实现批量化生产，能够应用到千家万户。 五、 作品结构 硬件部分 开关电路电源自动/手动开关HOLTEK MCU单片机红外对射感应器超声波侧位仪GSM模块可燃气传感器温度传感器光电传感器蜂鸣器驱动电路关窗开窗 软件部分 -9- 智能防盗 开始红外感应器启动Y发射红外线接收装置是否接收到红外线N1、启动蜂鸣器2、通知用户3、通知物业-10- (20110347)：(智慧家居) Y 1、 (20110347)：(智慧家居) 2、保护小孩安全 图示以安全距离为2m,极限距离为0.5m,间隔距离为0.5m为例 -11- 3、远程控制 (20110347)：(智慧家居) 开始系统初始化发射超声波N11.7ms内有无回波Y蜂鸣器工作N8.8ms内有无回波保持声音强度Y声音加强N5.8ms内有无回波保持声音强度Y声音加强N2.9ms内有无回波保持声音强度Y关闭窗户发信息 -12- (20110347)：(智慧家居) 以用户发送“关闭台灯”为例。 4、可燃气检测 开始 智能家居系统 是否接收到信 息 Y 关闭台灯 -13- N (20110347)：(智慧家居) 开始 5、火灾预防智能家居系统可燃气含量超标Y1、发出蜂鸣声2、关闭窗户-14- N 5、屋内光强弱(20110347)：(智慧家居) 开始计数器初始化N温度是否达到300Y传感器个数大于2N1、通知用户2、发出蜂鸣YN传感器个数大于4Y1、通知用户2、通知物业N传感器个数大于6Y1、报警2、通知用户3、通知物业 -15- (20110347)：(智慧家居) 开始窗外光传感器数据A窗内光传感器数据BNA>BNYA<0Y减小百叶窗透光度关闭窗户增大百叶窗透光度 -16- 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容