許凌峰 逯力紅 謝忠興 陳雷 王欽

摘 要：在秋冬季，氣候干燥，干燥的空氣對人的健康有很大影響，因此空氣加濕器就顯得尤為重要。該文提出一種基于單片機(jī)的智能加濕器設(shè)計?；?1單片機(jī)，利用語音識別模塊、藍(lán)牙模塊、GSM報警模塊、電機(jī)等多個模塊組合實(shí)現(xiàn)一款能能被語音及手機(jī)控制的智能自調(diào)節(jié)加濕器。加濕器可通過語音識別或手機(jī)控制自動運(yùn)行，并具有監(jiān)測環(huán)境和防盜的功能。該設(shè)計能更加方便人們生活，提高人們生活質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：加濕器；語音識別；藍(lán)牙通信；51單片機(jī)；循跡

1.引言

隨著科技發(fā)展，人們生活質(zhì)量極大提高，各種智能家居層出不窮，加濕器已成為較為常見的家居設(shè)備。但是通過調(diào)查，市場上的加濕器功能較為單一，如今家居設(shè)備的發(fā)展理念之一是多元化，因此需要一種新的設(shè)計思想，改進(jìn)傳統(tǒng)設(shè)計中的單一化。此外，市面上的大型加濕器，在家庭中使用中移動不方便，且只有加濕功能，因此市場反響冷淡。

當(dāng)今半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，市面上出現(xiàn)大量的高性能，低成本的芯片，如stm32系列，intel系列，51系列等，此外，還有各種成本不高的傳感器，可用于各個方向?qū)崿F(xiàn)人對自然量的監(jiān)測。將傳統(tǒng)家居設(shè)備與這些結(jié)合，設(shè)計出具有實(shí)用性，功能更豐富的產(chǎn)品，能極大提高人們生活。

在此背景下，基于傳統(tǒng)加濕器，將單片機(jī)與各種傳感器及移動端設(shè)備結(jié)合，采樣無線通信技術(shù)，語音識別技術(shù)，設(shè)計出一款新型智能加濕器，它具有監(jiān)測環(huán)境，家庭防盜，語音及手機(jī)控制，自動行進(jìn)的功能。

2.原理分析

本設(shè)計的研究內(nèi)容包括語音控制、手機(jī)控制、防盜系統(tǒng)設(shè)計、小車循跡、傳感器

工作方式以及單片機(jī)系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計。

（1）防盜：該產(chǎn)品加入紅外防盜模塊，當(dāng)人出門時，可設(shè)置為防盜模式，當(dāng)有人侵入，可通過防盜系統(tǒng)向主人發(fā)送短信，提醒主人家中可能有盜賊。

（2）循跡：通過三個光電對管，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確行進(jìn)到指定位置。

（3）環(huán)境監(jiān)測：加濕器上的多個傳感器檢測環(huán)境狀態(tài)，并顯示在液晶屏上。

（4）語音及手機(jī)藍(lán)牙控制：通過語音識別芯片讓加濕器自動行進(jìn)；通過手機(jī)控制加濕器行走。整體流程圖如下：

3.硬件電路設(shè)計

3.1.主控芯片

STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但是做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

3.2.無線通訊系統(tǒng)設(shè)計

通過藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)移動端和單片機(jī)的無線通訊，藍(lán)牙模塊是指集成藍(lán)牙功能的芯片基本電路集合，用于無線網(wǎng)絡(luò)通訊，可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸模塊遠(yuǎn)程控制模塊等。通過手機(jī)APP與系統(tǒng)中藍(lán)牙進(jìn)行配對，運(yùn)用到串口通信，然后在APP中輸入相應(yīng)指令，發(fā)送給藍(lán)牙，藍(lán)牙接收到數(shù)據(jù)后，通過單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，來控制整個系統(tǒng)的行進(jìn)。

3.3.語音識別系統(tǒng)設(shè)計

LD3320模塊支持SPI接口和并行接口的非特定語音識別模塊，板載咪頭和有源晶振，方便在電子產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)語音識別、聲控和人機(jī)對話功能。用戶把識別的關(guān)鍵詞：以字符串的形式傳送進(jìn)芯片，即可以在下次識別中立即生效。比如，用戶在51等MCU的編程中，簡單地通過設(shè)置芯片的寄存器，把諸如"你好"這樣的識別關(guān)鍵詞：的內(nèi)容動態(tài)地傳入芯片中，芯片就可以識別這樣設(shè)定的關(guān)鍵詞：語了。通過設(shè)定關(guān)鍵詞：，當(dāng)用戶說出該詞，芯片開始執(zhí)行程序中設(shè)定的操作，讓加濕器自動行進(jìn)。

3.4.循跡部分設(shè)計

運(yùn)用反射式光電對管，通過集聚光線來控制光敏三極管的導(dǎo)通與截止。對反射式光電開關(guān)，由振蕩回路產(chǎn)生的調(diào)制脈沖經(jīng)反射電路后，由發(fā)光管GL輻射出光脈沖。當(dāng)被測物體進(jìn)入受光器作用范圍時，被反射回來的光脈沖進(jìn)入光敏三極管DU。并在接收電路中將光脈沖解調(diào)為電脈沖信號，再經(jīng)放大器放大和同步選通整形，然后用數(shù)字積分光電開關(guān)或RC積分方式排除干擾，最后經(jīng)延時（或不延時）觸發(fā)驅(qū)動器輸出光電開關(guān)控制信號

3.5.報警系統(tǒng)設(shè)計

通過GSM模塊和熱釋電紅外傳感器組合，當(dāng)主人離開家時，可打開報警開關(guān)，系統(tǒng)檢測到有人進(jìn)入，則向屋主手機(jī)發(fā)送提醒短信。熱釋電紅外傳感器能夠檢測到到人體發(fā)出的紅外電信號。GSM 系統(tǒng)主要由四部分組成，即移動臺（MS）、移動網(wǎng)子系統(tǒng)（NSS）、基站子系統(tǒng)（BSS）、操作維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）四部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖 2.6 所示。其中，PSTN 為共用電話網(wǎng)，PLMN 為公共陸地移動網(wǎng)絡(luò)，ISDN 為綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，PSPDN為分組交換共用數(shù)據(jù)網(wǎng)。

3.6.傳感器系統(tǒng)設(shè)計

給單片機(jī)系統(tǒng)加上煙霧傳感器，溫濕度傳感器等，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的檢測警報，并顯示在液晶屏上，當(dāng)范圍超過設(shè)定的閾值時，可語音提醒室內(nèi)人員。

4.軟件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計要求，將軟件程序的編寫總體分為兩部分，語音識別及無線通訊控制加濕器循跡行進(jìn)；傳感器檢測室內(nèi)環(huán)境及GSM報警系統(tǒng)。

4.1.控制加濕器行進(jìn)程序設(shè)計

LD3320模塊與單片機(jī)通訊，通過程序控制特定詞條的語音識別，若識別到的詞條與程序設(shè)定的詞條一致，單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)信號控制加濕器的動作；單片機(jī)收到手機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)后，發(fā)出相應(yīng)信號控制加濕器行進(jìn)。

4.2.傳感器及報警系統(tǒng)程序設(shè)計

該部分用到溫濕度傳感器，煙霧傳感器，人體熱釋電紅外模塊及GSM模塊。單片機(jī)程序設(shè)計的流程圖如圖：

5.設(shè)計成果及結(jié)語

本文討論了基于單片機(jī)的智能加濕器設(shè)計過程，經(jīng)過實(shí)驗證明方案可行并且成本比較低廉，整個智能控制系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)期效果。該設(shè)計使人們生活更加方便，不需要再搬運(yùn)加濕器，人們可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方式控制加濕器行進(jìn)，本設(shè)計還能夠有效提醒人們室內(nèi)環(huán)境狀況，并能監(jiān)控警報，一定程度上保障了家居安全。此外，以本設(shè)計為基礎(chǔ)還能進(jìn)行更多擴(kuò)展，可以運(yùn)用到更多的場合。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭杰綱，周兆英，葉雄英.基于MEMS技術(shù)的微型流量傳感器的研究進(jìn)展[J].力學(xué)進(jìn)展，2005，35（3）：361-376.

[2] 閆迎利.壓電效應(yīng)及其應(yīng)用[J].安陽師范學(xué)院學(xué)報，2001，（2）：44-45.

[3] 徐妙婧，祖一康.基于單片機(jī)的煙霧檢測報警系統(tǒng)設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)，2016，（35）：74-74.

[4] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1995.

[5] 藍(lán)和慧，王俊生.新版大學(xué)生電子設(shè)計競賽單片機(jī)應(yīng)用技能指導(dǎo)[M].電子工業(yè)出版社，2013.

[6] Hong Li，Si Qing Zhang.Design for Robot Control Board Based on AVR SinMicrocomputer[J].Applied Mechanicsand Materials，2014，2935（484）.

（作者單位：天津工業(yè)大學(xué)）