李金鳳,呂俊燕

(山東華宇工學(xué)院,山東 德州 253034)

0 引言

智能家居系統(tǒng)能夠自適應(yīng)調(diào)節(jié),營造較為舒適的生活環(huán)境。X-10系統(tǒng)是最早流行于美國的智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1],以其實(shí)用性、功能性、操作簡單性受到青睞。德國EIB(European Installation Bus)系統(tǒng)是一種高度智能化的電器安裝技術(shù),采用預(yù)埋總線和中央控制方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能[2],為建筑物的能量管理與自動(dòng)化控制提供有效的解決方案,但其設(shè)備要求復(fù)雜,造價(jià)成本較高,市場(chǎng)占有率不高。韓國三星公司將多種智能家居功能集成在機(jī)頂盒內(nèi)[3],為智能家居的發(fā)展開拓了新的方向。國外智能家居技術(shù)已較為成熟。而我國智能家居技術(shù)起步較晚,經(jīng)歷了較長的緩慢發(fā)展期[4]。20世紀(jì)90年代后期,我國實(shí)施了全國住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程,標(biāo)志著我國住宅小區(qū)智能化進(jìn)入了新階段[2],智能家居行業(yè)得到了更為規(guī)范的指導(dǎo),發(fā)展迅速。4G、5G的出現(xiàn)令網(wǎng)絡(luò)更加便捷,促進(jìn)了智能家居技術(shù)的發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起使各式各樣的家電設(shè)備實(shí)現(xiàn)了互聯(lián),形成了智能家居系統(tǒng)[5-7]。本研究基于STM32,設(shè)計(jì)了一套智能家居系統(tǒng),具有環(huán)境檢測(cè)、系統(tǒng)控制、智能物聯(lián)等功能,令空調(diào)、加濕器、窗戶、窗簾等設(shè)備能夠?qū)Νh(huán)境條件進(jìn)行自動(dòng)分析,應(yīng)用微電子技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并控制居住環(huán)境的溫濕度及空氣質(zhì)量,通過傳感器獲取室內(nèi)外信息,為家庭環(huán)境提供實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能預(yù)警等服務(wù),實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境的動(dòng)態(tài)調(diào)控[8]。

1 技術(shù)路線

系統(tǒng)主要依靠控制裝置智能調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境,通過各類傳感器(溫度、濕度傳感器)檢測(cè)各項(xiàng)參數(shù),并將其傳遞給系統(tǒng)控制裝置的單片機(jī),由單片機(jī)進(jìn)行比較處理,得出結(jié)果。當(dāng)室內(nèi)空氣某一污染物指數(shù)超標(biāo)或溫濕度超出宜居范圍,系統(tǒng)將下達(dá)命令,通過開窗等方式進(jìn)行調(diào)控。其核心是通過控制多種家具設(shè)備來實(shí)現(xiàn)居室環(huán)境的改變。

傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)室內(nèi)外環(huán)境,將空氣濕度、溫度等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字化信號(hào)傳遞給系統(tǒng)控制裝置。單片機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)傳感器提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、比較,根據(jù)編制的程序自動(dòng)做出選擇或遵循操作者的自主選擇將命令下傳給控制器。控制器接收到單片機(jī)下達(dá)的命令后,通過舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)(如窗戶的開關(guān)、窗簾的移動(dòng))或電源的開斷等來實(shí)現(xiàn)居室環(huán)境的改變。還可自主設(shè)定溫濕度等環(huán)境數(shù)據(jù),兼顧自動(dòng)化與自主選擇。

系統(tǒng)由無線傳輸模塊、One NET云平臺(tái)、手機(jī)APP形成物聯(lián),采集的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至APP助手,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警。采集的環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)深度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。根據(jù)使用者的不同自主設(shè)置各個(gè)環(huán)境因子參數(shù),通過手機(jī)端APP或系統(tǒng)按鍵來設(shè)置閾值,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的多樣性。技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的技術(shù)路線

2 使用模擬

如圖2、圖3、圖4所示,系統(tǒng)主要包括檢測(cè)機(jī)構(gòu)(100)、調(diào)控機(jī)構(gòu)(200)、晾曬機(jī)構(gòu)(300),均設(shè)置在房體(400)上[9],通過檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)房體外界環(huán)境與內(nèi)部環(huán)境的溫度、濕度及光照強(qiáng)度等,通過調(diào)控機(jī)構(gòu)對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行調(diào)整,適宜居住,減少人為操作調(diào)節(jié),避免調(diào)節(jié)失誤造成的影響。

圖3 晾曬機(jī)構(gòu)(300)

圖4 檢測(cè)機(jī)構(gòu)(100)

2.1 實(shí)施形式

檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括溫度傳感器(130)、濕度傳感器(140)、光度傳感器(150)及空氣質(zhì)量傳感器(160),通過螺栓固定安裝在房體外端與房體內(nèi)壁上,連接器(170)用于連接網(wǎng)絡(luò),獲取更新天氣信息[10]。所有傳感器均通過導(dǎo)線接入控制面板(210)。

調(diào)控機(jī)構(gòu)包括控制面板(210)、窗戶組件(220)、窗簾組件(230)、驅(qū)動(dòng)組件(240)、加濕器(250)及空調(diào)(260)。其中窗戶組件、窗簾組件、驅(qū)動(dòng)組件、加濕器及空調(diào)均安裝在房體上,窗戶組件、窗簾組件、驅(qū)動(dòng)組件設(shè)有多個(gè),窗戶組件包括窗架(221)、窗體(222),窗架通過卡接方式固定安裝在房體上,窗體通過滑輪滑動(dòng)在窗架上。窗簾組件包括滑動(dòng)架(231)、滑桿(232)、窗簾(233)及收線器(234),滑桿通過螺栓固定安裝在房體上,滑動(dòng)架與窗簾滑動(dòng)配合在滑桿上,收線器通過螺栓固定安裝在滑桿的一端,收線器的收線一端與窗簾固定連接。驅(qū)動(dòng)組件包括絲桿(241)、第一電機(jī)(242)、第二電機(jī)(243),第一電機(jī)通過螺栓固定安裝在窗架上,絲桿一端與第一電機(jī)的輸出軸傳動(dòng)連接,另一端與窗架螺紋連接,第二電機(jī)通過螺栓固定安裝在滑桿上,第二電機(jī)的輸出軸與收線器的線固定連接。

晾曬機(jī)構(gòu)包括安裝架(310)、移動(dòng)架(320)、傳送帶(330)、壓力傳感器(340)及第三電機(jī)(350),安裝架通過螺栓固定安裝在房體上,傳送帶通過滾輪等傳動(dòng)配合在安裝架上,移動(dòng)架通過螺栓固定安裝在安裝架上,移動(dòng)架與傳送帶傳動(dòng)連接,第三電機(jī)通過螺栓固定安裝在安裝架上,傳送帶與第三電機(jī)的輸出端傳動(dòng)連接,壓力傳感器通過螺栓固定安裝在安裝架上,壓力傳感器及第三電機(jī)接入控制面板,以保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 實(shí)施流程及作用

日常生活中,可通過檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)室內(nèi)外的各種環(huán)境參數(shù)。通過各傳感器模塊獲取空氣質(zhì)量、溫度、濕度及光照強(qiáng)度等參數(shù),通過控制面板將室內(nèi)與室外環(huán)境參數(shù)進(jìn)行比較,得出適合的數(shù)據(jù)結(jié)果,通過調(diào)控機(jī)構(gòu)調(diào)整空調(diào)、加濕器、窗簾及窗戶等設(shè)備,為人們提供適宜的居住條件,也可根據(jù)需要通過控制面板調(diào)節(jié)此系統(tǒng)。

當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量與空氣流動(dòng)性較差時(shí),控制面板將調(diào)控第一電機(jī)運(yùn)行,驅(qū)動(dòng)窗戶移動(dòng),自動(dòng)開窗通風(fēng),更新室內(nèi)空氣;當(dāng)空氣環(huán)境到達(dá)良好時(shí),控制面板控制關(guān)閉窗戶。室外光照條件良好時(shí),控制面板將對(duì)光度傳感器接收的信號(hào)進(jìn)行判斷,對(duì)室內(nèi)外的光照進(jìn)行對(duì)比,控制第二電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),令窗簾移動(dòng),自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)的光照強(qiáng)度。

通過設(shè)置檢測(cè)機(jī)構(gòu)及調(diào)控機(jī)構(gòu),對(duì)房體內(nèi)的空氣濕度、溫度及光照強(qiáng)度等進(jìn)行智能調(diào)整,通過檢測(cè)室外與室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù),在控制面板的調(diào)控下控制窗戶與窗簾的開度大小,使室內(nèi)達(dá)到適宜的環(huán)境狀態(tài),減少人為操作造成的調(diào)節(jié)失誤。

當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到有壓力時(shí),控制面板判斷移動(dòng)架上有晾曬衣物,控制面板通過檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)到室外環(huán)境光照條件良好時(shí),可通過控制窗簾移動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)室外環(huán)境適宜晾曬時(shí),控制面板通過調(diào)控使第三電機(jī)運(yùn)行,驅(qū)動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)移動(dòng)架移動(dòng)到窗外,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)晾曬。光照條件較差時(shí),移動(dòng)架收回到窗內(nèi),降低衣物被淋濕的可能。

3 結(jié)束語

智能家居系統(tǒng)通過傳感器自主讀取室內(nèi)外參數(shù),動(dòng)態(tài)調(diào)控室內(nèi)環(huán)境,使其能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)。門窗可根據(jù)系統(tǒng)調(diào)控自動(dòng)多向開合,通風(fēng)方式多樣化,適用于多種情況。調(diào)控系統(tǒng)通過控制面板實(shí)現(xiàn)智能物聯(lián),獲取各環(huán)境因子參數(shù),讀取當(dāng)前的環(huán)境情況,為人們提供更加便利、簡潔、智能、安全的居住環(huán)境。