办公室电器智能自动开关系统装置制造方法
【专利摘要】办公室电器智能自动开关系统装置，包括人员进门检测模块、人体检测模块，稳压电源模块，所述人员进门检测模块、人体检测模块分别连接处理器模块，所述处理器模块连接声音检测模块、电流检测模块、声音提示模块和开关电路模块。本实用新型办公室电器智能自动开关系统装置，通过传感器判断办公室内是否有人，自动控制室内电器开关的动作，实现智能开关电器的功能。该智能开关系统装置分模块独立设计，检测判断可靠，逻辑配合清晰，功能完善，做到人性化设计。
【专利说明】办公室电器智能自动开关系统装置
【技术领域】
[0001]本实用新型一种办公室电器智能自动开关系统装置，用于办公电器设备自动控制。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，电器产品给我们的生活生产带来了极大的便利和享受，例如日光灯和空调的使用等。但是，办公室中这些电器设备的电源开关一般都是固定在墙体的某个位置，需要使用者去触摸操作；另外，下班后如果忘记关掉设备电源，将会造成极大的能源浪费。如果能够设计出一个控制系统，能够判断办公室内是否有人，自动开启和关闭办公室的电器设备，不仅可以提高设备的智能化程度，还可以节约能源。
【发明内容】
[0003]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种办公室电器智能自动开关系统装置，通过传感器判断办公室内是否有人，自动控制室内电器开关的动作，实现智能开关电器的功能。
[0004]该智能开关系统装置分模块独立设计，检测判断可靠，逻辑配合清晰，功能完善，做到人性化设计。
[0005]本实用新型采取的技术方案为:办公室电器智能自动开关系统装置，包括人员进门检测模块、人体检测模块，稳压电源模块，所述人员进门检测模块、人体检测模块分别连接处理器模块，所述处理器模块连接声音检测模块、电流检测模块、声音提示模块和开关电路丰吴块。
[0006]所述人员进门检测模块包括第一反射式光电传感器A、第二反射式光电传感器B，第一反射式光电传感器A、第二反射式光电传感器B连接处理器模块。
[0007]所述人体检测模块包括红外热释电传感器，红外热释电传感器连接带通滤波电路、第一级放大电路，所述带通滤波电路、第一级放大电路连接第二级放大电路，第二级放大电路连接双限电压比较器。
[0008]所述声音检测模块包括芯片LD3320，芯片LD3320连接处理器模块。
[0009]所述电流检测模块包括线性电流传感器，线性电流传感器连接运算放大电路。
[0010]所述声音提示模块包括语音芯片WT588D，语音芯片WT588D与处理器模块通过三条通信线连接，语音芯片WT588D连接存储器模块。
[0011]所述开关电路模块包括驱动器、继电器，处理器模块连接驱动器，驱动器连接继电器。
[0012]所述稳压电源模块包括三端稳压芯片AMS1117:输入+12V直流电压，输出5V电压；以及稳压芯片LM2575HVS:输出3.3V电压。
[0013]所述处理器模块为Atmega64微处理器。
[0014]所述第一反射式光电传感器A、第二反射式光电传感器B均为反射式光电传感器HD-200CM。
[0015]本实用新型办公室电器智能自动开关系统装置，通过传感器判断办公室内是否有人，自动控制室内电器开关的动作，实现智能开关电器的功能。该智能开关系统装置分模块独立设计，检测判断可靠，逻辑配合清晰，功能完善，做到人性化设计。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型装置模块连接示意图；
[0017]图2为本实用新型装置的主控电路图；
[0018]图3为本实用新型装置的人员进门检测模块电路图；
[0019]图4为本实用新型装置的人体检测模块电路图；
[0020]图5为本实用新型装置的声音检测模块电路图；
[0021]图6为本实用新型装置的电流检测模块电路图；
[0022]图7为本实用新型装置的声音提示模块电路图；
[0023]图8为本实用新型装置的开关电路模块电路图；
[0024]图9为本实用新型装置的稳压电源模块电路图。
【具体实施方式】
[0025]办公室电器智能自动开关系统装置，分为两个部分，第一个部分:检测装置，包括是否有人进入办公室的检测、办公室有没有人员的检测以及电器是否处于工作状态的检测；第二个部分:控制系统，单片机通过判断各模块检测到的信号，输出控制信号，控制电气开关的开合动作。
[0026]主要器件描述。主要包括如下器件:
[0027](I)两个反射式光电传感器HD-200CM，分别命名为反射式光电传感器A和反射式光电传感器B。该传感器集发射与接收于一体，检测距离可达300厘米，具有受可见光干扰小、易于装配、使用方便等特点。
[0028](2)红外热释电传感器DYP-ME003K4:该传感器是一款基于热释电效应的人体热释运动传感器，能检测到人体或动物身上发出的红外线，与菲涅尔透镜配合能使传感器探测范围更远更广。其灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，感应距离可达7米。
[0029](3)语音识别/声控芯片LD3320:该芯片上集成了高精度的A/D和D/A接口，提供了单芯片识别非特定人语音的解决方案，不再需要外接辅助的Flash和RAM，即可实现语音识别/声控/人机对话功能。由于LD3320集成度较高，外围只需要简单接上电阻、电容就能正常工作。
[0030](4)电流传感器ACS712:是由Allegro公司推出的一种线性电流传感器，主要由靠近芯片表面的铜制电流通路和精确的低偏置线性霍尔传感器电路等组成。其铜制电流通路施加的电流能够被集成霍尔元件感应，并转化为成比例输出电压。具有响应时间快、灵敏度高、低噪声、误差小、绝缘电压高等特点。
[0031](5)语音提示芯片WT588D:是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片，具有功能多、音质好、应用范围广、性能稳定等特点。WT588D支持MP3控制模式、按键控制模式、并口模式、一线串口模式及三线SPI模式。
[0032](6)Atmega64单片机:它是基于增强AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，具有64K字节内可编程Flash的系统，2K字节可选外部存储空间，共53个可编程I/O。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，使Atmega64的数据吞吐率高达IMIPS/MHz，从而可以缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾。
[0033]系统各模块功能描述。(I)人员进门检测模块由两个反射式光电传感器组成，通过信号线与单片机I/o端口相连，当有人进入办公室时，单片机判断出的信号为“I”；否则为“O”。(2)人体检测模块主要由红外热释电传感器组成，用来检测房间内是否有人存在，通过信号线与单片机I/O端口相连，房间有人时，单片机判断出的信号为“I”；否则为“O”。
(3)声音检测模块核心为LD3320芯片，作为检测房间内是否有人的辅助设备，与单片机I/O端口相连，当检测到人的声音时，判断出的信号为“I”；否则为“O”。(4)电流检测模块由ACS712电流传感器组成，用来检测电器是否处于工作状态，与单片机I/O端口相连，当电器工作时会有电流流过，单片机判断出的信号为“I”；否则为“O”。(5)声音提示模块用来发出提示声音，播放事先存储在内部的提示音“即将关闭室内电器”。(6)开关电路模块与单片机I/O端口相连，接收信号，驱动继电器动作，继而控制电器开关的动作。拟设计并控制4路用电设备开关(电灯、空调、饮水机等)，供用户自由设置。
[0034]I)开电器操作。当单片机连接人员进门检测模块的端口检测并判断出的信号为“1”，且单片机I/O 口检测接入电器的电流传感器信号为“O”时，说明之前室内没有人。此时，单片机I/o端口给开关模块发送相应指令，用电设备将接通并正常工作。
[0035]2)关电器操作。当单片机检测到与声音检测模块、人体检测模块连接的I/O 口同时为“O”信号时，说明室内已经没有人。此时，准备关闭电器，单片机I/O 口发出指令控制声音提示装置开始工作发出提示音，并开始计时；同时不停扫描单片机与声音检测模块、人体检测模块、人员进门模块连接的I/o 口信号。如果与声音检测模块、人体检测模块、人员进门模块连接的I/o 口的信号从计时开始均未发生变化，当计时3分钟时再次控制声音提示装置发出提示关闭电器的声音，当计时到5分钟时控制开关电路模块动作，关闭电器。为了防止声音检测模块误判，在单片机I/O 口发出指令控制声音提示装置准备开始工作时，通过设置中断，暂时关闭与声音检测模块连接的I/O 口扫描，直到语音提示完成，再恢复这些I/O 口扫描。
[0036]系统器件安装描述。将反射式光电传感器A和B—前一后安装在门框侧面，A靠近门外侧，B靠近室内，间隔5厘米左右，距地面1.2米处。人体检测模块、声音检测模块以及声音提示模块安装在房顶的中间位置，以达到最好的检测和提示效果。其中，由于红外热释传感器只能检测到运动物体，故将该模块中的DYP-ME003K4传感器安装在由步进电机驱动的可以360°旋转的机械结构上，让其与办公室做相对运动。电流检测模块的电流传感器套装在电器的电源线路外侧。单片机控制系统没有固定位置要求，方便操作即可。
[0037]图1为系统的功能框图。共有7部分组成，分别是:人员进门检测模块、人体检测模块、声音检测模块、电流检测模块、声音提示模块、开关电路模块和Atmega64微处理器。
[0038]图2为系统的主控制电路图。主要功能是用于读取各检测模块的信号，以此控制声音提示模块和开关电路模块的动作，进而驱动室内电器的开关。该电路由ATmega64单片机 U1，电阻 R22、R23、R25，电容 C22、C23、C24、C25、C26，晶振 Y2，NPN 三级管 Ql，LED 指示灯D2，二极管D1，按键SI，以及下载口 P2组成。ATmega64单片机是主控芯片。单片机的PA3、PA5端口用于检测反射式红外检测模块的信号；PE3~7及PB端口用于检测和控制语音提示模块；PC和H)端口用于检测和控制非特定人语音识别模块；PR)~3端口检测热释电红外探测器；PF4~7端口用于检测电流传感器的信号；PA0~2及PA7端口用于控制开关电路继电器的动作。单片机PA4端口通过电阻R22连接到三极管Ql的基极，来控制三极管导通和关闭，从而控制D2。PA4为高电平，三极管导通，5V电源通过R25电阻，三极管Ql施加到D2上，然后D2就发光，反之关闭三极管截止。其中，D2的作用是提示控制电路是否正常工作。C24和C25两个电容以及电感L4是为了滤除外界辐射的高频干扰和单片机工作时自身产生的脉冲干扰。电阻R23、电容C22、二极管Dl和按键SI组成单片机的复位电路，既可以使用软件复位也可以使用硬件复位。P2是下载口，采用USBISP方式下载程序。
[0039]图3为人员进门检测模块电路图。该模块是用两个HD-200CM传感器A和B检测是否有人进入室内。当有人进门时，A传感器先被遮挡，输出为低电平，和B传感器输出特征电平值为01 ;接着B传感器被遮挡，A和B传感器输出特征电平值为00。当人完全通过门后，A和B传感器输出特征电平值恢复为11。当B先检测到有信号且A随后检测到有信号时，表示有人出门。因此，其检测逻辑为:当传感器AB的电平信号变化为“01-00-11”时，即可判断出有人进入了室内。
[0040]图4是人体检测模块电路图。由于模块中红外热释电传感器的响应信号十分微弱(一般为微伏级)，前置放大电路信号处理需要从多种噪声干扰中提取到有用的微弱信号，故要求前置放大电路应具有低噪声、高增益、低频信号好、抗干扰能力强等特点。因此，本电路包括带通滤波、两级高增益放大、比较电路三部分。图4中热释电传感器DRAIN端和5V电源间串联10ΚΩ电阻，用于降低射频干扰；SOURCE端接47ΚΩ负载电阻，偏置电压约为IV ；GROUND端接地。电阻R26、R27、R28，电容C20、C21和运放LM324构成带通滤波和第一级放大电路。电阻R34、R38与运放LM324构成第二级反相放大电路。传感器输出直接耦合到由低噪声运放LM324构成的带通滤波和第一级放大电路的反向输入端，再由电阻R30、电容C24耦合到第二级反相放大电路进行进一步滤波、放大。经过第二级放大的信号通过由LM324的另两个放大器构成的双限电压比较器。可通过电阻R31、R32、R33、R36来设置双限电压比较器的高低阈值，有效抵抗噪声的干扰。当放大器输出信号电平大于阈值上限或者小于阈值下限时，比较器输出高电平，表示探测到人体；反之，输出低电平，表示未检测到人。
[0041]图5是声音检测模块电路图。电路由LD3320芯片U2，电阻R2、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、RlU R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20，电容 Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7，发光二极管D1，电感LI组成。这里所有电阻都是起限流作用。电容C2、C3、C7和电感LI一起对LD3320的电源端起滤波作用。电阻R2和发光二极管Dl组成的电路提示LD3320是否正常工作。LD3320与单片机PC端口的8根线以并行方式连接，控制线也分别连接。由于LD3320最多可以与50项候选词句识别匹配，所以往数据存储寄存器写入使用频率最高的用语，如“你”、“我”、“他”等，作为识别列表，完成芯片初始化。另一方面，识别句内容可以动态编辑修改，方便调试安装。当LD3320的麦克风采集到声音时，通过查询方式与识别列表中的语句匹配，确定出人的声音，从而判定出周围是否有人。
[0042]图6为电流检测模块电路图。采用线性电流传感器ACS712-20A，该器件内置有精确的低偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测的交流或直流电流成比例的电压。由于ACS712-20A的输出电压与原边电流成线性关系，实际检测电路电流范围约在0~4A变化，该传感器的输出电压在2.5~2.9V变化，AV=0.4V，而单片机要求检测输入电压为0~5V。为此，在传感器需加一级差分输入比例运算放大器，以实现电位移动和信号放大，运算放大电路图中由电阻R40、R41、R42、R43及运放OPl 177组成。取V1=V2=2.5V，放大倍数为12.5，即可满足应用要求。所以当通过处理后的检测输出电压为5V左右时，视为高电平，表明电路接通，用电器处于工作状态；当通过处理后的检测输出电压为很低时，视为低电平，表明电路断开，用电器没有工作。
[0043]图7为声音提示模块电路图。该模块核心为WT588D语音芯片，采用三线SPI模式，单片机Ul与WT588D之间通过三条通信线连接，分别是片选信号CS、数据信号MISO和时钟信号SCLK，时序遵循标准SPI通信方式。由单片机发送信息对WT588D进行控制，实现语音芯片命令控制、语音播放。P17为BUSY忙信号输出端，其信号可以进行设置。该模块中设置语音开始播放时BUSY输出低电平，语音播放结束BUSY输出高电平，高电平时电压接近VDD供电电压，用于作为语音播放是否结束或忙信号判断。供电电压VDD使用+5V供电，VCC使用3.3V供电。音频信号由DAC端输出。使用M25P32VMW6TG存储特定的语音信号，其为32Mbit(4M*8)的串行flash存储器，具有增强写保护结构。存取采用SPI总线协议。
[0044]图8为开关模块电路原理图。开关模块主要由继电器驱动器ULN2803A和继电器组成。ULN2803A是八路NPN达林顿连接晶体管阵，适用于低电平数字电路和较高的电流、电压要求之间的接口。ULN2803A输出端直接接继电器线圈一端，继电器线圈的另一端接+5V电源，ULN2803A的输入端直接和单片机I/O 口相连，单片机输出高电平时就可驱动继电器动作。
[0045]图9为直流稳压电源模块电路原理图。系统中除开关电路模块外，均需要稳压电源供电。其中，单片机U1、反射式光电传感器、红外热释传感器、电流传感器ACS712、继电器和运算放大器LM324、OPl 177等需要5V的直流电源供电，LD3320芯片需要3.3V的稳压电源供电。该电路中采用稳压芯片LM2575HVS-5.0，输入为+12V的直流电压，可得到5V电源；采用三端稳压芯片AMS1117-3.3得到3.3V电源。P3接口所需的+12V的电源从室内的220V交流电经过开关电源变换器得到，并作为稳压电路的输入。
【权利要求】
1.办公室电器智能自动开关系统装置，包括人员进门检测模块、人体检测模块，稳压电源模块，其特征在于，所述人员进门检测模块、人体检测模块分别连接处理器模块，所述处理器模块连接声音检测模块、电流检测模块、声音提示模块和开关电路模块。
2.根据权利要求1所述办公室电器智能自动开关系统装置，其特征在于，所述人员进门检测模块包括第一反射式光电传感器A、第二反射式光电传感器B，第一反射式光电传感器A、第二反射式光电传感器B连接处理器模块。
3.根据权利要求1所述办公室电器智能自动开关系统装置，其特征在于，所述人体检测模块包括红外热释电传感器，红外热释电传感器连接带通滤波电路、第一级放大电路，所述带通滤波电路、第一级放大电路连接第二级放大电路，第二级放大电路连接双限电压比较器。
4.根据权利要求1所述办公室电器智能自动开关系统装置，其特征在于，所述声音检测模块包括芯片LD3320，芯片LD3320连接处理器模块。
5.根据权利要求1所述办公室电器智能自动开关系统装置，其特征在于，所述电流检测模块包括线性电流传感器，线性电流传感器连接运算放大电路。
6.根据权利要求1所述办公室电器智能自动开关系统装置，其特征在于，所述声音提示模块包括语音芯片WT588D，语音芯片WT588D与处理器模块通过三条通信线连接，语音芯片WT588D连接存储器模块。
7.根据权利要求1所述办公室电器智能自动开关系统装置，其特征在于，所述开关电路模块包括驱动器、继电器，处理器模块连接驱动器，驱动器连接继电器。
8.根据权利要求1所述办公室电器智能自动开关系统装置，其特征在于，所述稳压电源模块包括三端稳压芯片AMS1117:输入+12V直流电压，输出5V电压；以及稳压芯片LM2575HVS:输出 3.3V 电压。
9.根据权利要求1或2或4或6或7所述办公室电器智能自动开关系统装置，其特征在于，所述处理器模块为Atmega64微处理器。
10.根据权利要求2所述办公室电器智能自动开关系统装置，其特征在于，所述第一反射式光电传感器A、第二反射式光电传感器B均为反射式光电传感器HD-200CM。
【文档编号】G05B19/042GK204229167SQ201420698123
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】常俊晓, 黎安铭, 卢姬, 肖隆恩 申请人:三峡大学