一种多功能家居环境监控装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种多功能家居环境监控装置，包括单片机以及与所述的单片机连接的LCD显示器、报警器、传感器、继电器；所述的传感器采集家居环境信息并传递给所述的单片机，所述的传感器通过多功能检测电路与所述的单片机的输入端连接，所述的单片机的输出端分别与所述的LCD显示器、报警器以及继电器连接；所述的单片机进行智能分析后控制所述的LCD显示器显示环境信息、报警器报警及家用电器、继电器动作。本发明具有实用性强、可靠性高，监测位置选取任意，可扩展性、环境异常报警、工作模式选取自由等特点。
【专利说明】—种多功能家居环境监控装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多功能家居环境监控装置，可实现对家居环境的监测与控制。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的发展，人们对家居环境的要求不断提高。目前，家居环境监控装置虽然已有相应的产品，但其成本较高、功能单一、布线较为复杂且不便于与网络相连。ZigBee是一种新兴的短距离低速率的无线网络技术，具有功耗低、时延短、实现简单的优点，而且便于安装与维护。
【发明内容】
[0003]为了克服现有家居环境监控装置成本较高、功能单一、布线较为复杂且不便于与网络相连的问题，本发明提供一种多功能家居环境监控装置，可根据用户的需求调整监控装置的硬件组成，具有较好的可移植性。
[0004]本发明采用的技术方案是:
[0005]一种多功能家居环境监控装置，其特征在于:包括单片机以及与所述的单片机连接的LCD显示器、报警器、传感器、继电器；所述的传感器采集家居环境信息并传递给所述的单片机，所述的传感器通过多功能检测电路与所述的单片机的输入端连接，所述的单片机的输出端分别与所述的LCD显示器、报警器以及继电器连接；所述的单片机进行智能分析后控制所述的IXD显示器显示环境信息、报警器报警及家用电器、继电器动作。
[0006]进一步，所述的传感器包括温湿度传感器、红外传感器、光敏传感器、烟雾传感器、CO传感器、声音感应器；所述的多功能检测电路包括温湿度采集电路、红外检测电路、光照检测电路、烟雾检测电路、CO浓度检测电路、声音检测电路；
[0007]所述的温湿度传感器、红外传感器、光敏传感器、烟雾传感器、CO传感器、声音感应器分别通过温湿度采集电路、红外检测电路、光照检测电路、烟雾检测电路、CO浓度检测电路、声音检测电路与所述的单片机的输入端连接。
[0008]进一步，所述的单片机通过电器控制电路与家用电器控制连接。
[0009]进一步,所述的单片机通过USB转串口电路与计算机连接。
[0010]进一步，所述的IXD显示器通过IXD显示电路与所述的单片机的输出端连接。
[0011]进一步，所述的报警器通过紧急报警电路与所述的单片机控制连接。
[0012]进一步，所述的单片机通过电压转换电路与电源模块连接。
[0013]本发明所述的监控装置通过无线收发电路与ZigBee无线网络双向连接，所述的ZigBee无线网络通过多个路由器与协调器双向连接，所述的协调器与上位机双向连接。
[0014]本发明所述的电压转换电路用于提供单片机及部分传感器工作所需要的直流电压。本装置外接5V直流电源，使用AMS1117线性稳压集成电路芯片转5V为3.3V，装置上的器件可根据实际需要选择合适的电源电压。
[0015]本发明所述的电器控制电路可以根据环境温温度、光照强度、有无人员等环境信息启停继电器，进而控制相应的电器设备。同时也可根据用户的自主设定启停电器设备，满足用户的个性化需求。
[0016]本发明所述的IXD显示电路用于接收经单片机处理后的环境信息并传输至IXD，便于现场的观察。
[0017]本发明所述的紧急报警电路由运算放大器、蜂鸣器、警示灯等构成。一旦室内出现危险因素，如温湿度超限、烟雾浓度过高、一氧化碳浓度超标等情况，可以及时识别并报警提示。若装置工作在自动模式，将启动相应继电器如电磁水阀实施喷水消烟等措施等消除危险。
[0018]本发明所述的无线收发电路可以将环境信息发送至ZigBee无线网络，最终传输至上位机。该电路也可以接受来自上位机的指令，经单片机处理后由电器控制电路执行相应指令。
[0019]本发明所述的USB转串口电路方便PC下载调试单片机程序，同时也便于通过PC观察家居环境的信息。
[0020]本发明监控装置可工作于手动和自动两种模式:
[0021]在手动模式下，主要用于对环境信息实时监测，家用电器的通断由用户自主设定;
[0022]在自动模式下，不需用户直接干预，可根据当前的光照调节窗帘的开合程度，根据室内的温湿度决定空调的是否启动，根据房间内有无人员决定灯具是否打开等，还可以在紧急情况下报警提示并执行相应动作，如烟雾浓度过高时启动相应电磁水阀进行喷水处理。
[0023]本发明所述的多功能检测电路主要负责环境信息的采集。各传感器采集环境信息并通过多功能检测电路进行相应处理，然后传送至单片机CC2530F256，单片机接收并对信息进行运算后在IXD12864上显示当前的环境状态。
[0024]本发明所述的温湿度采集电路用于接收温湿度传感器DHll的数字信号并传送至单片机。所述的红外检测电路用于接收监测区域是否有人的信息，并把结果传输至单片机。所述的光照检测电路用于接收光照强度的信息。该电路通过光敏电阻将光照强度转化为电压信号，与基准值电压进行比较，判断当前环境有无光照，并将处理结果传送至单片机。所述的烟雾检测电路用于接收烟雾浓度的信息。通过ADC0832对烟雾传感器输出的模拟信号进行转换并把结果传输至单片机，得到家居环境的实时烟雾浓度。所述的CO浓度检测电路用于测量家居环境内的CO浓度，将CO是否超标的情况传送至单片机。所述的声音检测电路用于采集环境中的声音信号，如声音超过设定强度，指示灯将亮起并将信息传输至单片机。
[0025]本发明的有益效果体现在:
[0026]1、可根据用户需要任意选取传感器与报警执行器件，并采用ZigBee进行无线组网，可以对家居环境进行全方位监控，是一种低成本、高可靠性的可行方案；
[0027]2、该多功能家居环境监控装置可以满足家庭环境调控、家庭安防和家电控制的个性化需求，它不仅免去了综合布线的繁琐，还为数字化智能家居打下坚实的基础；
[0028]3、该多功能家居环境监控装置具有实用性强、可靠性高，监测位置选取任意，具有可扩展性、环境异常报警、工作模式选取自由等特点。【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明ZigBee无线组网示意图。
[0030]图2是本发明监控装置的系统框图。
[0031 ]图3是本发明具体实施例的电路图，其中:
[0032]图3a是电压转换电路示意图；
[0033]图3b是温湿度采集电路示意图；
[0034]图3c是红外检测电路示意图；
[0035]图3d是光照检测电路示意图；
[0036]图3e是烟雾检测电路示意图；
[0037]图3f是CO浓度检测电路示意图；
[0038]图3g是声首检测电路不意图；
[0039]图3h是电器控制电路示意图；
[0040]图3i是IXD显示电路示意图；
[0041]图3j是紧急报警电路示意图；
[0042]图3k是USB转串口电路示意图。
【具体实施方式】
[0043]参照图1至图3k，一种多功能家居环境监控装置，包括单片机5以及与所述的单片机5连接的LCD显示器13、报警器、传感器、继电器12 ;所述的传感器采集家居环境信息并传递给所述的单片机5，所述的传感器通过多功能检测电路与所述的单片机5的输入端连接，所述的单片机5的输出端分别与所述的LCD显示器13、报警器以及继电器12连接；所述的单片机5进行智能分析后控制所述的LCD显示器13显示环境信息、报警器报警及家用电器、继电器12动作。
[0044]进一步，所述的传感器包括温湿度传感器6、红外传感器7、光敏传感器8、烟雾传感器9、C0传感器10、声音感应器11 ;所述的多功能检测电路包括温湿度采集电路15、红外检测电路16、光照检测电路17、烟雾检测电路18、CO浓度检测电路19、声音检测电路20 ；
[0045]所述的温湿度传感器6、红外传感器7、光敏传感器8、烟雾传感器9、C0传感器10、声音感应器11分别通过温湿度采集电路15、红外检测电路16、光照检测电路17、烟雾检测电路18、CO浓度检测电路19、声音检测电路20与所述的单片机5的输入端连接。
[0046]进一步，所述的单片机5通过电器控制电路21与家用电器控制连接。
[0047]进一步，所述的单片机5通过USB转串口电路24与计算机连接。
[0048]进一步，所述的IXD显示器13通过IXD显示电路22与所述的单片机5的输出端连接。
[0049]进一步，所述的报警器通过紧急报警电路23与所述的单片机5控制连接。
[0050]进一步，所述的单片机5通过电压转换电路14与电源模块连接。
[0051]本发明所述的监控装置3通过无线收发电路与ZigBee无线网络双向连接，所述的ZigBee无线网络通过多个路由器2与协调器I双向连接，所述的协调器I与上位机4双向连接。
[0052]本发明所述的电压转换电路14用于提供单片机及部分传感器工作所需要的直流电压。本装置外接5V直流电源，使用AMSl 117线性稳压集成电路芯片转5V为3.3V，装置上的器件可根据实际需要选择合适的电源电压。
[0053]本发明所述的电器控制电路21可以根据环境温温度、光照强度、有无人员等环境信息启停继电器，进而控制相应的电器设备。同时也可根据用户的自主设定启停电器设备，满足用户的个性化需求。
[0054]本发明所述的IXD显示电路22用于接收经单片机处理后的环境信息并传输至IXD，便于现场的观察。
[0055]本发明所述的紧急报警电路23由运算放大器、蜂鸣器、警示灯等构成。一旦室内出现危险因素，如温湿度超限、烟雾浓度过高、一氧化碳浓度超标等情况，可以及时识别并报警提示。若装置工作在自动模式，将启动相应继电器如电磁水阀实施喷水消烟等措施等消除危险。
[0056]本发明所述的无线收发电路可以将环境信息发送至ZigBee无线网络，最终传输至上位机。该电路也可以接受来自上位机的指令，经单片机处理后由电器控制电路执行相应指令。
[0057]本发明所述的USB转串口电路24方便PC下载调试单片机程序，同时也便于通过PC观察家居环境的信息。
[0058]该监控装置可工作于手动和自动两种模式。在手动模式下，主要用于对环境信息实时监测，家用电器的通断由用户自主设定；在自动模式下，不需用户直接干预，可根据当前的光照调节窗帘的开合程度，根据室内的温湿度决定空调的是否启动，根据房间内有无人员决定灯具是否打开等，还可以在紧急情况下报警提示并执行相应动作，如烟雾浓度过高时启动相应电磁水阀进行喷水处理。
[0059]本发明所述的多功能检测电路主要负责环境信息的采集。各传感器采集环境信息并通过多功能检测电路进行相应处理，然后传送至单片机CC2530F256，单片机接收并对信息进行运算后在IXD12864上显示当前的环境状态。
[0060]本发明所述的温湿度采集电路15用于接收温湿度传感器DHll的数字信号并传送至单片机。所述的红外检测电路16用于接收监测区域是否有人的信息，并把结果传输至单片机。所述的光照检测电路17用于接收光照强度的信息。该电路通过光敏电阻将光照强度转化为电压信号，与基准值电压进行比较，判断当前环境有无光照，并将处理结果传送至单片机。所述的烟雾检测电路18用于接收烟雾浓度的信息。通过ADC0832对烟雾传感器输出的模拟信号进行转换并把结果传输至单片机，得到家居环境的实时烟雾浓度。所述的CO浓度检测电路19用于测量家居环境内的CO浓度，将CO是否超标的情况传送至单片机。所述的声音检测电路20用于采集环境中的声音信号，如声音超过设定强度，指示灯将亮起并将信息传输至单片机。
[0061]参照图1，监控装置3通过ZigBee组网，家居环境信息依次通过路由器2、协调器I传送至上位机4，上位机4对家居环境进行监测。上位机4也可发出控制指令，指令经协调器1、路由器2传送至监控装置3，由监控装置3执行相应动作。
[0062]图3所示的实施例电路的工作原理大致如下:
[0063]所述的电压转换电路14采用线性稳压集成电路芯片AMS1117，可将5V的电压转换为3.3V，为CC2530F256单片机供电。电解电容Cl和C4滤低频杂波，瓷片电容C2和C3滤高频杂波，V_in接输入5V，GND接地，V_out输出3.3V。
[0064]所述的温湿度采集电路15中，DHll温湿传感器6包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，输出信号为已校准的数字信号。其引脚I与VDD相连，引脚2外接5k上拉电阻与单片机5的P0_6端口相连，引脚3未定义，引脚4接地。单片机5读取DHll温湿度传感器6的值并进行处理后即可得到环境温湿度。
[0065]所述的红外检测电路16中，红外传感器7是由一种高热电系数的材料制成的探测元件，在每个探测内装入两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。由探测元件将接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经场效应管放大后输出至单片机5的P2_0引脚，单片机5根据P2_0引脚电平的高低判断环境是否有人。
[0066]所述的光照检测电路17中，光敏传感器8主要部件为光敏电阻LS，其在可见光照射下阻值迅速减小，可通过调节RpI改变LS的电压转换范围。Rp2和R3为电压比较器LM339提供基准电压，可通过调节Rp2改变。若光敏电阻转换的电压大于基准电压则无光，单片机5的P1_0引脚为高电平；反之则有光，单片机5的P1_0引脚为低电平。
[0067]所述的烟雾检测电路18中，MQ-2烟雾传感器9采用离子式烟雾传感，输出信号为模拟量O?5V，烟雾浓度越高电压值越大。信号由引脚4输出，Rp3可以对其进行校准，信号由模数转换器ADC0832转换为数字信号后传送至单片机5。
[0068]所述的CO浓度检测电路19中，CO传感器10的气敏元件采用横电位电解法原理。由于一氧化碳传感器在气体浓度较低时输出信号较小，因此米用2片运算放大器MAX407对信号进行放大。Rp4和R9为电压比较器LM339提供基准电压，对应CO的安全浓度，可通过Rp4调节。将该电压与放大后的信号进行比较，若放大后的信号大于基准电压，单片机Pl_7为高电平，此时环境内CO浓度超标；反之，Pl_7为低电平，环境CO浓度在安全值内。
[0069]所述的声音检测电路20中，声音感应器11用麦克风作为信号源，R3为麦克风的信号提供一个直流偏置电位，信号经过C5耦合，进入下一级。Rll和Rp5可以调节三极管Ql基极电位，为声音产生的交流信号提供合适的直流偏置电位。R12为Ql集电极提供偏压，信号经Ql放大。R13和R14为电压比较器Ul提供基准电位。若3脚电压高于2脚电压，I脚输出高电位，反之则低电位。声音检测电路20的输出端连接单片机的Pl_4引脚，从而得到环境声音是否超限。
[0070]所述的电器控制电路21接收单片机5发出的控制信号，继电器由开关管V2驱动，二极管VDl起续流的作用，防止继电器开端瞬间过压。继电器控制电器设备开关的闭合，进而改变电器的工作状态。
[0071]所述的IXD显示电路22中，IXD12864可以使用串口或并口驱动，由于CC2530的IO 口资源相对紧缺，因此IXD采用串口驱动的方式。IXD12864的引脚7为串行模式时钟端接单片机5的Pl_5 口，引脚8为串行模式数据端接单片机的Pl_6 口，引脚9接逻辑电源
3.3V，引脚10接逻辑地，引脚11提供LED背光接3.3V电源，引脚12为芯片选通接单片机5的Pl_2 口，低电平有效，引脚14是命令数据选通接单片机的P0_0 口。
[0072]所述的紧急报警电路23由555定时器及其外围元件组成多谐振荡器。无危险状况时，单片机5的Pl_3 口输出低电平,555集成电路的4脚被复位,振荡器处于暂停状态,蜂鸣器不发出声音。当环境出现危险时，单片机输出高电平，4脚变为高电平，振荡器起振，蜂鸣器发出报警声。
[0073]所述的USB转串口电路24可以直接将USB信号转换成串口信号。其中PL2303HX采用28脚贴片SOIC封装，工作频率为12MHZ，符合USB1.1通信协议。其引脚I与单片机P0_2 口相连，引脚2与单片机P0_3 口相连。
[0074]该装置运行时，各传感器采集的环境信息经监控装置3上的多功能检测电路处理后传输至CC2530F256单片机5，单片机5对所接收的信息进行处理，发射至ZigBee无线网络，最终传输至上位机。若测得的环境信息异常，如温度过高、出现烟雾等危险情况，可通过紧急报警电路23报警提示。上位机4也可通过串口发送指令至网络，最终达到终端设备3并启动相应继电器12执行灯具开关、空调启停、窗帘开闭等动作。
[0075]本装置也可工作于自动状态。在该状态下，根据温湿度传感器6得到的温湿度信息决定是否开启继电器12，进而影响空调启停；根据红外传感器7、光敏传感器8及声音感应器11判断是否有人，进而决定灯具的通断；根据光敏传感器8检测所得的光照强度还可决定窗帘的开闭；根据烟雾传感器9可监测房间内的烟雾浓度，超过安全值时开启电磁水阀进行喷水操作并通过紧急报警电路23报警提示。
[0076]本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
【权利要求】
1.一种多功能家居环境监控装置，其特征在于:包括单片机以及与所述的单片机连接的LCD显示器、报警器、传感器、继电器；所述的传感器采集家居环境信息并传递给所述的单片机，所述的传感器通过多功能检测电路与所述的单片机的输入端连接，所述的单片机的输出端分别与所述的LCD显示器、报警器以及继电器连接；所述的单片机进行智能分析后控制所述的LCD显示器显示环境信息、报警器报警及家用电器、继电器动作。
2.如权利要求1所述的一种多功能家居环境监控装置，其特征在于:所述的传感器包括温湿度传感器、红外传感器、光敏传感器、烟雾传感器、CO传感器、声音感应器；所述的多功能检测电路包括温湿度采集电路、红外检测电路、光照检测电路、烟雾检测电路、CO浓度检测电路、声音检测电路； 所述的温湿度传感器、红外传感器、光敏传感器、烟雾传感器、CO传感器、声音感应器分别通过温湿度采集电路、红外检测电路、光照检测电路、烟雾检测电路、CO浓度检测电路、声音检测电路与所述的单片机的输入端连接。
3.如权利要求2所述的一种多功能家居环境监控装置，其特征在于:所述的单片机通过电器控制电路与家用电器控制连接。
4.如权利要求3所述的一种多功能家居环境监控装置，其特征在于:所述的单片机通过USB转串口电路与计算机连接。
5.如权利要求4所述的一种多功能家居环境监控装置，其特征在于:所述的IXD显示器通过LCD显示电路与所述的单片机的输出端连接。
6.如权利要求5所述的一种多功能家居环境监控装置，其特征在于:所述的报警器通过紧急报警电路与所述的单片机控制连接。
7.如权利要求6所述的一种多功能家居环境监控装置，其特征在于:所述的单片机通过电压转换电路与电源模块连接。
【文档编号】G05B19/418GK103809558SQ201410019980
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】黄耀波, 欧林林, 张 浩, 潘文祥, 佘荣平, 赵杭波 申请人:浙江工业大学