小型智能家居演示系统的制作方法

本实用新型属于物联网及自动化控制技术领域，具体涉及一种小型智能家居演示系统。

背景技术：

当前物联网技术迅速发展，其应用前景也为社会所广泛关注。在学校，物联网相关专业也在如火如荼的开展。

智能家居是物联网技术最典型的社会应用之一，但目前市面上的智能家居费用非常高昂，动辄几十万；而且需要占用很大的空间，因此，市面上的智能家居不适合应用于学校教学实践中。现有技术中，学校普遍只能使用实验箱开展智能家居方面的教学实践。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种小型智能家居演示系统，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种小型智能家居演示系统，包括智能家居演示模型以及自动化控制系统；

所述智能家居演示模型从空间上划分为客厅区域、阳台区域、厨房区域、卫生间区域和卧室区域；

所述自动化控制系统包括语音控制系统、客厅控制器、阳台控制器、厨房控制器、卫生间控制器和卧室控制器；其中，所述客厅控制器、所述阳台控制器、所述厨房控制器、所述卫生间控制器和所述卧室控制器分别布置于所述客厅区域、所述阳台区域、所述厨房区域、所述卫生间区域和所述卧室区域；所述客厅控制器、所述阳台控制器、所述厨房控制器、所述卫生间控制器和所述卧室控制器均包括主控芯片、RS-232串行接口、至少一个机器人数字舵机接口、至少一个ADC输入端口、ZigBee路由器以及供电电源；所述主控芯片分别与所述RS-232串行接口、所述至少一个机器人数字舵机接口、所述至少一个ADC输入端口、所述ZigBee路由器以及所述供电电源连接；其中，所述ADC输入端口用于与传感器的输出端连接；所述机器人数字舵机接口用于与用电设备的控制端连接，用于对用电设备的状态进行控制；

所述语音控制系统包括总控制芯片、语音输入装置以及ZigBee协调器；所述总控制芯片分别与所述语音输入装置以及所述ZigBee协调器连接；

所述语音控制系统的ZigBee协调器与各个所述ZigBee路由器组成ZigBee网络。

优选的，所述客厅区域布置有家庭影院场景以及客厅灯；所述家庭影院场景包括：投影仪和投影幕布；

所述客厅控制器配置有三个机器人数字舵机接口，分别与所述客厅灯、所述投影仪和所述投影幕布的控制端连接。

优选的，所述阳台区域布置有电动晾衣杆；

所述阳台控制器的ADC输入端口与布置于阳台的阳台光强传感器连接；所述阳台控制器的机器人数字舵机接口与所述电动晾衣杆的控制端连接。

优选的，所述厨房区域布置有厨房电器；

所述厨房控制器的机器人数字舵机接口与所述厨房电器的控制端连接。

优选的，所述卫生间区域布置有红外传感器、卫生间语音采集装置以及卫生间红外感应开关灯；

所述卫生间控制器的ADC输入端口分别与所述红外传感器以及所述卫生间语音采集装置连接；所述卫生间控制器的机器人数字舵机接口与所述卫生间红外感应开关灯的控制端连接。

优选的，所述卧室区域布置有卧室灯、卧室窗帘、卧室语音采集装置以及卧室光照采集传感器；

所述卧室控制器的ADC输入端口分别与所述卧室语音采集装置和所述卧室光照采集传感器连接；所述卧室控制器的机器人数字舵机接口分别与所述卧室灯以及所述卧室窗帘的控制端连接。

优选的，所述智能家居演示模型的占用空间为1米*0.5米。

本实用新型提供的小型智能家居演示系统具有以下优点：

本实用新型是一套完整智能家居系统模型，通过各空间布局和控制组件，实现家居设备的手动控制、语音控制、自动控制、场景智能控制等功能，从而全面对学生进行相关的教学训练，具有教学训练项目全面的优点。还具有占用空间小、扩展性强以及成本低的优点。

附图说明

图1为本实用新型提供的小型智能家居演示系统中的自动化控制系统的结构原理图；

图2为智能家居演示模型的结构图；

图3为控制器的原理结构图；

其中：

1-客厅区域；1.1-家庭影院场景；2-阳台区域；2.1-电动晾衣杆；3-厨房区域；3.1-厨房电器；4-卫生间区域；4.1-卫生间红外感应开关灯；5-卧室区域；5.1-卧室窗帘；6-语音控制系统。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种小成本的智能家居演示系统，在一个1m*0.5m的空间内模拟家庭场景，并融入物联网的技术，达到智能家居的应用展示，为广大师生智能家居学习提供低成本方案。

智能家居(smart home或者home automation)是以住宅为平台，利用自动控制技术，集成家居生活有关的设施，构建简洁高效的住宅设施管理系统，提升家居舒适性并实现环保节能的居住环境。智能家居系统需要大量的通信线路，但在住宅环境下布线困难，因此，本实用新型中，智能家居系统通过ZigBee无线网络进行数据交换，从而简化布线。

系统组网控制采用LUBYmini控制器，内部集成有可充电锂电池，通过控制器的低功耗特性和ZibGee组网功能，可以方便地在智能家居系统中充当无线节点的角色。传感器是智能家居系统的重要组成部分，用于将环境信息量化处理，本实用新型集成了光敏传感器，用于感知光照环境，使用光敏传感器，可以实现灯光的自动调节，同时，搭配使用CDS5516舵机和结构件，可以实现各种机构和运动，从而实现智能家居构型的搭建。

本实用新型提供的小型智能家居演示系统，包括智能家居演示模型以及自动化控制系统。

智能家居演示模型的结构如图2所示，从空间上划分为客厅区域、阳台区域、厨房区域、卫生间区域和卧室区域；

自动化控制系统的结构如图1所示，包括语音控制系统、客厅控制器、阳台控制器、厨房控制器、卫生间控制器和卧室控制器；其中，客厅控制器、阳台控制器、厨房控制器、卫生间控制器和卧室控制器分别布置于客厅区域、阳台区域、厨房区域、卫生间区域和卧室区域；客厅控制器、阳台控制器、厨房控制器、卫生间控制器和卧室控制器的原理结构如图3所示，均包括主控芯片、RS-232串行接口、至少一个机器人数字舵机接口、至少一个ADC输入端口、ZigBee路由器以及供电电源；主控芯片分别与RS-232串行接口、至少一个机器人数字舵机接口、至少一个ADC输入端口、ZigBee路由器以及供电电源连接；其中，ADC输入端口用于与传感器的输出端连接；机器人数字舵机接口用于与用电设备的控制端连接，用于对用电设备的状态进行控制；

语音控制系统包括总控制芯片、语音输入装置以及ZigBee协调器；总控制芯片分别与语音输入装置以及ZigBee协调器连接；语音控制系统的ZigBee协调器与各个ZigBee路由器组成ZigBee网络。

由此可见，本系统在空间位置上分为5个部分，分别是客厅、阳台、厨房、卫生间、卧室。在控制上采用分布式控制，每个房间由单一的控制器独立控制，在ZigBee网络中作为路由器节点，另外有一套LUBY及Woody构成语音控制系统的中心，在网络中作为协调器，负责系统的整体协调控制。

实际应用中，作为一种具体实现方式，客厅控制器、阳台控制器、厨房控制器、卫生间控制器和卧室控制器可以基于51单片机的控制器，配置有4路AD接口用于传感器的数据输入，系统内置了基于CC2530的ZigBee无线通信平台，能方便地进行组网。具体参数如下：

主控芯片IAP15W4K61S4；

RS-232串行接口1个；

机器人数字舵机接口(支持级联)，并完全兼容Robotis Dynamixel AX12+；

4路10位精度ADC输入端口(0-5V)，GND/+5V/SIG三线制；

4个用户输入按键；

具备ZigBee通信功能，波特率19 200bps，支持使用串口命令对其操作。

LUBYmini电器接口包含了4路10位精度的ADC输入端口、一个程序下载端口、一个充电口及电源开关、两个舵机接口。

本实用新型提供的系统中，包含有灯的手动控制、遥控、传感控制、语音控制等功能，对自动窗帘实现自动控制和语音控制，对自动晾衣杆实现针对光照的闭环自动控制，针对家庭影院场景实现语音智能控制。

下面对各个区域进行详细说明：

(1)客厅

客厅区域布置有家庭影院场景以及客厅灯；家庭影院场景包括：投影仪和投影幕布；

客厅控制器配置有三个机器人数字舵机接口，分别与客厅灯、投影仪和投影幕布的控制端连接。

因此，客厅控制器能通过语音指令控制关灯、投影幕布下拉、打开投影仪等一系列动作。例如，通过语音控制进入家庭影院模式，同时自动关闭客厅灯，打开投影仪，展开投影幕布。当观影结束后，关闭影院模式，同时自动打开客厅灯，关闭投影仪，收起投影幕布。

此外，客厅还可布置有遥控开关灯和手动开关灯，遥控开关灯指：通过远程无线遥控器按钮控制开灯。手动开关灯指：通过房间内的按钮控制关灯。

(2)阳台

阳台区域布置有电动晾衣杆；阳台控制器的ADC输入端口与布置于阳台的阳台光强传感器连接；阳台控制器的机器人数字舵机接口与电动晾衣杆的控制端连接。

因此，阳台控制器能通过感知光照强度，自动控制晾衣杆的升降。具体的，当光强传感器被遮盖或光线较弱时，晾衣杆自动下降，反之升高。

(3)厨房

厨房区域布置有厨房电器；厨房控制器的机器人数字舵机接口与厨房电器的控制端连接。

因此，厨房控制器能控制厨房电器的自动启动等。

(4)卫生间

卫生间区域布置有红外传感器、卫生间语音采集装置以及卫生间红外感应开关灯；

卫生间控制器的ADC输入端口分别与红外传感器以及卫生间语音采集装置连接；卫生间控制器的机器人数字舵机接口与卫生间红外感应开关灯的控制端连接。

因此，卫生间能通过红外传感器和语音交互，进而控制灯的开关。例如，当红外传感器检测到有人进入时，自动开灯。

(5)卧室

卧室区域布置有卧室灯、卧室窗帘、卧室语音采集装置以及卧室光照采集传感器；

卧室控制器的ADC输入端口分别与卧室语音采集装置和卧室光照采集传感器连接；卧室控制器的机器人数字舵机接口分别与卧室灯以及卧室窗帘的控制端连接。

因此，卧室能通过语音控制灯开关，能通过感知光照，自动控制窗帘的打开和闭合。也可以通过语音控制窗帘的打开和关闭。

由此可见，本实用新型提供的小型智能家居演示系统，具有以下优点：

(1)是一套完整智能家居系统模型，通过各空间布局和控制组件，实现家居设备的手动控制、语音控制、自动控制、场景智能控制等功能，从而全面对学生进行相关的教学训练，具有教学训练项目全面的优点。

(2)根据系统的分布式特点，采用多个控制器，基于ZigBee组网技术，实现了传感器信息的互联共享，实现各个房间功能场景的自动控制。从技术构成上来看，整个系统与实际智能家居系统的主流通讯控制核心保持一致，能对实际的智能家居系统开发起到很好的模拟效果。

(3)系统中包含对照明灯、晾衣架、窗帘、投影设备等模型机构的自动控制和语音控制，具有设备控制全面的优点，从而更为全面的对学生进行教学训练。

(4)实现智能家居小型化展示，同时也包含了智能家居的常用知识点具有扩展性强、成本低以及占用空间小的优点。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。