智能家居小車

高 遠，王福平，祝 玲，劉智新

（北方民族大學(xué)，寧夏 銀川 750021）

0 引言

氣候干燥，空氣濕度過小，不僅令人不適，還有利于一些細菌和病菌的繁殖和傳播。試驗表明，50%～60%的相對濕度對人體最為舒適，老人和小孩適合的室內(nèi)濕度為45%～50%，而目前市面上能買到的空氣加濕器無法準確達到此范圍，而且也達不到室內(nèi)均勻加濕。為此，本文設(shè)了智能家居小車，可移動地對室內(nèi)加濕，實現(xiàn)室內(nèi)溫度的平衡，而且增加了溫度及其煙霧預(yù)警系統(tǒng)。在沒有空調(diào)的辦公場所，特別是寢室環(huán)境，造價低廉的智能家居小車是非常實用的。

1 設(shè)計原理

本文設(shè)計的智能家居小車以STC12C5A60S2單片機作為主控芯片，通過DHT22溫濕度傳感器采集空氣溫濕度信息，通過HC-SR04超聲波傳感器采集距離信息，通過MQ-2煙霧傳感器采集煙霧信息，將濕度信息傳輸至主控芯片，對加濕器進行模糊控制和PID精確控制以調(diào)節(jié)濕度到指定濕度；同時將煙霧信息和溫度信息返回給主控芯片，當(dāng)室內(nèi)溫度或煙霧濃度不正常時，及時利用蜂鳴器報警。主控芯片通過超聲波傳感器返回的信息控制電機，使小車在室內(nèi)自動避障，并且利用采集回的濕度信息使小車趨于濕度低的片區(qū)。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 硬件設(shè)計

2.1 MCU模塊

以STC12C5A60S2單片機作為主控芯片，這款單片機為增強型8051CPU，1 280 B RAM，2路PWM輸出，8路高速10A/D轉(zhuǎn)換，工作電壓為3.3 V～5.5 V，60 KB存儲空間，4個16位定時器，MAX810復(fù)位電路，雙串口，7路外部中斷I/O口，通用全雙工異步串行口。采用STC-ICP程序燒錄軟件對單片機燒錄程序。對應(yīng)電路如圖2所示。

2.2 自動加濕模塊

DHT22數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它采用專用的數(shù)字采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連，因此具有響應(yīng)超快、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT22傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準，校準系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。DHT22傳感器信號傳輸距離可達20 m以上，其測量條件為-20℃～80℃，濕度精度為±5%RH，溫度精度小于±0.5℃；單總線接口，一次通信時間為5 ms。直接使用MCU控制其空氣加濕器出霧量。

圖2 單片機最小系統(tǒng)電路

2.3 煙霧及其溫度模塊

MQ-2煙霧傳感器應(yīng)用于氣體泄漏檢測、十一液化氣、丁烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等探測，其使用溫度為-10℃～50℃，儲存溫度為-20℃～70℃，相對濕度小于±95%RH。DHT22數(shù)字溫濕度傳感器返回的溫度以及MQ-2煙霧傳感器返回的煙霧濃度控制報警模塊是否報警。

2.4 避障模塊

避障模塊主要通過HC-SR04超聲波傳感器采集距離信息，判斷小車周圍障礙物位置，使小車及時躲避，并向相對濕度低的方向移動。HC-SR04超聲波測距模塊可提供2 cm～400 cm的非接觸式距離感測功能，測量角度為15°，測距精度可達高到3 mm。輸入觸發(fā)信號為10 μs的TTL脈沖，超聲波時序圖如圖3所示。

2.5 穩(wěn)壓模塊

利用7.4 V電池供電。對于單片機，需要提供穩(wěn)定的5 V電源，由于LM2940穩(wěn)壓的線性度非常好，因此選用LM2940-5單對其進行供電。LM2596-5轉(zhuǎn)換效率高，帶載能力大，但缺點是其紋波電壓大，不適合做單片機電源，而其他模塊則需要通過較大的電流，對其他模塊供電能保證充電的電源。

圖3 超聲波時序圖

2.6 顯示模塊

利用LCD12864顯示各個模塊采集回來的數(shù)據(jù)，用于人機交互。LCD12864其分辨率為128×64，通信方式有串行、并行兩種，內(nèi)置漢子詞庫，使用非常方便。

3 軟件設(shè)計

程序流程如圖4所示。

圖4 程序流程圖

在打開開關(guān)后，首先系統(tǒng)進行初始化，之后LCD顯示，整個程序中LCD一直工作，LCD會顯示輸入需要的濕度值，輸入之后開始對溫濕度、距離、煙霧濃度進行采集，通知PWM控制電機轉(zhuǎn)動，當(dāng)煙霧濃度或溫度過高時蜂鳴器鳴叫。PID精確控制加濕器加濕。

部分程序如下。

4 結(jié)論

普通的加濕器加濕范圍有限，無法調(diào)節(jié)整個室內(nèi)濕度，無法滿足需求，而本文所設(shè)計的智能家小車可滿足所需，且價格便宜，只與市面上中等檔次的加濕器同價位，而且體積小，使用安全。

[1]劉娟.單片機C語言與PROTUES仿真技能實訓(xùn)[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]郭天祥.新概念51單片機C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.