單片機(jī)在智能家居中的應(yīng)用

曹煜祺

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 河北 保定 071000）

1 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們的物質(zhì)精神生活都得到了極大的豐富，對(duì)于居住水平的要求也日益增高，智能家居正是順應(yīng)人民需求的產(chǎn)物。智能家居產(chǎn)品主要包括家中及周圍安全的監(jiān)控及報(bào)警和家中設(shè)備的自動(dòng)控制。如今，人們的安全防范意識(shí)普遍提高，當(dāng)家中有盜賊入侵、煤氣發(fā)生泄露、火災(zāi)等意外情況發(fā)生時(shí)，家中情況第一時(shí)間反饋至戶主以減少損失顯得尤為重要，由此需要智能門鎖、監(jiān)控設(shè)備、傳感器等與通信平臺(tái)相互配合實(shí)現(xiàn)家居的智能化。此外，全球范圍的能源危機(jī)讓節(jié)能減排意識(shí)早已根植于大眾心中，但是當(dāng)家中沒人時(shí)，許多持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的電器會(huì)造成巨大的能源浪費(fèi)如反復(fù)加熱的電熱水器、持續(xù)供熱的電暖氣、長(zhǎng)期待機(jī)的家電等。當(dāng)家庭成員即將回家時(shí)通過與家中設(shè)備相連的平臺(tái)進(jìn)行智能控制，由此實(shí)現(xiàn)便利節(jié)能的家居生活。智能家居的廣泛應(yīng)用也將為殘障人士的生活提供便利，極大地改善他們的生活水平。單片機(jī)憑借其體積小、高效能、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)在各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在智能家居中，單片機(jī)作為基本的電子部件發(fā)揮著極大的作用。

2 智能家居

2.1 智能家居的概念

智能家居，或稱智能住宅(smart-home)，是以建筑物為平臺(tái)，集住宅設(shè)備、家電、網(wǎng)絡(luò)通信和自動(dòng)化為一體，將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、服務(wù)管理等結(jié)合在一起的安全、高效、舒適、便利、環(huán)保的家居環(huán)境。其利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)家居生活的智能化。

2.2 智能家居的發(fā)展

1975年第一個(gè)適用于通用家庭自動(dòng)化的電子設(shè)備通信協(xié)議x10被開發(fā)出來(lái)，利用電力傳輸線路進(jìn)行信號(hào)控制。第一棟智能建筑于1984年出現(xiàn)在美國(guó)，隨后，經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的歐美、東南亞也相繼開展了智能家居的研究[1]。根據(jù)維基百科上的劃分，智能家居的發(fā)展被分成三代：第一代為使用代理服務(wù)器的無(wú)線技術(shù)，如紫蜂協(xié)議（ZigBee）；第二代為家用電氣設(shè)備的自動(dòng)控制；第三代為智能機(jī)器人，能實(shí)現(xiàn)與人類的智能互動(dòng)。智能家居概念進(jìn)入中國(guó)已近二十年時(shí)間，智能家居產(chǎn)業(yè)正向著更加專業(yè)和多元方向發(fā)展。

3 單片機(jī)在智能家居中應(yīng)用

3.1 單片機(jī)的概念

單片機(jī)與可編程邏輯器件（PLC）、個(gè)人電腦、筆記本電腦等同屬于微型計(jì)算機(jī)，內(nèi)部含有中央處理單元（CPU）、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、程序存儲(chǔ)器（ROM）、串行通信口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘晶振、中斷系統(tǒng)等部件。單片機(jī)廣泛應(yīng)用于人們的日常生活與工業(yè)領(lǐng)域中：小孩子玩的高級(jí)玩具、公交感應(yīng)卡片、數(shù)字時(shí)鐘、智能飯煲、智能電表等地處處可見單片機(jī)的身影；工廠里精密的儀器控制、傳感器等也處處離不開小小的單片機(jī)。在智能家居中，單片機(jī)就如同大腦一般對(duì)家中環(huán)境進(jìn)行著控制，與用戶的交流反饋，對(duì)家中設(shè)備的精確控制等。

3.2 單片機(jī)與通信

利用通信技術(shù)，用戶的指令由客戶端被傳遞到被控設(shè)備上，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家中設(shè)備的智能控制。客戶端可以是遙控器、電腦或是更加便攜的移動(dòng)終端如手機(jī)和平板電腦。文獻(xiàn)2提出了一種Android手機(jī)作為客戶端，利用32位STM32F103-48單片機(jī)作為處理器。WiFi模塊通過外部串口與單片機(jī)相連，接收用戶用手機(jī)發(fā)出的指令。

3.3 單片機(jī)與溫度檢測(cè)

利用傳感器進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集。電壓信號(hào)經(jīng)放大電路放大至單片機(jī)工作電壓范圍內(nèi)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。溫度結(jié)果一方面通過顯示屏或客戶端顯示，另一方面，實(shí)時(shí)的溫度數(shù)值將與設(shè)定的溫度值作比較進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。單片機(jī)內(nèi)部晶振頻率大小決定機(jī)器周期長(zhǎng)短，每一機(jī)器周期進(jìn)行一次溫度數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、調(diào)節(jié)，借此實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。

3.4 單片機(jī)與煙霧檢測(cè)

利用單片機(jī)也可以對(duì)室內(nèi)煙霧濃度進(jìn)行檢測(cè)，來(lái)預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。原理與溫度檢測(cè)大致相同，利用煙霧傳感器采集煙霧濃度數(shù)據(jù)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，與設(shè)定煙霧濃度范圍相比較后進(jìn)行調(diào)節(jié)至合理范圍否則觸發(fā)報(bào)警裝置。

3.5 單片機(jī)與智能門鎖

目前智能門鎖的產(chǎn)品主要有指紋式、感應(yīng)式、密碼式[3]。相較于傳統(tǒng)機(jī)械門鎖，智能門鎖的防盜報(bào)警功能提高了住宅的安全系數(shù)。文獻(xiàn)4提出了一種基于單片機(jī)STC89C32的指紋密碼鎖系統(tǒng)；文獻(xiàn)5提出了一種基于單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但仍在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。本文簡(jiǎn)單的介紹智能家居的概念和單片機(jī)在智能家居的應(yīng)用。智能家居在我國(guó)仍然是一個(gè)新生產(chǎn)業(yè)，但前景十分廣闊。

[1] 謝明生.多功能智能家居控制終端[D].華南理工大學(xué)，2013.

[2] 賈陽(yáng)靜，鄒念育，雷冬鳴，等.基于Android和WIFI通信的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016(1)：67-71.

[3] 張艷秋，李達(dá)，陳琦，等.智能家居產(chǎn)品綜述[J].傳感器世界，2011，17(8)：13-17.

[4] 蔡興，蔡久評(píng).基于單片機(jī)芯片STC89C52的指紋密碼鎖系統(tǒng)[J].江西科技師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2016(6)：106-109.

[5] 閆荷花.基于單片機(jī)與串行通信的電子密碼鎖設(shè)計(jì)[J].電子制作，2014，24(6)：6-7.