基于單片機控制的家用智能制氧機系統(tǒng)研究

孫旭鋒

【摘 ?要】近年來人們生活水平的提高，對居住品質(zhì)的要求也在提高。人類所居住環(huán)境得以提升與改善前提下，對于家居環(huán)境同樣向往智能化與人性化，智能家居就此誕生。智能家居包含安保、家用設(shè)備控制、家庭綜合布線、信息化以及小區(qū)管理等功能。智能家居控制方式同樣多種多樣，包含有固定電話控制，短信控制，集中控制，網(wǎng)絡(luò)控制，感應控制，遙控控制以及本地控制等。實際生活當中，智能家居各類系統(tǒng)功能能依據(jù)人類生活習性所需，用智能化家居產(chǎn)品形式出現(xiàn)于人們眼前，對人類生活形成極大改善。本文就基于單片機控制的家用智能制氧機系統(tǒng)展開探討。

【關(guān)鍵詞】單片機;智能家居;控制;系統(tǒng)

引言

我們的生命離不開氧氣，在某些特殊情況下會因人體缺氧或補氧不及時而威脅到健康。家用制氧機可以制取出高濃度的氧氣，然而目前的家用制氧機存在著供氧過甚和不夠智能化等問題，使用者很難獲得很好的氧療及用戶體驗。為了讓人們更加便捷地使用，家用智能制氧機系統(tǒng)通過特定接口連接血壓計，單片機中間控制系統(tǒng)和制氧機，建立三者智能化系統(tǒng)，以改善上述問題。

1智能家居控制系統(tǒng)及其功能

智能家居分為本地控制和遠程控制兩種類型。就地控制是通過網(wǎng)絡(luò)交換機直接對燈具等電器進行智能控制。遙控器是利用遙控器、定時控制器、中央控制器或電話、計算機等實現(xiàn)各種遙控。智能家居系統(tǒng)的使用群體將要求產(chǎn)品功能更加強大、智能化、易用化，設(shè)計更加人性化、合理化，同時還要考慮設(shè)備本身能否升級等諸多因素。在智能化發(fā)展趨向“以人為本”的同時，各種家具產(chǎn)品也隨之應運而生。比如從淋浴房到多功能蒸汽房，以及按摩浴缸裝載的各種人性化設(shè)計和輔助娛樂裝置，都充分體現(xiàn)了現(xiàn)代智能家居以人為本的理念。未來，智能家居市場將進入行業(yè)整合階段，從產(chǎn)品的角度來看，智能家居產(chǎn)品將朝著實用化、易操作、模塊化的方向發(fā)展。

2單片機智能家居控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1振鈴檢測

振鈴檢測的硬件設(shè)計是用來檢測電話鈴聲的次數(shù)，并將鈴流信號發(fā)送到單片機上去。智能家居控制系統(tǒng)與固話共同使用一路電話線，當固話鈴響時，就會產(chǎn)生鈴流信號，系統(tǒng)在接收到鈴流信號時會進行延時，當確認家中無人時，才會對其進行自動模擬摘機。

2.2傳感設(shè)備

由計算機控制的設(shè)備不斷監(jiān)測電子設(shè)備的運行狀況。在傳感器的幫助下，有關(guān)家居環(huán)境的信息可以發(fā)送到控制器，以便根據(jù)居住者的需要或者系統(tǒng)設(shè)定值進行調(diào)整。智能家居控制系統(tǒng)下實現(xiàn)的調(diào)控，比任何機械系統(tǒng)更快、更準確。溫度、壓力、速度和位置等物理因素通過傳感器轉(zhuǎn)換成數(shù)字或模擬電信號，進而被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，最終通過顯示設(shè)備顯示。居住者則可以根據(jù)數(shù)據(jù)信息做出居家環(huán)境方面諸如溫濕度、照明度、通風量等方面的調(diào)節(jié)，或設(shè)置調(diào)整參數(shù)，由系統(tǒng)在一定時間內(nèi)根據(jù)預設(shè)值自動完成調(diào)節(jié)。

2.3語音電路

語音電路能夠使人機交互的變得更加方便，語音電路能夠?qū)τ脩暨M行語音提示，使用戶更能根據(jù)語音提示來完成操作功能。并且，在家中發(fā)現(xiàn)險情時，還能通過語音電路進行報警，語音電路中的語音提示是事先錄入進去的，并且存儲在其中。當用戶撥打固話時，單片機能夠?qū)τ脩舭l(fā)出的操作指令作出判斷，通過雙音頻信號的解碼功能，將DTMF信號在語音電路中查找，然后播放正確的語音提示，使用戶根據(jù)語音提示逐步完成控制操作。另外，在語音電路中還有音頻放大電路，將信號強度進行放大。

3單片機智能家居控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1Socket通信技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)編程上，單片機服務支持是非常好的。結(jié)合TCP傳輸方式，單片機提供Socket類與ServerSocket類。結(jié)合UDP傳輸，單片機提供DatagramSocket類與DatagramPackage類。Socket編程方式比較底層，可以將其作為其它應用協(xié)議基礎(chǔ)。憑借Socket對象的創(chuàng)建，就能夠以打開輸出輸入流的方式進行自由通信了。客戶端與服務器間一般是按照下面幾個步驟實現(xiàn)的：（1）構(gòu)建Serversocket對象，進行服務器初始化操作，靜候客戶端鏈接請求發(fā)出;（2）構(gòu)建Socket對象，客戶端初始化操作，對服務器發(fā)送鏈接請求;（3）服務器收到客戶端信號做出反應并相互鏈接;（4）客戶端對服務器發(fā)送指令與數(shù)據(jù);（5）服務端對客戶端請求做出響應;（6）服務器對客戶端收到結(jié)果予以處理;（7）客戶端收到服務器的返回結(jié)果;（8）對第四步和第七步進行重復操作，一直到與客戶端對話結(jié)束終止;（9）中斷鏈接，通信結(jié)束。

3.2家庭環(huán)境安全性檢測軟件設(shè)計

智能家居控制系統(tǒng)在對家庭環(huán)境安全性檢測時，家中一旦發(fā)生險情，控制系統(tǒng)就會先對險情進行相應識別，從而判斷險情的種類，將險情種類判斷完畢后，就會根據(jù)事先設(shè)置好的程序進行操作，首先智能控制系統(tǒng)會通過自動模擬摘機功能進行摘機，然后找到事先設(shè)置好的報警電話，并通過撥號模塊進行自動撥號，電話接通以后，會將設(shè)置好的語音提示播放給報警單位執(zhí)班人員。而且，智能家居系統(tǒng)為了防止電話占線，會預先設(shè)置多個報警電話，進行輪流播放的方式，直到電話被接通為止。

4基于單片機控制的家用智能制氧機系統(tǒng)設(shè)計

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計。本部分主要由制氧機、單片機中間控制系統(tǒng)和血壓手環(huán)三個部分組成。（1）制氧機設(shè)計。制氧機的前側(cè)設(shè)有控制面板和出氣口，出氣口連接有供氧連接軟管，其中供氧連接軟管的外表對稱一體注塑成型有兩個橡膠套管，且橡膠套管的內(nèi)側(cè)嵌入設(shè)有彈性支撐鋼絲，左側(cè)設(shè)置有繼電器，繼電器的輸出端與制氧機的輸入端電性連接。（2）單片機控制系統(tǒng)設(shè)計。單片機控制系統(tǒng)設(shè)有控制按鍵、顯示屏和智能語音播放器，內(nèi)側(cè)設(shè)有上位機（ARM或者x86）、單片機（型號為STM32）、WIFI模塊、無線接收器、存儲器和定時控制器;WIFI模塊、無線接收器和存儲器均內(nèi)置在該系統(tǒng)的內(nèi)側(cè)，并且WIFI模塊、無線接收器和存儲器均通過連接線與上位機連接;上位機的輸入端與定時控制器的輸出端電性以及無線接收器的輸出端電性連接;上位機的輸出端與繼顯示屏的輸入端、智能語音播放器的輸入端電性、WIFI模塊的輸入端電性以及存儲器的輸入端電性連接;單片機與電器的輸入端電性連接，單片機只負責控制制氧機電路。（3）血壓手環(huán)設(shè)計。血壓手環(huán)使用現(xiàn)有心電監(jiān)測血壓手環(huán)，對其結(jié)構(gòu)進行改變，使其通過WIFI模塊與單片機控制系統(tǒng)進行無線連接。（二）智能嵌入設(shè)計。上位機是具有完整功能的片上系統(tǒng)（SoC），兼具硬件與操作系統(tǒng)，可以隨時追加功能。應用程序有多種權(quán)限，靈活度很高，硬件上也具有可擴展性，可以通過相關(guān)接口追加功能。上位機本身有自主的計算功能，可以實現(xiàn)一些簡單的自動方案，較復雜的方案則通過網(wǎng)絡(luò)詢問服務端應該怎么做。以這種線下線上相結(jié)合的方式實現(xiàn)相對比較自動化的方案。

結(jié)語

智能家居作為已經(jīng)成為社會生產(chǎn)生活智能化、信息化發(fā)展的重要組成部分，舒適、時尚的家居生活是社會進步的標志，單片機在智能家居控制系統(tǒng)中的應用可見一斑。智能家居控制系統(tǒng)集成多種家電功能，使家居電器的輕松操控變?yōu)楝F(xiàn)實，讓人們享受高科技帶來的簡約時尚的現(xiàn)代生活。家用智能制氧機結(jié)構(gòu)上設(shè)計嚴謹、合理巧妙，功能上實用多元，操作便捷，既有效地保證了使用者的氧需求，也讓使用者能夠更智能更便捷地使用，極大地提升了使用者氧療以及用戶體驗。

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（作者單位：寧波米迪電器有限公司）