一种搭载于智能小车上的智能家居设计

江阴职业技术学院电子信息工程系 谷金恒

一种搭载于智能小车上的智能家居设计

江阴职业技术学院电子信息工程系 谷金恒

随着社会的进步、科技的发展，人们对物品的便捷化越来越亲睐，智能家居也越来越贴近人们的生活。设计了一种利用单片机和各类电机配合一定的机械结构控制各类家居产品，优化了点对点开关的设计，综合了WIFI小车作为从路由器连接主路由器的连接外网的技术，传感器联网技术。

智能家居；单片机；开关；WIFI；传感器

0 引言

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

作为家庭信息化的实现方式，智能家居已成为社会信息化发展的重要组成部分，物联网因其巨大的应用前景，将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口，对智能家居产业的发展具有重大意义。

本文设计了一种利用单片机和各类电机配合一定的机械结构控制各类家居产品，优化了点对点开关的设计，综合了WIFI小车作为从路由器连接主路由器的连接外网的技术，传感器联网技术。

1 智能家居的搭建

1.1 摄像头的自由性

很多人选择在家中安装一个网络摄像头，主要用于实时监控家中环境，有人员流动的时候能够第一时间获得人员的动向并及时拉响警报或者做出相应的措施。

但是由于各个厂家的产品不同，网络摄像头在智能家居中能实现的功能也不一样，比如国内较好的智能家居系统里面就有可以调整角度的墙面式网络摄像头，同时也能能进行实时监控：离家时可通过手机APP实时监控查看，有点还可以对讲。

部分摄像头还带有以下功能：

（1）移动侦测：休眠状态下，当有物体移动时，自动开启监测，通过手机APP提醒，实现防盗

（2）数据存储：监控数据可选择保留存储至云端。

（3）隐私保护：机械式翻盖，可在离家时开启，在家时关闭。

但是几乎没有摄像头是可以像人一样随处走动的。多少会因为12v或15v等不同电源线或者网线而牵连，使摄像头固定在墙角或其他监视角度较大的位置。但是这次的设计是搭载在智能小车上的摄像头，可以说，这个搭载在智能小车上的摄像头就像在家行走自如的人们。

1.2 主机的基本搭建

智能家居的核心可以是物联网，能有效控制家中的电器或者门窗、而且主机与家居物品的链接独立性，也都是本次设计的精髓所在。

在主机的制作中，充分利用了wifi智能小车的特点，首先在智能小车上搭载可控制云台，该云台用两个9克标准舵机分别控制纵横两个方向，并在云台顶端安装一个标准的家用摄像头，然后将摄像头安装在小车自带的wifi信号板上。在本次设计中，小车还搭载了一块GW-R16-T的网络继电器的板子。是掌控宝公司旗下推出的一款16路通断控制器。用户可在直连、局域、远程的模式下实时、定时控制装备。其主要是利用了USR-TCP232-ED2串口转网络模块实施十六路继电器的动作。其内部使用了目前应用范围最广泛的工业控制现场总线协议MODBUS RTU协议进行控制。将网络继电器的网络端口与wifi板的LAN口相连，这样我们就可以实现用终端设备一边控制小车，一边控制网络继电器了。

在智能家居的设计中，监测家中温湿度、光照强度、烟雾、甲醛等环境因素，可用对应的传感器实现，在本次设计中，利用zigbee模块收集单片机控制的传感器信息，最终汇总，传递给wifi板。

2 自动门、窗以及窗帘的设计

在自动门的设计上，我选择用步进电机配合相关的程序设计来实现门的打开或者关闭，再用伺服电机配合相关程序实现门锁保险的推进或弹出，然后将两个程序结合，最后由一个继电器控制程序的通断来实现门的打开或者关闭。

然后就是窗户和窗帘的自动设计，因为现在的科技发展，窗户的设计大致分为两种，一种是直轨道式或者90度对开式。对于90度对开式的窗户，我任然使用步进电机，就像控制门那样，连程序都不需要做过多的改动，但是对于直轨道式的，在此沿用了上个作品中的齿轮条。也就是将齿轮条固定在窗户上，然后在圆周舵机上装上与之相匹配的齿轮圈。再算好距离，用程序稍加控制就好，同样的，最后由继电器来控制程序的通断来实现窗户的打开或者关闭。而在窗帘的的设计上，选择使用两个定滑轮配合缆绳来实现，窗帘的末端固定在终点。而窗帘的首端就定在缆绳上，同样用圆周舵机带动其中一个定滑轮，用程序控制圆周舵机，再由一个继电器控制程序的通断。

3 空调机自动打开的设计

在现在的市场中，每台空调机都会有一个机械开关，按下这个开关，空调即可自动识别制热或制冷，这点对于本次的设计有着很大的简化。于是在控制空调的设计上，还是用了能承受250V15A的继电器作为总的开关，在程序上的设计是当继电器动作，三秒之后，使空调机中的机械开关触发导通，空调机即可正常运行。一段时间后，当空调机接收到关机命令后，机械开关触发后十分钟，继电器断开，空调停止工作。

4 点对点开关2262、2272系列芯片的引入

各个节点最后皆有一个继电器控制。而且主机上也有对应的继电器控制，由于小车是需要在地上随意走动的，所以小车与所有节点都应该无线连接。

于是接下来，就是继电器与继电器之间的连接，也就是点对点的开关设计！

在一次偶然的机会，在峰老师的工作室里，我看到老师在使用2262芯片，后来闲聊中知道2262是一种CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，2262芯片可以用八位不同的地址位控制。可用于无线遥控发射电路。在确定了价格相当低廉、而且属于低功耗芯片之后，欣喜若狂，连夜购买了一批2262和2272芯片，并查阅了相关资料。可以说完全符合本次智能家居搭建的要求。

编码芯片2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片2272在接受到信号的时候，对地址位的八个引脚做出比较之后，VT段才会输出高电平，与此同时，相应的数据位会输出高电平。接收芯片PT2272的数据输出位根据其后缀不同而不同，数据输出具有“暂存”和“锁存”两种方式，方便用户使用。后缀为“M”为“暂存型”，后缀为“L”为“锁存型”，此处我们需要的是继电器和继电器的同步运行，所以说我们需要的是“PT2272-M”型号的芯片。

在通常使用中，我们一般采用8 位地址码和4 位数据码，这时编码电路PT2262 和解码PT2272 的第1～8 脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3 的8 次方为6561，所以地址编码不重复度为6561 组，只有发射端PT2262 和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用。而我们此次的设计中仅需16对即可。可以说完全够用。

但是，在试验过程中，用万用表检测电压，接收机对应端的D1～D4 端都能输出约4V 的高电平控制信号，可是如果驱动继电器，这微乎其微的动力实在微弱。后来，想到了用非门芯片作为驱动。身边只有CD4011这款四输入与非门。于是，把每一个与非门的两个“与”的引脚短路当作非门使用。把接收端接收的信号给“非”门，因为继电器是高电平动作，而且每一个CD4011都有四组“与非门”。所以当信号经过非门后再次进入另一组非门后再供给继电器。这样能使继电器达到稳定输出控制。不过在上面也提到了，只要发射端与接收端的八个地址位一样，即可实现通讯，而且，每一个单独的继电器只需要一个接收信号即可。所以，本次设计中，用一个发射机控制四个同样地址位的接收端。这样点对点控制电路就此实现。

5 小车信号的传递

现在需要实现的就是把小车信号和网络继电器的信号都集中在一个路由器上。最后实现对整个主机的控制。此时如果直接连接小车路由器的信号，完全可以实现局域网环境下的控制，也就相当于手机和小车主机的可控范围仅约200至300米。然而我们真正运用到实际上的，是需要远程安防监控与控制！这时候需要实现外网到无线路由器、再到小车的WIFI板的信号的控制。

6 结语

总结一下，本次设计利用了单片机和各类电机配合一定的机械结构控制各类家居产品。优化了点对点开关的设计，综合了WIFI小车连接外网的技术，传感器联网技术。在本次的设计中，充分考虑到物联网智能家居设备独立性的问题，这些都是本次设计的关键所在！

[1]陈根.互联网+智能家居[M].北京:机械工业出版社,2015.

[2]辛长平.智能家居系统安装与接线[M].北京:中国电力出版社,2015.

[3]刘修文.物联网技术应用 智能家居[M].北京:机械工业出版社,2015.

A pick up in the design of smart car, smart home

GU Jin-heng
（Department of Electronic Information Engineering，Jiangyin Polytechnic College，Jiangyin Jiangsu 214405，China）

With the progress of the society，the development of science and technology，people for facilitation of items is more and more popular，smart home is becoming more and more close to people’s life. This design takes advantage of the mechanical structure of the microcontroller and all kinds of motor with a certain control all kinds of household products. Optimize the design of the switch point to point，combining the WIFI car as from router connected to the main router connected to the outside network technology，sensor network technology.

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