探究燃?xì)獍踩到y(tǒng)在智能家居中的構(gòu)造

肖勤 王先春 周俊帆 歐陽(yáng)葵 陶源

摘 要：智能家居已經(jīng)大面積地覆蓋到了人們的居家生活，所配置的安全系統(tǒng)，成為其主要賣點(diǎn)，特別是一套完善的燃?xì)獍踩到y(tǒng)更是直接關(guān)乎著人們的居家生命財(cái)產(chǎn)安全。為此，文中提出一款基于STM32F103RCT6單片機(jī)家用一體化燃?xì)獍踩O(shè)備的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為載體把單片機(jī)控制器與氣壓傳感器、火焰探測(cè)模塊、燃?xì)鈾z測(cè)模塊、GSM通信模塊、氧氣檢測(cè)模塊、無(wú)線控制等集成在一起，與燃?xì)怆姶砰y分離開(kāi)來(lái)，設(shè)計(jì)一種新型燃?xì)獍踩刂茍?bào)警系統(tǒng)，可最大化地解決因燃?xì)馐褂貌划?dāng)而產(chǎn)生的安全隱患。

關(guān)鍵詞：智能家居;燃?xì)鈭?bào)警;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);STM32單片機(jī);安全系統(tǒng);無(wú)線控制

0 引 言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)房子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的安全和智能化需求不斷提高，各式各樣的智能家居應(yīng)運(yùn)而生。然而居家燃?xì)獾氖褂?，直接關(guān)乎戶主的生命財(cái)產(chǎn)安全。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為載體，把單片機(jī)控制器與氣壓傳感器、火焰探測(cè)模塊、燃?xì)鈾z測(cè)模塊、GSM通信模塊、氧氣檢測(cè)模塊、無(wú)線控制等集成于一起，與燃?xì)怆姶砰y分離開(kāi)來(lái)，設(shè)計(jì)出一種新型燃?xì)獍踩刂茍?bào)警系統(tǒng)，可最大化地解決因燃?xì)馐褂貌划?dāng)產(chǎn)生的安全隱患。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件控制系統(tǒng)以STM32F103RCT6單片機(jī)為主控制器，結(jié)合DC_DC&LDC穩(wěn)壓電路、燃?xì)獠杉瘋鞲衅?、聲光?bào)警模塊、氧氣采集傳感器、火焰?zhèn)鞲心K、壓力傳感器組成硬件電路系統(tǒng)。當(dāng)室內(nèi)燃?xì)鉂舛冗_(dá)到預(yù)設(shè)閾值1時(shí)，由單片機(jī)發(fā)出控制指令，通過(guò)nRF2401無(wú)線模塊驅(qū)動(dòng)排氣系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)排氣（當(dāng)氣體燃燒不充分時(shí)）;當(dāng)燃?xì)鉂舛鹊竭_(dá)閾值2時(shí)，驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器，通過(guò)nRF2401無(wú)線模塊驅(qū)動(dòng)電磁閥的關(guān)閉，以及打開(kāi)排氣系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)排氣;由GSM通信模塊將燃?xì)庑孤┑那闆r發(fā)送至戶主的手機(jī)（此時(shí)已確認(rèn)氣體泄漏）。圖1為硬件系統(tǒng)電路原理圖。

考慮停氣或氣壓過(guò)低無(wú)法正常使用時(shí)，打開(kāi)燃?xì)忾y后忘記關(guān)閉閥門可能釀成氣體泄漏等事故。此設(shè)計(jì)內(nèi)裝有壓力傳感器對(duì)管內(nèi)的氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)管內(nèi)的氣壓值低于預(yù)設(shè)值時(shí)電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，在手動(dòng)開(kāi)啟閥門前，電磁閥無(wú)法開(kāi)啟并通過(guò)LED報(bào)警顯示紅燈以提示氣壓不足等提示信息[1]?；鹧娌杉瘋鞲衅鞑杉煽胤秶鷥?nèi)的火焰情況，將采集的數(shù)據(jù)傳至單片機(jī)，通過(guò)控制器預(yù)判是否發(fā)生火災(zāi)再進(jìn)行一系列的報(bào)警、處置措施。氧氣采集傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)浴室中氧氣含量的采集，控制器的設(shè)置控制第二排氣扇開(kāi)始工作，控制無(wú)線通信模塊向手機(jī)端傳輸浴室中氧氣不足的信號(hào)。A/D采樣換算模塊和OLED模塊的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的燃?xì)夂繑?shù)據(jù)進(jìn)行換算，將可供人識(shí)別的燃?xì)鉂舛葦?shù)據(jù)顯示到OLED模塊上，讓人更加直觀地了解閥門四周的燃?xì)夂?。聲光?bào)警模塊的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同情形發(fā)出不同組合類型的聲光報(bào)警信號(hào)。

安全系統(tǒng)裝置安置于天燃?xì)怆姶砰y外側(cè)，可更加直觀地監(jiān)測(cè)燃?xì)馐褂冒踩秶獾男畔?。主控制器采取無(wú)線通信模式，通過(guò)無(wú)線控制驅(qū)動(dòng)電路，控制電磁閥的關(guān)斷。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到燃?xì)鉂舛冗_(dá)所設(shè)閾值2時(shí)，由控制器發(fā)出控制指令通過(guò)無(wú)線模塊傳輸無(wú)線通信信號(hào)，所處另一端的無(wú)線開(kāi)關(guān)電路接收到關(guān)閥信號(hào)時(shí)，立即關(guān)斷電磁閥。對(duì)排氣控制系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)立主控制器，采用繼電器驅(qū)動(dòng)電路，可在不同模式下更加智能地控制排氣系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)，利用穩(wěn)壓電路將家用220 V轉(zhuǎn)至風(fēng)扇的工作電壓5 V，當(dāng)燃?xì)庑孤r(shí)可快速地釋放房間內(nèi)的過(guò)量燃?xì)?，以及在浴室氧含量降低情況下進(jìn)行通風(fēng)換氣。功能模塊電路如圖2所示。

2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過(guò)Kile 5進(jìn)行硬件部分的軟件編程，運(yùn)用EDA工具Allegro進(jìn)行硬件仿真以及PCB制板，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)，作為用戶查詢了解家中信息的終端。通過(guò)網(wǎng)頁(yè)終端的操作界面可以查看到所有的硬件系統(tǒng)所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，通過(guò)分析后給出相應(yīng)的提示，并設(shè)有控制閥門的開(kāi)關(guān)按鈕，以及打開(kāi)排氣系統(tǒng)的操作按鈕，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的緊密結(jié)合，為用戶操作提供更加簡(jiǎn)便智能的體驗(yàn)。

3 燃?xì)獍踩到y(tǒng)的重要性

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)去年發(fā)生的燃?xì)馐鹿识噙_(dá)700多起，其中居民用氣事故占61.6%。這組數(shù)據(jù)反映出，人們的居家燃?xì)馐褂么嬖谥鴺O大地安全隱患。因此，一套智能的燃?xì)獍踩刂葡到y(tǒng)將大大地降低因?yàn)殚y門、管件老化導(dǎo)致燃?xì)夤艿佬孤?，燃?xì)忾y門破損，以及室內(nèi)不通風(fēng)，燃?xì)馊紵怀浞值热菀妆蝗藗兒鲆暤膯?wèn)題所引起的安全事故，最大化程度保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

4 結(jié) 語(yǔ)

家用燃?xì)獍踩到y(tǒng)是智能家居系統(tǒng)中不可或缺的一部分，切身保護(hù)著人們的居家生命財(cái)產(chǎn)安全，讓人們極大程度地享受著智能科技產(chǎn)品給生活帶來(lái)的便利。家用燃?xì)獍踩到y(tǒng)通過(guò)硬件設(shè)計(jì)以及軟件仿真，并進(jìn)行實(shí)物操作實(shí)驗(yàn)，各項(xiàng)功能指標(biāo)均超出預(yù)先期望，可滿足智能家居低成本、高效率、更安全的需求。

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