CN104808505A - 一种基于arm的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统及方法，本发明的系统包括：室内硬件平台、远端服务器及手机客户端，本发明的方法是：将各个传感器模块组、语音识别技术、家电控制技术、交互平台技术集成到一起，并用ARM处理器作为中央处理单元即作为ARM主控芯片。在使用过程中监测室内环境变化参数；本发明的优点是：将语音识别和语音播报集成到室内硬件平台上，通过简易的方式对室内硬件平台进行操控极大的降低了客户使用时的困难，提高了室内硬件平台的实用性，并且在语音识别模块中设置了求救词汇，使室内人员发生意外情况后通过语音进行求救。将人们的损失降到最低。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统及方法，尤其涉及一种语音识别的求救系统及基于WIFI的无线传输方法，属于自动控制技术领域。
背景技术
目前，随着国内科技与经济的发展及人民生活水平的提高，人们开始越来越重视生活环境。国内外市场中有许多投入实际使用的室内环境监测设备都具备监测室内环境的功能，而其中绝大多数产品在功能上并不完善、存在功能的单一性，而且有些产品在使用和安装过程中存在很多困难，难以满足当前日常生活的需要。
除此之外，传统的环境监测平台尽管安装和使用方便，但不具备控制功能，只能提供提示服务。传统的环境监测平台无法适应目前的日常生活需要。
例如，在现有技术中的公开号为103592348A，名称为便携式室内空气质量快速监测仪的专利，该专利通过将传感器与A/D转换电路相连，A/D转换电路与FPGA处理器相连；该快速监测仪还包括电源模块。该快速监测仪测量具有速度快、测量精度高和携带方便的优点，为普通居家用户实时快速准确监测室内空气质量提供简单可靠的方法与手段。但其监测的项目仅限于空气质量，无法对室内其他参数进行监测，并且无法使用户不在家中时知晓家中环境，更无法对家中的特殊情况做出相应的处理措施。
又如公开号为103105195A，名称为一种净化器的空气质量检测及显示装置的发明专利，该发明通过传感器采集室内空气质量参数，并通过中央处理单元将处理后的数据显示在显示屏上，同时将不合格数据通过显示屏或者报警器进行报警，并通过中央处理单元自动调节净化器的工作频率，直到空气达到标准为止。该方法实现了室内空气的监测，并通过显示屏或报警器提示用户，并将净化器与中央处理单元连接实现净化空气的目的。解决了室内空气质量的监测及控制提醒问题。但空气质量调节功能单一，并且也存在客户在室外无法知道室内的空气质量状况的问题，无法对一些特殊情况进行及时的处理。
又如公开号为203552012U，名称为室内空气质量监测及调节系统的发明专利，该发明由主机和从机构成，其中从机分为两种：空气质量监测终端、空气质量调节终端；系统中有主机一台，主机和从机之间通过基于ZigBee协议的无线网络连接；并且通过网络将数据传输到手机上，实现远程监测和调节功能，可有效的对一些突发情况通过网络告知用户。但其可交互性差，操作困难，没有语音识别功能和语音播报功能，无法应对家中老人突发一些特殊情况，如身体无法自主移动。
由此可见，在现有技术中缺乏一种结合室内环境监测报警、控制及可交互的方法，尤其是使用安装方便、并能应对多种突发情况的设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统及方法。
本发明的技术构思是：将各个传感器模块组、语音识别技术、家电控制技术、交互平台技术集成到一起，并用ARM处理器作为中央处理单元即作为ARM主控芯片。在使用过程中监测室内环境变化参数，第一是通过语音播报报出室内环境参数，第二是通过室内硬件平台的液晶显示模块将数据显示在液晶显示模块上，第三是通过中央处理单元控制各家电开关调节室内环境，第四是通过WIFI无线传输模块将数据无线上传到远端服务器，通过远端服务器将数据传输到用户手机上。而且用户通过手机APP、室内硬件平台上的液晶显示模块或者语音设置相应的参数阀值，还通过语音向远端服务器发出求救信号。本发明克服了传统的室内环境监测的不足，而且该发明操作简单适合几乎所有群体，可交互性强。
本发明的基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统包括：室内硬件平台、远端服务器及手机客户端，所述室内硬件平台分别与远端服务器及手机客户端连接，所述室内硬件平台包括ARM主控芯片、环境监测模块、交互模块、家电控制模块、时钟模块、电源管理模块。
所述家电控制模块包括：窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块，所述窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块又分别包括无线发射模块和无线接收模块，即所述窗帘控制模块包括无线发射模块和无线接收模块，所述空调控制模块包括无线发射模块和无线接收模块,所述灯光照明控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述加湿器控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述煤气控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述门禁控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述加热片控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块的无线发射模块与所述的ARM主控芯片的相应GPIO口相连，所述窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块的无线发射模块和接收模块均采用2.4G无线传输技术，所述窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块的无线接收模块与相应的家电电源开关相连。
所述环境监测模块包括温湿度模块、空气质量监测模块、PM2.5监测模块、火焰监测模块、可燃气体监测模块、室内亮度监测模块、气压监测模块。
所述电源管理模块由变压芯片、外围电源电路、电源芯片组和备用电源单元组成，所述备用电源单元由锂电电芯组、锂电充放电电路、电源切换电路和备用电源外壳组成。
所述交互模块包括液晶显示模块、电容按钮、语音识别模块、WIFI无线传输模块。
所述语音识别模块内设置有语音接收麦克、语音识别芯片、语音合成芯片组、扬声器。
所述语音识别芯片内置有紧急求救词汇簿，方便发送求救救援信号。
所述的空气质量监测模块、火焰监测模块、气压监测模块、可燃气体监测模块、室内亮度监测模块通过多路信号选择器与所述的ARM主控芯片的A/D口连接；所述的PM2.5监测模块、温湿度模块、WIFI无线传输模块、语音识别模块、液晶显示模块、电容按钮、窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块与所述的ARM主控芯片的相应的GPIO口连接。
本发明的基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统将各个传感器模块组、语音识别技术、家电控制技术、交互平台技术集成到一起，在使用过程中监测室内环境变化参数，通过语音播报报出室内环境参数，通过室内硬件平台的液晶显示模块将数据显示在液晶显示模块上，通过中央处理单元控制各家电开关调节室内环境，通过WIFI无线传输模块将数据上传到远端服务器，通过远端服务器将数据传输到用户手机上。而且用户通过手机APP、室内硬件平台上的液晶显示模块或者语音设置相应的参数阀值，还能通过语音向远端服务器发出求救信号，远端服务器将求救信号发送到用户手机上。
本发明所述基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警方法包含下述步骤：
步骤一：环境监测；
通过环境监测模块，将监测到的电压模拟量或监测到的数字量，传入ARM主控芯片，模拟量通过ARM主控芯片的A/D转换口转换成数字量，通过ARM主控芯片对监测到的环境参数数字量进行处理成相应的参数。
步骤二：环境调节；
在所述的ARM主控芯片中通过各个环境参数与相应的阀值进行判断，然后通过判断后的结果对然相应的家电无线发射模块发射控制信号，以达到调节室内环境的目的。
步骤三：交互方法；
在所述的交互模块中，液晶显示模块显示当前室内环境状态和家电状态，也能通过语音播报的方式播报出室内环境状态。并将室内环境状态发送到远端服务器和手机客户端，远端服务器端能通过远端服务器端的软件对数据进行判断，然后向室内硬件平台发送日常生活小常识，也能通过远端服务器端软件直接控制家电的运转，同时手机客户端也同样能收到室内环境参数，也能直接通过手机控制家电的运转。室内的用户能通过语音或者可触控显示屏设置各参数阀值，并且也能向远端服务器发送意见或者向手机客户端发送消息。
本发明的优点在于：设计新颖、实用便利、效果显著、可交互性极强。本发明将语音识别和语音播报集成到室内硬件平台上，通过简易的方式对室内硬件平台进行操控极大的降低了客户使用时的困难，通过采用新颖的外形设计，利用半密封式的盒子外形设计，确保了老人和儿童的误操作不会对整个室内硬件平台造成损坏，提高了室内硬件平台的实用性。并且在语音识别模块中设置了求救词汇，使室内人员发生意外情况后通过语音进行求救。将人们的损失降到最低。
附图说明
图1是本发明所述基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。如图1所示，本发明所述的基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统包括：室内硬件平台、远端服务器及手机客户端，所述室内硬件平台分别与远端服务器及手机客户端连接，所述室内硬件平台包括ARM主控芯片、环境监测模块、交互模块、家电控制模块、时钟模块、电源管理模块。
所述环境监测模块包括温湿度模块、空气质量监测模块、PM2.5监测模块、火焰监测模块、可燃气体监测模块、室内亮度监测模块、气压监测模块，所述交互模块包括液晶显示模块、电容按钮、语音识别模块、WIFI无线传输模块，所述家电控制模块包括窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块。
所述的空气质量监测模块、火焰监测模块、气压监测模块、可燃气体监测模块、室内亮度监测模块通过多路信号选择器与所述的ARM主控芯片的A/D口连接；所述的PM2.5监测模块、温湿度模块、WIFI无线传输模块、语音识别模块、液晶显示模块、电容按钮、窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块与所述的ARM主控芯片的相应GPIO口连接。
所述家电控制模块由窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块，所述窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块又分别包括无线发射模块和无线接收模块，即所述窗帘控制模块包括无线发射模块和无线接收模块，所述空调控制模块包括无线发射模块和无线接收模块,所述灯光照明控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述加湿器控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述煤气控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述门禁控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述加热片控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块的无线发射模块与所述的ARM主控芯片的相应GPIO口相连，窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块的无线发射模块和接收模块均采用2.4G无线传输技术，所述窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块的无线接收模块与相应的家电电源开关相连。
所述电源管理模块由变压芯片、外围电源电路、电源芯片组和备用电源单元组成，所述备用电源单元由锂电电芯组、锂电充放电电路、电源切换电路和备用电源外壳组成。
所述交互模块内设置液晶显示模块、电容按钮、语音识别模块、WIFI无线传输模块。
所述语音识别模块内设置有语音接收麦克、语音识别芯片、语音合成芯片组、扬声器。所述语音识别芯片内置有紧急求救词汇簿，方便发送求救救援信号。
本发明所述各组件采用市场上的现有产品，所述ARM主控芯片采用ARMSYS2440系列芯片，所述语音识别模块核心采用LD3320，所述WIFI无线传输模块核心采用ESP8266WIFI芯片，所述液晶显示模块采用电容屏。
本发明所述基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警方法包含以下步骤：
步骤一：数据采集。
在室内硬件平台的上集成有温湿度传感器、空气质量传感器、PM2.5传感器、火焰传感器、可燃气体传感器、光敏电阻、气压传感器。通过将其相应的数据线连接到ARM主控芯片上，从而采集到室内环境数据。
步骤二：数据处理并传输。
ARM主控芯片通过相应的算法获取室内真实的环境参数，将真实数据加密然后经由WIFI无线传输模块将数据以802.11协议族发送到路由器，经路由器转发至云端或是局域网内的社区中控端，手机和局域网外其他设备能获取保存在云端的数据，或是得到由云端服务器推送的数据。
本发明所述室内环境控制全过程包含以下步骤：
步骤一：室内硬件平台自动调节；
室内硬件平台通过采集到的数据做出适宜的操作，通过相应的2.4G无线模块发送数据到相应的接收模块上，改变家电的运行或停止。
步骤二：用户调节；
方法一、用户通过手机客户端查看到室内环境的各个参数，做出操作并保存。手机客户端将操作信息发送回室内硬件平台，室内硬件平台通过判断操作信息自动做出相应的操作。
方法二、用户通过语音控制室内硬件平台的运行，室内硬件平台通过语音识别算法识别用户的语音操作信息自动做出相应的操作。
本发明所述语音识别急救系统，对识别系统和报警方法全过程包含以下步骤：
步骤一：室内硬件平台采集语音信息；
室内硬件平台通过麦克风输入的语音信号，将模拟信号转变为数字信号在通过语音识别算法识别语音，然后对照事先所存入室内硬件平台的求救词汇，做出报警操作，或者用户通过室内硬件平台上的电容按键做出报警操作。
步骤二：报警信号的传递；
室内硬件平台将报警信息通过经由WIFI无线传输模块将数据以802.11协议族发送到路由器，经路由器转发至云端或是局域网内的社区中控端，手机和局域网外其他设备能获取云端的报警信号，中控室的控制端发出语音报警信息提醒管理人员，手机客户端通过控制手机震动和报警铃声提醒用户。
本发明所述交互式方法，对交互方法全过程包含以下步骤：
步骤一：参数设定；
一、用户能通过室内硬件平台上的电容按键或液晶显示模块设置相关参数。二、用户能通过室内硬件平台上搭载的语音识别功能，设置相关参数。三、用户能通过手机上的客户端设置相关参数。
步骤二：室内硬件平台的信息反馈；
中控室的管理人员能通过传过来的数据做出判断。通过中控室客户端向室内硬件平台和用户手机客户端发送温馨小常识。用户能通过手机客户端和室内硬件平台的液晶显示模块查看相关信息。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的相似功能和方法的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统，其特征在于，包括：室内硬件平台、远端服务器及手机客户端，所述室内硬件平台分别与远端服务器及手机客户端连接，所述室内硬件平台包括ARM主控芯片、环境监测模块、交互模块、家电控制模块、时钟模块、电源管理模块；
所述家电控制模块包括：窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块；
所述环境监测模块包括温湿度模块、空气质量监测模块、PM2.5监测模块、火焰监测模块、可燃气体监测模块、室内亮度监测模块、气压监测模块；
所述电源管理模块由变压芯片、外围电源电路、电源芯片组和备用电源单元组成，所述备用电源单元由锂电电芯组、锂电充放电电路、电源切换电路和备用电源外壳组成；
所述交互模块包括液晶显示模块、电容按钮、语音识别模块、WIFI无线传输模块；
所述的空气质量监测模块、火焰监测模块、气压监测模块、可燃气体监测模块、室内亮度监测模块通过多路信号选择器与所述的ARM主控芯片的A/D口连接；所述的PM2.5监测模块、温湿度模块、WIFI无线传输模块、语音识别模块、液晶显示模块、电容按钮、窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块与所述的ARM主控芯片的相应的GPIO口连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统，其特征在于，所述语音识别模块内设置有语音接收麦克、语音识别芯片、语音合成芯片组、扬声器。
3.根据权利要求2所述的一种基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统，其特征在于，所述语音识别芯片内置有紧急求救词汇簿，方便发送求救救援信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统，其特征在于，所述窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块又分别包括无线发射模块和无线接收模块，即所述窗帘控制模块包括无线发射模块和无线接收模块，所述空调控制模块包括无线发射模块和无线接收模块,所述灯光照明控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述加湿器控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述煤气控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述门禁控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述加热片控制模块包括无线发射模块和无线接收模块；所述窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块的无线发射模块与所述的ARM主控芯片的相应GPIO口相连，所述窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块的无线接收模块与相应的家电电源开关相连。
5.根据权利要求1或4任意一种所述的基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警系统，其特征在于，所述窗帘控制模块、空调控制模块、灯光照明控制模块、加湿器控制模块、煤气控制模块、门禁控制模块、加热片控制模块的无线发射模块和接收模块均采用2.4G无线传输技术。
6.根据权利要求1所述系统的一种基于ARM的可交互式室内环境监测控制与异常报警方法，其特征在于，包含下述步骤：
步骤一：环境监测；
通过环境监测模块，将监测到的电压模拟量或监测到的数字量，传入ARM主控芯片，模拟量通过ARM主控芯片的A/D转换口转换成数字量，通过ARM主控芯片对监测到的环境参数数字量进行处理成相应的参数；
步骤二：环境调节；
在所述的ARM主控芯片中通过各个环境参数与相应的阀值进行判断，然后通过判断后的结果对然相应的家电无线发射模块发射控制信号，以达到调节室内环境的目的；
步骤三：交互方法；
在所述的交互模块中，液晶显示模块显示当前室内环境状态和家电状态，也能通过语音播报的方式播报出室内环境状态。并将室内环境状态发送到远端服务器和手机客户端，远端服务器端能通过远端服务器端的软件对数据进行判断，然后向室内硬件平台发送日常生活小常识，也能通过远端服务器端软件直接控制家电的运转，同时手机客户端也同样能收到室内环境参数，也能直接通过手机控制家电的运转；室内的用户能通过语音或者可触控显示屏设置各参数阀值，并且也能向远端服务器发送意见或者向手机客户端发送消息。
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