CN203191797U - 一种智能家居管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能家居管理系统，包括主控制器，其特征是：所述主控制器分别连接外围器件管理子系统、外网监控子系统、家庭用电实施保护子系统，所述外围器件管理子系统包括感应开关和光敏电阻模块、振动传感器模块、继电器模块、门家电管理模块；所述外网监控子系统包括GSM模块、局域网视频监控模块、FM收音机无线音频传输模块。本实用新型大大提高了系统设计的人性化、安全性和自动化水平。

Description

一种智能家居管理系统

技术领域

本实用新型涉及家居管理领域，具体地讲，涉及一种智能家居管理系统。 

背景技术

 随着人们物质文化的丰富和物联网技术、通信技术的发展，人们对家居智能化要求越来越需求，而且能够实现。现在的已经有了网络控制的单件的智能产品，例如智能冰箱、智能电视、智能空调。但是还未有家居管理的综合控制系统。此为现有技术的不足之处。 

实用新型内容

 本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能家居管理系统，大大提高了系统设计的人性化、安全性和自动化水平。 

本实用新型采用如下技术方案实现发明目的： 

一种智能家居管理系统，包括主控制器，其特征是：所述主控制器分别连接外围器件管理子系统、外网监控子系统、家庭用电实施保护子系统，所述外围器件管理子系统包括感应开关和光敏电阻模块、振动传感器模块、继电器模块、门家电管理模块；所述外网监控子系统包括GSM远程控制模块、外网视频监控模块、局域网视频监控模块、收音机无线音频传输模块。

作为对本技术方案的进一步限定，所述家庭用电实施保护子系统包括协处理器，所述协处理器连接烟雾传感器模块、声光报警模块、液晶屏显示模块、wifi串口模块、电量采集模块。 

作为对本技术方案的进一步限定，所述振动传感器连接报警器。 

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本系统结合智能家居节能、安全、自动化的特点，设计了以主控制器为控制核心大管家智能家居管理系统。摒弃了高费用的无线3G视频，利用无线路由器实现局域网和外网监控，只需要连接wifi网络或外网，在电脑端和手机端上利用上位机进行远程视频监控和家电控制。通过GSM远程控制模块发送短信或飞信亦可对家电进行控制。自制无线波信号产生器，收音机无线音频传输模块调到相应频段即可实现音频无线传输，这使系统的远程监控更加完善，也大大提高了系统设计的人性化、安全性和自动化水平。此外为方便管理，系统可设为户内模式和户外模式两种。当系统为户外模式时，震动传感器和报警器在门被破坏、打开和碰撞时都会报警，GSM也会发送短信通知主人，主人可以立即利用相应的上位机查看家里的视频信息，进而进行控制，这大大提高了防盗功能。当系统设为户内模式，同时满足光线强度弱和有人靠近两个条件时，感应开关和光敏电阻模块控制开启电灯，不满足条件时控制电灯关闭，使系统更为节能。系统还设计了家庭用电实时保护子系统，可以实现家庭用电参数如电压、功率等信息的实时显示，还能通过wifi模块，在手机和电脑端上，通过上位机观测等同的信息，在上位机上可以设定电压及功率预定值，超出预定值后系统发出报警并自动切断总电源，这样用户用电更为安全。 

附图说明

图1为本实用新型的原理方框图。 

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本实用新型作更进一步的详细描述。 

1、主控制器 

    主控制器采用单片机STM32F103RBT6的核心是ARM32位的Cortex-M3 CPU，最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz(Dhrystone 2.1)，采用了单周期乘法和硬件除法，这就使得它的处理速度非常快。它的存储器是从256K至512K字节的闪存程序存储器，有高达64K字节的SRAM和带有4个片选的静态存储器控制器，并支持CF卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存储器并行LCD接口，兼容8080/6800模式。外部时钟系统采用8M晶振，内部时钟系统采用8M RC振荡器，40K RC振荡器和可校准32K RTC振荡器。STM32供电电压是2.0-3.6V，典型电压是3.3V。它有84个中断源，16内核68个外部，16级可编程中断优先级，实时响应外部中断，映射至几乎所有I/O口。它有多达4个16位定时器，每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入。

2、外网监控子系统包括GSM远程控制模块、外网视频监控模块、局域网视频监控模块、FM收音机无线音频传输模块。 

（1）GSM远程控制模块 

GSM模块内置了移动通信网络的SMS（短消息）及GPRS（通用分组无线业务）协议，对外接口仅为一UART串口。使用单片机编写AT指令程序，即可通过GSM模块发送短信和打电话，也可以给GSM模块发送短信和打电话，从而与GSM模块相连接的单片机接收到指令信息作出相应的指令动作。开发难度适中，有利于实现。GSM模块的的工作电压是5V，因为他的工作电流峰值在1.3A-2A 左右。

（2）外网视频监控模块 

外网控制的基本原理就是“端口映射”+“动态域名”。就是在家里的无线路由器上做一个设置，使得外网对于路由器上一个特定的端口的访问会被路由器重新转到一个指定的IP主机和端口，这样一来，家里的无线路由器就等于是一个“桥”，联通了外网和摄像头上面的路由，使得我们可以在外网控制家居。       家里的路由器每次开机后，对外的IP地址都是不同的，那么控制摄像头就需要每次通过查询路由对外的IP地址，然后重新设置控制端的IP，这是个很麻烦的事。“动态域名”就可以完美地解决这个问题，你先向动态域名提供商申请一个动态域名，这个域名是不变的，比如：www.sohu.com，提供商会给一个账号密码，把这个账号密码填入路由的动态域名功能里面，每次开机的时候，路由就会向域名提供商的服务器登录，服务器就可以获取本次登录时，路由对外网的地址，然后自动帮你把这个新IP绑定在www. baidu.com这个域名上面，这样一来，我们就没必要每次都去找路由当前的IP了，直接输这个域名就可以连到我们的路由。

本系统选用 WE-F153中星微301摄像头，130万像素，动态分辨率为640×480，最大视频传输速率为60帧/秒，色彩位数24位，接口夜视发光二极管,有效距离为2m(线控），USB电缆长 1.5m，360度可调。外型尺寸:35mm x 75mm x 57mm，重量为150g。经测试该款摄像头视频传输流畅，完全满足设计需要。 

（3）局域网视频监控模块 

把普通的无线路由器通过刷入开源的Openwrt系统，使之成为一个运行了Linux系统的小电脑，Openwrt系统就是从思科的路由源码改造过来的，一个适用于某些特定芯片的路由器的小型Linux系统，有了这个系统，我们的路由就不再是上网那么简单了，我们可以在上面安装各种程序、驱动，以路由为平台，用户可以自由地加载USB摄像头、网卡、声卡、等等设备。我们就是将其加载了USB摄像头，我们利用路由器上的程序把USB摄像头的视频进行编码，然后通过wifi返回给上位机，这样，我们就可以从上位机上看到来自摄像头的视频了。同时路由一般都预留有TTL串口，TTL串口是用来调试或者刷机用的，我们把这个TTL串口引出来，然后通过安装在路由里面的Ser2net软件，就能把来自WIFI信道的指令转到串口输出，而串口在这里的作用就是与单片机芯片MCU通信，让单片机知道用户要让他做什么动作。

（4）收音机无线音频传输模块。 

无线电波发生电路能够产生无线电波信号，远方的FM收音机能够接收到无线信号进而还原信号。MIC首先将声音信号变成音频电信号，经C11耦合给Q-Relay3的基极进行调制，当有声音信号时，三极管的结电容会发生变化，振荡频率发生变化，完成频率调制，即调频。再经C7耦合给高频调谐放大电路对已调制的高频信号放大，在经过C5、L3和天线向外发射频率随声音信号便利而变化的高频电磁波。R5为话筒MIC的偏置电阻，一般在2K到5.6K选取。R1为集电极电阻，R4为基极电阻，给三极管提供偏置电流。R9为发射极电阻，起稳定三极管直流工作点；Q-Relay1、C2、R10、C12、C7、R2、L1、C6、C14组成了高频振荡网络，R2给Q-Relay1提供偏流，C2和L1振荡回路，改变其值可以改变其发射频率，，C12为反馈电容，R10起稳定Q2 

直流工作点的作用，C7隔直流通交流；Q-Relay2、R3、R8、L2、C3、C13组

成高频功率放大电路。R3给Q-Relay2提供基极电流，C3、L2放大调谐回路，和振荡回落C2和L1调谐在同一频点时获得最大输出功率，发射距离最远。当

我们将发射频率调节到FM收音机波段内，就可以配合带FM波段的收音机接收到该高频信号，并从该高频信号还原出声音信号。

该电路的工作频率为64MHZ -125MHZ ，射频输出功率>10dbm，最远传输距离可达100m（空旷地）。需要注意的是为避免过调失真需保证音频信号幅度在-600与1000mv间。 

3、所述家庭用电实施保护子系统包括协处理器，所述协处理器连接烟雾传感器模块、声光报警模块、液晶屏显示模块、wifi串口模块、电量采集模块。 

（1）协处理器 

协处理器采用的C8051F020是完全集成的混合信号系统级MCU芯片， 具有64字I/O 引脚。每个 MCU都可在工业温度范围（-45℃到+85℃）内用 2.7V-3.6V的电压工作。端口 I/O、/RST 和 JTAG 引脚都容许 5V 的输入信号电压。与 8051 完全兼容。

C8051F020系列器件使用 Silicon Labs的专利 CIP-51 微控制器内核。CIP-51与 MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用标准 803x/805x 的汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51内核具有标准 8052 的所有外设部件，包括 5个 16 位的计数器/定时器、两个全双工 UART、256 字节内部 RAM、128 字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间及 8/4 个字节宽的 I/O端口。 

（2）烟雾传感器模块 

烟雾传感器模块采用MQ-2气体传感器，可用于家庭和工厂的气体泄漏检测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。具有探测范围广、灵敏度高、响应速度快、稳定性高、寿命长、驱动电路简单等优点。

（3）电量采集模块包括传感器电量采集电路和电量参数测量模块，传感器电量采集电路通过电流传感器和电压传感器进行电压电流量的采集,送后面的电量参数测量模块。电压互感器采用PT2531，电流互感器采用HCT256A。 

电量参数测量模块ATT7022B是一颗高精度三相电能专用计量芯片，适用于三相三线和三相四线应用。ATT7022B集成了六路二阶sigma-delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数以及频率测量的数字信号处理等电路。 

ATT7022B能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数，充分满足三相复费率多功能电能表的需求。 

（4）Wifi串口模块 

Wifi-232用于实现串口到wifi数据包的双向透明转发，模块内部完成协议转换，串口一侧串口数据透明传输，wifi网络一侧是TCP/IP数据包，通过简单设置即可指定工作细节，设置可以通过模块内部的网页进行，也可以通过串口使用AT指令进行，设置软件，一次设置永久保存。我们将wifi-232的TXD和RXD分别接到单片机RXD和TXD上，然后安卓手机或者是带无线网卡的电脑搜寻到无线信号，上位机就可以将网口发来的数据截取，并显示在上位机上。

（6）液晶屏显示模块 

显示模块采用2.4寸彩色触摸显示屏，触摸控制芯片使用ADS7843，电源采用3.3V。

（7） 声光报警模块 

声光报警电路采用蜂鸣器和高亮LED，蜂鸣器使用三极管9013驱动，LED直接与单片机IO口相连。

4、所述外围器件管理子系统包括感应开关和光敏电阻模块、振动传感器模块、继电器模块、门驱动管理模块； 

（1）感应开关和光敏电阻模块

感应开关和光敏电阻模块集合红外热释电和光敏电阻，红外热释电用来检测人体，光敏电阻主要用来检测光线强度，当光线较暗且感应到人体时，开关闭合，电灯点亮，当人离开检测范围后，系统会有短暂延时，开关断开，电灯熄灭。

（2）振动传感器模块 

该器件 内部用压电陶瓷片加弹簧重锤结构检测振动信号，并通过LM358等运放放大并输出控制信号，具有成本低、灵敏度高、工作稳定可靠，振动检测可调节范围大的优点，被大量应用到汽、摩托车车防盗系统上，目前80％的辆报警器都用这类传感器，传感器内部采用SMT贴片工艺，进口元件装配而成，传感器还可与单片机、无线发射模块、有线警号等配套使用，用途十分广泛。

（3）继电器模块 

    继电器模块根据接收的主控制器控制指令调节室内家电的开关和工作状态。

（4）门驱动管理模块    

门驱动管理模块采用步进电机驱动电路，包括 THB7128芯片，THB7128芯片，最高耐压 40VDC，大电流 3.3 A（峰值），THB7128芯片内部具有过流保护和过热保护，极大保障了步进电机驱动的带负载能力。使用时只需要在CLK端输入脉冲信号即可控制步进电机转动相应的角位移，CW/CCW端输入高低电平即可控制步进电机正反转，我们采用的步进电机为六线两相步进电机，与THB7128模块接线方式为：红接A+绿接A-蓝接B+黄接B-。THB7128的细分数可以达到128细分，控制精确其细分表如表二所示

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种智能家居管理系统，包括主控制器，其特征是：所述主控制器分别连接外围器件管理子系统、外网监控子系统、家庭用电实施保护子系统，所述外围器件管理子系统包括感应开关和光敏电阻模块、振动传感器模块、继电器模块、门家电管理模块；所述外网监控子系统包括GSM模块、局域网视频监控模块、FM收音机无线音频传输模块。

2.根据权利要求1所述的智能家居管理系统，其特征是：所述家庭用电实施保护子系统包括协处理器，所述协处理器连接烟雾传感器模块、声光报警模块、液晶屏显示模块、wifi串口模块、电量采集模块。

3.根据权利要求1所述的智能家居管理系统，其特征是：所述振动传感器连接报警器。