CN206075027U - 基于树莓派的智能家居系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于树莓派的智能家居系统，包括由树莓派构建的中央控制系统(10)，该中央控制系统(10)连接有危险数据采集系统(40)、常规数据采集系统(30)、家电遥感系统、动力驱动系统、声光电报警系统、通信模块以及电源。

Description

基于树莓派的智能家居系统

技术领域

本实用新型涉及一种智能系统，尤其是一种基于树莓派的智能家居系统。

背景技术

智能家居就是以住宅为平台，利用网络以及数据采集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。更进一步，随着智慧城市概念的崛起，智能家居作为智慧城市中最小的一个节点，其起到十分重要的作用。

现阶段的智能家居体系中，由于品牌的相互制约，各种家电之间不能实现联动，而如专利CN201210166755.X(基于互联网的家电信息管理与服务装置与实现方法)中所公开的技术方案，其本质是通过外接小模块实现家电产品的电源控制，并最终实现家电的开和/或关的相关控制，显然，此种方式虽然可以打破品牌控制产品之间的产品壁垒，但是其仅仅能完成简单的控制，并且每个数据的指令还是需要通过人为发出，其无法满足现在的智慧城市构造要求。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单的基于树莓派的智能家居系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供基于树莓派的智能家居系统，包括由树莓派构建的中央控制系统，该中央控制系统连接有危险数据采集系统、常规数据采集系统、家电遥感系统、动力驱动系统、声光电报警系统、通信模块以及电源。

作为本实用新型所述的基于树莓派的智能家居系统的改进：所述危险数据采集系统包括烟雾传感器和火焰传感器；所述烟雾传感器和火焰传感器与中央控制系统之间信号连接。

作为本实用新型所述的基于树莓派的智能家居系统的进一步改进：所述常规数据采集系统包括超声波测距离模块、人体红外传感器、温湿度传感器、光敏传感器以及摄像头；所述超声波测距离模块、人体红外传感器、温湿度传感器、光敏传感器与中央控制系统之间信号连接。

作为本实用新型所述的基于树莓派的智能家居系统的进一步改进：所述家电遥感系统为空调红外收发模块；所述空调红外收发模块与中央控制系统之间信号连接。

作为本实用新型所述的基于树莓派的智能家居系统的进一步改进：所述动力驱动系统为步进电机与电机驱动模块；步进电机与电机驱动模块由步进电机与电机驱动模块构成，所述步进电机与电机驱动模块之间信号连接，所述电机驱动模块与中央控制系统信号连接。

作为本实用新型所述的基于树莓派的智能家居系统的进一步改进：所述声光电报警系统为蜂鸣器；所述蜂鸣器与中央控制系统之间信号连接。

作为本实用新型所述的基于树莓派的智能家居系统的进一步改进：所述通信模块为WIFI模块、zigbee模块或者6lowpan模块。

作为本实用新型所述的基于树莓派的智能家居系统的进一步改进：所述电源是基于继电器控制的直流电源，该继电器与中央控制系统信号连接；所述电源分别与烟雾传感器、火焰传感器、超声波测距离模块、人体红外传感器、温湿度传感器、光敏传感器、摄像头、空调红外收发模块、步进电机、电机驱动模块、通信模块以及蜂鸣器电连接。

相对于现有技术，本实用新型集成若干传感器组件，通过传感器组件实现数据的采集，并通过采集的数据进行数据分析，实现智能化的家庭环境管理。

本实用新型的优势：

1、网络遥控家电功能：可实现3种不同种类的家电控制，如开关型(灯)、调节型(空调温度)、状态数据采集反馈型(热水器温度)等。

2、检测环境参数不正常时产生的警报：可实现3种以上环境参数的探测，环境参数可以是温湿度、可燃性气体、PM2.5、远红外报警、超声波等；以上通过数字型接口传感器和模拟量型混合使用，避免单一接口类型。

3、和楼宇对讲系统连接：可实现远程楼宇视屏对讲和遥控开门及安全报警，楼宇对讲连接可以采用微信平台、QQ平台或自己编写客户端。

树莓派成本低廉，适于推广使用，进一步的，其扩展性能强，通过本实用新型提供的基础原型，可以在该基础上实施扩展，形成多功能通用型智能控制系统，并且以单个的通用型智能控制系统为基础进行信号关联，最终形成智慧城市。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本实用新型的主要结构示意图。

具体实施方式

实施例1、图1给出一种基于树莓派的智能家居系统，包括由树莓派构建的中央控制系统10以及与之相互信号连接的多路数据采集装置(危险数据采集系统40、常规数据采集系统30、家电遥感系统、动力驱动系统、声光电报警系统、通信模块)和电源；该所述的数据采集装置中，危险数据采集系统40包括烟雾传感器18和火焰传感器20；常规数据采集系统30包括超声波测距离模块11、人体红外传感器12、温湿度传感器13、光敏传感器17和摄像头21；家电遥感系统为空调红外收发模块16；动力驱动系统为步进电机与电机驱动模块15(步进电机与电机驱动模块15包括步进电机151与电机驱动模块152，步进电机与电机驱动模块15中的电机驱动模块152与中央控制系统10之间信号连接；步进电机与电机驱动模块15中的步进电机151与电机驱动模块152信号连接)；声光电报警系统为蜂鸣器19；通信模块22为WIFI模块、zigbee模块或者6lowpan模块；电源是基于继电器控制的直流电源；其中，电源分别与烟雾传感器18、火焰传感器20、超声波测距离模块11、人体红外传感器12、温湿度传感器13、光敏传感器17、摄像头21、空调红外收发模块16、步进电机151、电机驱动模块152、通信模块以及蜂鸣器19电连接，为保持图面整洁，在附图中省略电路连接关系。

而以上所述的烟雾传感器18、火焰传感器20、超声波测距离模块11、人体红外传感器12、温湿度传感器13、光敏传感器17、摄像头21、空调红外收发模块16、电机驱动模块152、蜂鸣器19、继电器分别与中央控制系统10信号连接。

以上所述的通信模块22、烟雾传感器18、火焰传感器20、超声波测距离模块11、人体红外传感器12、温湿度传感器13、光敏传感器17、摄像头21、空调红外收发模块16、电机驱动模块152、蜂鸣器19、继电器、中央控制系统10均可以通过市购获得。

如该烟雾传感器18采用产品型号为MQ-2的烟雾气敏传感器模块，产品类型是半导体气敏元件，标准封装是胶木(黑胶木)，可检测气体为可燃气体、烟雾，其检测浓度300-10000ppm(可燃气体)，标准电路条件包括回路电压V_C≤24VDC，加热电压V_H为5.0V±0.2VACorDC，负载电阻为RL可调；标准测试条件下气敏元件特性：加载电阻R_H为31Ω±3Ω(室温)，敏感体表面电阻R_S为2KΩ-20KΩ(in2000ppmC₃H₈)，灵敏度S为RS(inair)/R_S(1000ppm异丁烷)≥5；标准测试条件如下：温度、湿度保持20℃±2℃：65％±5％RH，标准测试电路为V_C：5.0V±0.1V，V_H：5.0V±0.1V，预热时间不少于48小时。且MQ-2气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)，当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2气体传感器对液化气、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。

而火焰传感器20为火源探测模块，其用途为各种火焰，火源探测；工作电压范围为直流电压3.3V-5V，探测范围为火焰或者波长在760纳米～1100纳米范围内的光源，打火机测试火焰距离为80cm，对火焰越大，测试距离越远；探测角度为60度左右，输出形式为DO数字开关量输出(0和1)和AO模拟电压输出，模块尺寸为3.2cmx1.4cm，比较器为宽电压LM393比较器。该模块的输出接口可以与单片机IO口直接相连，其打火机测试火焰距离为80cm，对火焰越大，测试距离越远、小板模拟量输出方式和AD转换处理，可以获得更高的精度。

而中央控制系统10采用的是BroadcomBCM2836,其尺寸为85x56x17mm。超声波测距离模块11采用HC-SR04超声波模块，工作电压5V，静态电流<2mA，感应角度不大于15度，探测距离2cm-450cm，精度可达0.3cm。

超声波测距离模块11采用HC-SR04超声波模块，工作电压为直流5V，静态电流<2mA，感应角度不大于15度，探测距离为2cm-450cm，精度可达0.3cm，板上接线方式有VCC、trig(控制端)、echo(接收端)、out(空脚)、GND等方式。其采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号，且模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；一旦有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间.测试距离＝(高电平时间*声速(340M/S))/2。

以上所述的人体红外传感器12采用HC--SR501人体感应模块，HC-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，采用LHI778探头设计，灵敏度高，可靠性强，超低电压工作模式，广泛应用于各类自动感应电器设备，尤其是干电池供电的自动控制产品。其工作电压范围为直流电压4.5-20V，静态电流<50uA，电平输出高3.3V/低0V，触发方式为L不可重复触发/H重复触发(默认重复触发)，延时时间为0.5-200S(可调)可制作范围零点几秒-几十分钟，封锁时间2.5S(默认)可制作范围零点几秒-几十秒，电路板外形尺寸32mm*24mm，感应角度<100度锥角，工作温度为-15-+70度，感应透镜尺寸直径:23mm(默认)，电路板外形尺寸为32mm*24mm。该人体红外传感器12的感应模块通电后有一分钟左右的初始化时间，在此时间模块会间隔地输出0-3次，一分钟后进入待机状态。在实际使用的时候，应尽量避免灯光等干扰源近距离直射模块表面的透镜，以免引进干扰信号产生误动作；使用环境尽量避免流动的风，风也会对感应器造成干扰。而其感应模块采用双元探头，探头的窗口为长方形，双元(A元B元)位于较长方向的两端，当人体从左到右或从右到左走过时,红外光谱到达双元的时间、距离有差值，差值越大，感应越灵敏，当人体从正面走向探头或从上到下或从下到上方向走过时，双元检测不到红外光谱距离的变化，无差值，因此感应不灵敏或不工作，所以安装人体红外传感器12时应使探头双元的方向与人体活动最多的方向尽量相平行，保证人体经过时先后被探头双元所感应。为了增加感应角度范围，本模块采用圆形透镜，也使得探头四面都感应，但左右两侧仍然比上下两个方向感应范围大、灵敏度强。

以上所述的温湿度传感器13采用DHT11湿度模块，工作电压范围为直流电压3.3V-5V，湿度测量范围20％-95％(0度-50度范围)，湿度测量误差为5％，温度测量范围为0度-50度，温度测量误差为2度，输出形式为数字输出，电路板外形尺寸为3.2cm*1.4cm，电源指示灯为红色指示灯，模块接口为VCC(外接3.3V-5VGND)GND和DO(小板开关数字量输出接口接单片机IO口)。

以上所述的继电器的工作电压范围为直流电压5V，模块尺寸为43x17x18.5mm，模块接口为VCC(接5V电源正极)GND和IN(继电器模组信号触发端，低电平触发有效)，高电平触发用VCC端的正极电压与触发端连接的一种触发方式，当触发端有正极电压或达到触发的电压时，继电器则吸合。低电平触发用GND端的负极电压与触发端连接的一种触发方式，当触发端有0V电压或电压低到可以触发时，继电器则吸合。

以上所述的步进电机与电机驱动模块15中的步进电机151采用5V步进电机马达、4相5线步进电机、或者步进电机/减速电机28BYJ-48-5V，工作电压范围为直流电压5V，直径为28mm，步进角度为5.625x 1/64，减速比为1/64，电机驱动模块152为ULN2003，电机驱动模块152(ULN2003)的外形尺寸：31×35mm，使用ULN2003大功率达林顿芯片驱动，A、B、C、D发光二极管指示四相步进电机工作时的状态，配有步进电机的标准接口，使用时可直接插拨。

空调红外收发模块16为38KHz红外接收以及发射模块，其红外接收头的工作电压范围为直流电压4.8～5.3V，工作电流为1.7～2.7Ma，接收频率38kHz，峰值长80nm，静态输出高电平，输出低电平≤0.4V，输出高电平接近工作电。本实用新型中的空调红外收发模块16对38kHz的载波信号进行调制，再经红外发射管D向空间发送信号供遥控接收端一体化接收头接收、解调输出、再作处理。利用红外线的特点，可以制作多路遥控器，在遥控发射电路中，有两种电路，即编码器和38kHz载波信号发生器，在不需要多路控制的应用电路中，可以使用常规集成电路组成路数不多的红外遥控发射和接收电路，该电路无需使用较复杂的专用编译码器，因此制作容易。

光敏传感器17为光敏电阻传感器模块亮度传感器模块，工作电压范围为直流电压3.3V-5V，输出形式为DO数字开关量输出(0和1)和AO模拟电压输出，模块尺寸为3.2cmx1.4cm，比较器为宽电压LM393比较器。其对环境光线敏感，一般用来检测周围环境的光线的亮度，触发单片机或电器模块等；其在环境光线亮度达不到设定阈值时，DO端输出高电平，当外界环境光线亮度超过设定阈值时，DO端输出低电平；而DO输出端可以与单片机(如本实用新型中的中央控制系统10)直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的光线亮度改变；而DO输出端可以直接驱动继电器模块，由此可以组成一个光控开关；而小板模拟量输出AO可以和AD模块相连，通过AD转换，可以获得环境光强更准确的数值。

蜂鸣器19无源蜂鸣器，工作电压范围为直流电压3.3V-5V，通过9012三极管驱动，模块尺寸为3.3cm*1.3cm，模块接口为VCC(外接3.3V-5V电压)、GND和I/O(外接单片机IO口)。其声音频率可控，可以做出“多来米发索拉西”的效果，并且可以和LED复用一个控制口。

摄像头21采用USB摄像头，如蓝色妖姬摄像头，其免驱动自动识别，高清像素，自动对焦，内置降噪麦克风，USB2.0的摄像头，夜间和白天兼用。

通过针对中央控制系统10实现针对通信模块22、烟雾传感器18、火焰传感器20、超声波测距离模块11、人体红外传感器12、温湿度传感器13、光敏传感器17、摄像头21、空调红外收发模块16、电机驱动模块152、蜂鸣器19的相关控制，以实现空调红外收发模块16的红外线家电控制功能，烟雾传感器18、火焰传感器20、温湿度传感器13、光敏传感器17的环境参数检测功能，并且通过蜂鸣器19实现警报功能，通信模块22的远距离控制功能，摄像头21、超声波测距离模块11、人体红外传感器12的检测功能，甚至于通过控制电机驱动模块152驱动步进电机151实现某些特定功能(如将步进电机151与门锁进行连接，实现开锁功能等)。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.基于树莓派的智能家居系统，包括由树莓派构建的中央控制系统(10)，其特征是：该中央控制系统(10)连接有危险数据采集系统(40)、常规数据采集系统(30)、家电遥感系统、动力驱动系统、声光电报警系统、通信模块以及电源。

2.根据权利要求1所述的基于树莓派的智能家居系统，其特征是：所述危险数据采集系统(40)包括烟雾传感器(18)和火焰传感器(20)；

所述烟雾传感器(18)和火焰传感器(20)与中央控制系统(10)之间信号连接。

3.根据权利要求2所述的基于树莓派的智能家居系统，其特征是：所述常规数据采集系统(30)包括超声波测距离模块(11)、人体红外传感器(12)、温湿度传感器(13)、光敏传感器(17)以及摄像头(21)；

所述超声波测距离模块(11)、人体红外传感器(12)、温湿度传感器(13)、光敏传感器(17)与中央控制系统(10)之间信号连接。

4.根据权利要求3所述的基于树莓派的智能家居系统，其特征是：所述家电遥感系统为空调红外收发模块(16)；

所述空调红外收发模块(16)与中央控制系统(10)之间信号连接。

5.根据权利要求4所述的基于树莓派的智能家居系统，其特征是：所述动力驱动系统为步进电机与电机驱动模块(15)；步进电机与电机驱动模块(15)由步进电机(151)与电机驱动模块(152)构成，所述步进电机(151)与电机驱动模块(152)之间信号连接，所述电机驱动模块(152)与中央控制系统(10)信号连接。

6.根据权利要求5所述的基于树莓派的智能家居系统，其特征是：所述声光电报警系统为蜂鸣器(19)；

所述蜂鸣器(19)与中央控制系统(10)之间信号连接。

7.根据权利要求6所述的基于树莓派的智能家居系统，其特征是：所述通信模块(22)为WIFI模块、zigbee模块或者6lowpan模块。

8.根据权利要求7所述的基于树莓派的智能家居系统，其特征是：所述电源是基于继电器控制的直流电源，该继电器与中央控制系统(10)信号连接；

所述电源分别与烟雾传感器(18)、火焰传感器(20)、超声波测距离模块(11)、人体红外传感器(12)、温湿度传感器(13)、光敏传感器(17)、摄像头(21)、空调红外收发模块(16)、步进电机(151)、电机驱动模块(152)、通信模块以及蜂鸣器(19)电连接。