【摘要】智能家居-這個在今年內迅速風靡世界的詞語，目前也越來越多得走“近”了我們的生活，但是，它實際走進了我們的生活嗎？恐怕這個問題還有待商榷。“智能家居”（Smart Home），又稱智能住宅。通俗地說，它利用先進的計算機、嵌入式系統和網絡通訊技術，將家中的各種設備（如照明系統、環境控制、安防系統、網絡家電）通過家庭網絡連接到一起。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來的被動靜止結構轉變為具有能動智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節約資金。智能家居是以住宅為平臺，利用網絡、通信及控制技術管理家中設備。來創造一個高效、舒適、安全、便利、環保的居住環境。基于這一點，我們設計了可以通過遠程控制的移動平臺，該設計基于ATMEGA128為系統的主控芯片，完成各模塊的連接與控制。利用各種專業傳感器完成檢測光強和角度的控制。采用無線控制模塊實現對系統的無線控制。通過電磁閥們完成電信號對電器的控制。為方便操作，我們設計并編寫了可以利用電腦完全控制所有元器件的上位機，并利用遠程通訊協議實現了無限遠距離情況先通過手上終端對整個系統的控制。而實現整套方案的成本，還不足一臺主流的液晶電視高。根據本套設計，用戶可以根據自己的需求來選擇相應的傳感器，為用戶帶來方便的同時，增強了多樣性，使我們的產品可以適用于多種用戶。本作品適應了現代社會的需要，性價比極高，普及型較強易于產品化和市場化。
【關鍵詞】普及型；智能化；環保；時代化
1.前言
先進的技術性，高昂的設備以及壟斷的技術，決定了目前我們可能接觸到的智能家居系統，往往都安裝在高檔寫字樓以及常人無法接觸到的奢華別墅里面，而據了解所知，目前的智能家居系統，無非是讓用戶有更方便的手段來管理家庭設備，比如，通過無線遙控器、電話、互聯網或者語音識別控制家用設備，更可以執行場景操作，使多個設備形成聯動或智能家居內的各種設備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據不同的狀態互動運行。而對于普通住宅樓中的普通住戶，花費整體房款幾分之一甚至十幾萬來購買一套智能家居系統是不可能的事情，所以，為了提高智能家居系統的普遍性，本人設計、制作并檢測了屬于自己的，普及型智能家居移動檢測與調節系統。
本作品具有功能完善、成本低廉、使用方便等特點，有很強的實用性，易于產品化和市場化。并且充分利用移動方案，使家庭不必使用數量較多的傳感器，在解決無死角問題的同時，可以為家庭省去一筆可觀的成本，又符合國家可持續發展的基本國策。同時，集成了遠程操控系統，使用戶可以在熱和地方享受智能家居調節系統帶來的便利性，這具有廣泛的發展前景。
2.工作原理及功能
2.1 工作原理總體描述
基于電路設計的要求，智能家居系統的普及型移動環境檢測與調節系統電路主要由ATMEGA128為核心的單片機最小系統為控制主板，整個主板集成無線模塊，有害氣體傳感器，溫度傳感器，煙霧傳感器，噪聲傳感器以及移動跟蹤傳感器。同時集成了攝像頭，使此系統可以監控視頻。主板安裝于可移動的車體上，又四個獨立步進電機驅動，通過上位機電腦操控可以自動或被動完成各方位移動。調節模塊的實現通過安裝有配套無線模塊的電磁閥們，電動窗和電動窗簾實現。
本系統使用了單片機、傳感器等技術，通過ATMEGA128為系統的主控芯片，完成各模塊的連接與控制。
系統的關鍵技術問題在于各種環境參數的檢測，監測到的數據通過電信號傳給主芯片進行分析，經過與用戶預先設定的數據或者根據國家標準設定的數據進行比較，給動作模塊發出相應反應，使之完成不同行為。
（1）用戶通過上位機遙控或給出自動行走命令，使四個步進電機得到行走信號，完成移動模塊四處移動的行為操作。（2）用戶通過上位機檢測命令或者主板根據已存命令控制各傳感器檢測環境狀況，通過AD采集數據并將其傳送給單片機，通過單片機分析后與已經設定強度進行比較，然后根據不同相應傳感器采取不同操作：1）對于火焰和煙霧：控制電機轉動，吹散和吹滅。2）對于高濃度有害氣體：控制電機轉動，打開電動窗通風。3）對于高噪聲：控制電機關閉電動窗。4）對于紅外門禁系統：監測到入侵者鎖閉門窗，并開啟攝像頭傳輸圖像。
2.2 功能總體描述
移動模塊在降低傳感器數量至最低的情況下，更能夠避免室內檢測的死角，像沙發后，床底等常規檢測不可及之處。同時，通過編程實現的自動避障移動，可以使得整套設備在無人操控的情況下自主檢測環境，并即時對監測到的環境數據做出相應調節反應。各種傳感器對監測到的數據分析后發生相應反應，并可以把數據隨時傳到使用者手機上面。使用者可以在有網絡的情況下，無限遠距離給出自動操作指令或遠程遙控整套產品進行工作。移動平臺自帶攝像頭可以事實傳送圖像至使用者移動終端或對室內畫面進行監控錄像。集成了無線自動移動功能的室內環境檢測系統結合遠程操控，使得智能家居成套系統的成本大大降低，且操控性和實用性增強，又不失高端智能家居系統的功能。
2.3 CPU Atmega128的主要核心功能應用
本套普及型移動環境檢測與調節系統設計了一個以高性能、低功耗的AVR8位微處理器-Atmega128為核心的單片機最小系統板，其擁有先進的RISC結構：大多數可以在一個時鐘周期內完成的133條指令，使面對多個傳感器時單片機可以從容不迫正常工作，同時非易失性的程序和數據存儲器也可保證各個元器件的正常工作。
ATmega128為基于AVR RISC結構的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進的指令集以及單周期指令執行時間，ATmega128的數據吞吐率高達1 MIPS／MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。AVR內核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與ALU（算術邏輯單元）相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的復雜指令集微處理器高10倍的數據吞吐率。
同時，在它基礎上進行外圍電路的擴展。用到了此芯片的如下功能：
1）兩個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數器，TMR0和TMR1，定時器1用來給電機提供脈沖，定時器0用來檢測按鍵輸入；
2）一個I/0作為模擬串口輸入，作為溫度傳感器的輸入口；
3）一個I/0作為模擬串口輸入，作為煙霧傳感器的輸入口；
4）一個I/0作為模擬串口輸入，作為火焰傳感器的輸入口；
5）一個I/0作為模擬串口輸入，作為有害氣體傳感器的輸入口；
6）一個I/0作為模擬串口輸入，作為噪聲傳感器的輸入口；
7）使用2個定時器/計數器TMR0和TMR1，定時器1用來給電機提供脈沖，定時器0用來檢測按鍵輸入、刷新液晶屏顯示，檢測霍爾傳感器的位置；
8）若干個I/0口作為電機的控制口，按鍵，無線控制等。
3.系統總體設計
3.1 系統總體設計思路
根據要實現的功能要求，采用圖1所示的方案。系統主要包括以Atmega128為單片機最小系統作為本作品的中央處理裝置；采用2596做穩壓，配以各種保護電容，和線圈，穩定輸出5v恒定電壓，為各電路系統提供穩定的電源；內部安有：1）一個18B20溫度傳感器，測量室內溫度。2）一個有害氣體傳感器，檢測三種室內有害氣體濃度。3）煙霧傳感器，檢測環境煙霧濃度。4）火焰傳感器，檢測室內是否存在明火。5）噪聲傳感器，檢測噪聲強度。步進電機用獨立51單片機芯片控制，和主芯片電路板分開，實現整個系統移動模塊的移動；各個傳感器檢測相應數值，把數值返回給單片機，以實現各個傳感器的控制；最后把室內溫度，有害氣體濃度，煙霧濃度，是否存在火焰，噪聲強度以及用戶設置的數值，當前控制狀態的通過上位機在電腦屏顯示出來，同時遠程傳送給用戶聯網客戶端，讓用戶可以直觀的使用本系統。
3.2 硬件設計（系統方塊）
本系統主要由Atmega1282為核心的單片機最小系統、主控底板、蓄電池（電源）系統、外圍傳感器、L298N副控制板（電機驅動電路）、步進電機、無線控制模塊和溫度傳感器、煙霧火焰噪聲以及有害氣體傳感器組成。
3.2.1 Atmega1282單片機最小系統
最小系統由Atmega1282單片機及復位電路構成，由于無需晶振，可以減小電路板尺寸。本設計中將最小系統與四個按鍵、四個LED指示燈做成一塊中心板，并且將Atmega1282單片機所有引腳以功能模塊化的結構引出形成引腳擴展，并為步進電機、無線模塊、數據采集單元、其他傳感器傳感器模塊設置了專門的外圍插排，使用很方便，對應的外圍設備只需按相應的位置放好即可。本設計巧妙、方便、實用、可靠。
3.2.2 電源模塊
為保持電力，我們采用軍工級的電池，保證我們的每個模塊能夠順利工作的前提。在這里我們采用分別供電，即電池組一為移動模塊供電，電池組二為其他元件供電。
3.2.3 數據采集單元
以溫度傳感器為模板
當不同的溫度被溫度模塊檢測到時，電阻的阻值不同。如當溫度很低，溫度傳感器電阻的阻值可能達到好幾百千歐。當光照很高時，溫度傳感器電阻的阻值很小，在500歐左右。Vout=R3/(R3+10)。輸出的電壓經過AD轉換成12位的數字量進行比較。由于HT46RU232自帶了AD轉換的功能，無需外加AD轉換芯片。
3.2.4 電機驅動模塊
將直流電能轉換為機械能的轉動裝置。電機定子提供磁場，直流電源向轉子的繞組提供電流，換向器使轉子電流與磁場產生的轉矩保持方向不變。
我們使用的直流電機的驅動電路根據控制信號工作，控制信號由單片機產生。其基本原理作用如下：
（1）控制換相順序
通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為A-B-C－D，通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A，B，C，D相的通斷。
（2）控制步進電機的轉向
四個輪子單獨供電，又差動方式進行轉向。
（3）控制步進電機的速度
如果給步進電機發一個控制脈沖，它就轉一步，再發一個脈沖，它會再轉一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。調整單片機發出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調速。
3.2.5 無線控制模塊
無線模塊采用2262作為發送端的編碼芯片，接收端利用2272M4系列作為解碼芯片。2272的14腳作為接收頭的輸入端。1013腳為解碼后的輸出端，輸出TTL電平與HT46RU232芯片連接。當發送端共有4個按鍵，分別為A，B，C，D。當發送端有按鍵按下時，接收頭接收到相應的無線信號，經過解碼，10～13腳對應的引腳輸出高電平。由于2272M4是非自鎖型的芯片，當按鍵松開時，引腳的高電平變為低電平。這可樣就可以實現單個按鍵的重復操作。
3.3 系統的軟件設計與實現
上位機程序由basic語言來編寫。位機程序使得其他設備都可能實現機器人的控制，同時也就使機器人運作由手動操控上升到一個智能的高度，也就是我之前所說的intelligent。我們現在的上位機程序已經實現了控制機器人行進，拍攝，機械臂的運動以及檢測數據的顯示。與此同時，我們實現數據自動分析，視頻監控與上位機相結合等。
參考文獻
[1]http://baike.baidu.com/view/2984056.html關于ATMEGA128之簡介.
[2]http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B8%A9%
E5%BA%A6%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8溫度傳感器新紀元.
[3]http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B4%
E6%B5%81%E7%94%B5%E6%9C%BA直流電動機的概念.
[4]http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B4%
E6%B5%81%E7%94%B5%E6%9C%BA直流電動機換向概念.
作者簡介：楊駿愷（1991—），男，吉林長春人，研究方向：通信工程，智能家居。
【關鍵詞】普及型；智能化；環保；時代化
1.前言
先進的技術性，高昂的設備以及壟斷的技術，決定了目前我們可能接觸到的智能家居系統，往往都安裝在高檔寫字樓以及常人無法接觸到的奢華別墅里面，而據了解所知，目前的智能家居系統，無非是讓用戶有更方便的手段來管理家庭設備，比如，通過無線遙控器、電話、互聯網或者語音識別控制家用設備，更可以執行場景操作，使多個設備形成聯動或智能家居內的各種設備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據不同的狀態互動運行。而對于普通住宅樓中的普通住戶，花費整體房款幾分之一甚至十幾萬來購買一套智能家居系統是不可能的事情，所以，為了提高智能家居系統的普遍性，本人設計、制作并檢測了屬于自己的，普及型智能家居移動檢測與調節系統。
本作品具有功能完善、成本低廉、使用方便等特點，有很強的實用性，易于產品化和市場化。并且充分利用移動方案，使家庭不必使用數量較多的傳感器，在解決無死角問題的同時，可以為家庭省去一筆可觀的成本，又符合國家可持續發展的基本國策。同時，集成了遠程操控系統，使用戶可以在熱和地方享受智能家居調節系統帶來的便利性，這具有廣泛的發展前景。
2.工作原理及功能
2.1 工作原理總體描述
基于電路設計的要求，智能家居系統的普及型移動環境檢測與調節系統電路主要由ATMEGA128為核心的單片機最小系統為控制主板，整個主板集成無線模塊，有害氣體傳感器，溫度傳感器，煙霧傳感器，噪聲傳感器以及移動跟蹤傳感器。同時集成了攝像頭，使此系統可以監控視頻。主板安裝于可移動的車體上，又四個獨立步進電機驅動，通過上位機電腦操控可以自動或被動完成各方位移動。調節模塊的實現通過安裝有配套無線模塊的電磁閥們，電動窗和電動窗簾實現。
本系統使用了單片機、傳感器等技術，通過ATMEGA128為系統的主控芯片，完成各模塊的連接與控制。
系統的關鍵技術問題在于各種環境參數的檢測，監測到的數據通過電信號傳給主芯片進行分析，經過與用戶預先設定的數據或者根據國家標準設定的數據進行比較，給動作模塊發出相應反應，使之完成不同行為。
（1）用戶通過上位機遙控或給出自動行走命令，使四個步進電機得到行走信號，完成移動模塊四處移動的行為操作。（2）用戶通過上位機檢測命令或者主板根據已存命令控制各傳感器檢測環境狀況，通過AD采集數據并將其傳送給單片機，通過單片機分析后與已經設定強度進行比較，然后根據不同相應傳感器采取不同操作：1）對于火焰和煙霧：控制電機轉動，吹散和吹滅。2）對于高濃度有害氣體：控制電機轉動，打開電動窗通風。3）對于高噪聲：控制電機關閉電動窗。4）對于紅外門禁系統：監測到入侵者鎖閉門窗，并開啟攝像頭傳輸圖像。
2.2 功能總體描述
移動模塊在降低傳感器數量至最低的情況下，更能夠避免室內檢測的死角，像沙發后，床底等常規檢測不可及之處。同時，通過編程實現的自動避障移動，可以使得整套設備在無人操控的情況下自主檢測環境，并即時對監測到的環境數據做出相應調節反應。各種傳感器對監測到的數據分析后發生相應反應，并可以把數據隨時傳到使用者手機上面。使用者可以在有網絡的情況下，無限遠距離給出自動操作指令或遠程遙控整套產品進行工作。移動平臺自帶攝像頭可以事實傳送圖像至使用者移動終端或對室內畫面進行監控錄像。集成了無線自動移動功能的室內環境檢測系統結合遠程操控，使得智能家居成套系統的成本大大降低，且操控性和實用性增強，又不失高端智能家居系統的功能。
2.3 CPU Atmega128的主要核心功能應用
本套普及型移動環境檢測與調節系統設計了一個以高性能、低功耗的AVR8位微處理器-Atmega128為核心的單片機最小系統板，其擁有先進的RISC結構：大多數可以在一個時鐘周期內完成的133條指令，使面對多個傳感器時單片機可以從容不迫正常工作，同時非易失性的程序和數據存儲器也可保證各個元器件的正常工作。
ATmega128為基于AVR RISC結構的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進的指令集以及單周期指令執行時間，ATmega128的數據吞吐率高達1 MIPS／MHz，從而可以緩減系統在功耗和處理速度之間的矛盾。AVR內核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與ALU（算術邏輯單元）相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的復雜指令集微處理器高10倍的數據吞吐率。
同時，在它基礎上進行外圍電路的擴展。用到了此芯片的如下功能：
1）兩個具有預分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時器/計數器，TMR0和TMR1，定時器1用來給電機提供脈沖，定時器0用來檢測按鍵輸入；
2）一個I/0作為模擬串口輸入，作為溫度傳感器的輸入口；
3）一個I/0作為模擬串口輸入，作為煙霧傳感器的輸入口；
4）一個I/0作為模擬串口輸入，作為火焰傳感器的輸入口；
5）一個I/0作為模擬串口輸入，作為有害氣體傳感器的輸入口；
6）一個I/0作為模擬串口輸入，作為噪聲傳感器的輸入口；
7）使用2個定時器/計數器TMR0和TMR1，定時器1用來給電機提供脈沖，定時器0用來檢測按鍵輸入、刷新液晶屏顯示，檢測霍爾傳感器的位置；
8）若干個I/0口作為電機的控制口，按鍵，無線控制等。
3.系統總體設計
3.1 系統總體設計思路
根據要實現的功能要求，采用圖1所示的方案。系統主要包括以Atmega128為單片機最小系統作為本作品的中央處理裝置；采用2596做穩壓，配以各種保護電容，和線圈，穩定輸出5v恒定電壓，為各電路系統提供穩定的電源；內部安有：1）一個18B20溫度傳感器，測量室內溫度。2）一個有害氣體傳感器，檢測三種室內有害氣體濃度。3）煙霧傳感器，檢測環境煙霧濃度。4）火焰傳感器，檢測室內是否存在明火。5）噪聲傳感器，檢測噪聲強度。步進電機用獨立51單片機芯片控制，和主芯片電路板分開，實現整個系統移動模塊的移動；各個傳感器檢測相應數值，把數值返回給單片機，以實現各個傳感器的控制；最后把室內溫度，有害氣體濃度，煙霧濃度，是否存在火焰，噪聲強度以及用戶設置的數值，當前控制狀態的通過上位機在電腦屏顯示出來，同時遠程傳送給用戶聯網客戶端，讓用戶可以直觀的使用本系統。
3.2 硬件設計（系統方塊）
本系統主要由Atmega1282為核心的單片機最小系統、主控底板、蓄電池（電源）系統、外圍傳感器、L298N副控制板（電機驅動電路）、步進電機、無線控制模塊和溫度傳感器、煙霧火焰噪聲以及有害氣體傳感器組成。
3.2.1 Atmega1282單片機最小系統
最小系統由Atmega1282單片機及復位電路構成，由于無需晶振，可以減小電路板尺寸。本設計中將最小系統與四個按鍵、四個LED指示燈做成一塊中心板，并且將Atmega1282單片機所有引腳以功能模塊化的結構引出形成引腳擴展，并為步進電機、無線模塊、數據采集單元、其他傳感器傳感器模塊設置了專門的外圍插排，使用很方便，對應的外圍設備只需按相應的位置放好即可。本設計巧妙、方便、實用、可靠。
3.2.2 電源模塊
為保持電力，我們采用軍工級的電池，保證我們的每個模塊能夠順利工作的前提。在這里我們采用分別供電，即電池組一為移動模塊供電，電池組二為其他元件供電。
3.2.3 數據采集單元
以溫度傳感器為模板
當不同的溫度被溫度模塊檢測到時，電阻的阻值不同。如當溫度很低，溫度傳感器電阻的阻值可能達到好幾百千歐。當光照很高時，溫度傳感器電阻的阻值很小，在500歐左右。Vout=R3/(R3+10)。輸出的電壓經過AD轉換成12位的數字量進行比較。由于HT46RU232自帶了AD轉換的功能，無需外加AD轉換芯片。
3.2.4 電機驅動模塊
將直流電能轉換為機械能的轉動裝置。電機定子提供磁場，直流電源向轉子的繞組提供電流，換向器使轉子電流與磁場產生的轉矩保持方向不變。
我們使用的直流電機的驅動電路根據控制信號工作，控制信號由單片機產生。其基本原理作用如下：
（1）控制換相順序
通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為A-B-C－D，通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A，B，C，D相的通斷。
（2）控制步進電機的轉向
四個輪子單獨供電，又差動方式進行轉向。
（3）控制步進電機的速度
如果給步進電機發一個控制脈沖，它就轉一步，再發一個脈沖，它會再轉一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。調整單片機發出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調速。
3.2.5 無線控制模塊
無線模塊采用2262作為發送端的編碼芯片，接收端利用2272M4系列作為解碼芯片。2272的14腳作為接收頭的輸入端。1013腳為解碼后的輸出端，輸出TTL電平與HT46RU232芯片連接。當發送端共有4個按鍵，分別為A，B，C，D。當發送端有按鍵按下時，接收頭接收到相應的無線信號，經過解碼，10～13腳對應的引腳輸出高電平。由于2272M4是非自鎖型的芯片，當按鍵松開時，引腳的高電平變為低電平。這可樣就可以實現單個按鍵的重復操作。
3.3 系統的軟件設計與實現
上位機程序由basic語言來編寫。位機程序使得其他設備都可能實現機器人的控制，同時也就使機器人運作由手動操控上升到一個智能的高度，也就是我之前所說的intelligent。我們現在的上位機程序已經實現了控制機器人行進，拍攝，機械臂的運動以及檢測數據的顯示。與此同時，我們實現數據自動分析，視頻監控與上位機相結合等。
參考文獻
[1]http://baike.baidu.com/view/2984056.html關于ATMEGA128之簡介.
[2]http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B8%A9%
E5%BA%A6%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8溫度傳感器新紀元.
[3]http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B4%
E6%B5%81%E7%94%B5%E6%9C%BA直流電動機的概念.
[4]http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B4%
E6%B5%81%E7%94%B5%E6%9C%BA直流電動機換向概念.
作者簡介：楊駿愷（1991—），男，吉林長春人，研究方向：通信工程，智能家居。
