3.2 硬件設(shè)計(jì)（系統(tǒng)方塊）
本系統(tǒng)主要由Atmega1282為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)、主控底板、蓄電池（電源）系統(tǒng)、外圍傳感器、L298N副控制板（電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路）、步進(jìn)電機(jī)、無(wú)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(jī)最小系統(tǒng)
最小系統(tǒng)由Atmega1282單片機(jī)及復(fù)位電路構(gòu)成，由于無(wú)需晶振，可以減小電路板尺寸。本設(shè)計(jì)中將最小系統(tǒng)與四個(gè)按鍵、四個(gè)LED指示燈做成一塊中心板，并且將Atmega1282單片機(jī)所有引腳以功能模塊化的結(jié)構(gòu)引出形成引腳擴(kuò)展，并為步進(jìn)電機(jī)、無(wú)線模塊、數(shù)據(jù)采集單元、其他傳感器傳感器模塊設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的外圍插排，使用很方便，對(duì)應(yīng)的外圍設(shè)備只需按相應(yīng)的位置放好即可。本設(shè)計(jì)巧妙、方便、實(shí)用、可靠。
3.2.2 電源模塊
為保持電力，我們采用軍工級(jí)的電池，保證我們的每個(gè)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(dòng)模塊供電，電池組二為其他元件供電。
3.2.3 數(shù)據(jù)采集單元
以溫度傳感器為模板
當(dāng)不同的溫度被溫度模塊檢測(cè)到時(shí)，電阻的阻值不同。如當(dāng)溫度很低，溫度傳感器電阻的阻值可能達(dá)到好幾百千歐。當(dāng)光照很高時(shí)，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(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字量進(jìn)行比較。由于HT46RU232自帶了AD轉(zhuǎn)換的功能，無(wú)需外加AD轉(zhuǎn)換芯片。
3.2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。電機(jī)定子提供磁場(chǎng)，直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。
我們使用的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下：
（1）控制換相順序
通電換相這一過(guò)程稱(chēng)為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C－D，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A，B，C，D相的通斷。
�。�2）控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向
四個(gè)輪子單獨(dú)供電，又差動(dòng)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)向。
（3）控制步進(jìn)電機(jī)的速度
如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。
3.2.5 無(wú)線控制模塊
無(wú)線模塊采用2262作為發(fā)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(dāng)發(fā)送端共有4個(gè)按鍵，分別為A，B，C，D。當(dāng)發(fā)送端有按鍵按下時(shí)，接收頭接收到相應(yīng)的無(wú)線信號(hào)，經(jīng)過(guò)解碼，10～13腳對(duì)應(yīng)的引腳輸出高電平。由于2272M4是非自鎖型的芯片，當(dāng)按鍵松開(kāi)時(shí)，引腳的高電平變?yōu)榈碗娖�。這可樣就可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)按鍵的重復(fù)操作。
3.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
上位機(jī)程序由basic語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。位機(jī)程序使得其他設(shè)備都可能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制，同時(shí)也就使機(jī)器人運(yùn)作由手動(dòng)操控上升到一個(gè)智能的高度，也就是我之前所說(shuō)的intelligent。我們現(xiàn)在的上位機(jī)程序已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了控制機(jī)器人行進(jìn)，拍攝，機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)以及檢測(cè)數(shù)據(jù)的顯示。與此同時(shí)，我們實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)分析，視頻監(jiān)控與上位機(jī)相結(jié)合等。
參考文獻(xiàn)
[1]http://baike.baidu.com/view/2984056.html關(guān)于ATMEGA128之簡(jiǎn)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(jì)元.
[3]http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%9B%B4%
E6%B5%81%E7%94%B5%E6%9C%BA直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)換向概念.
作者簡(jiǎn)介：楊駿愷（1991—），男，吉林長(zhǎng)春人，研究方向：通信工程，智能家居。
【摘要】智能家居-這個(gè)在今年內(nèi)迅速風(fēng)靡世界的詞語(yǔ)，目前也越來(lái)越多得走“近”了我們的生活，但是，它實(shí)際走進(jìn)了我們的生活嗎？恐怕這個(gè)問(wèn)題還有待商榷。“智能家居”（Smart Home），又稱(chēng)智能住宅。通俗地說(shuō)，它利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將家中的各種設(shè)備（如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電）通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)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(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)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(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用網(wǎng)絡(luò)、通信及控制技術(shù)管理家中設(shè)備。來(lái)創(chuàng)造一個(gè)高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。基于這一點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制的移動(dòng)平臺(tái)，該設(shè)計(jì)基于ATMEGA128為系統(tǒng)的主控芯片，完成各模塊的連接與控制。利用各種專(zhuān)業(yè)傳感器完成檢測(cè)光強(qiáng)和角度的控制。采用無(wú)線控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的無(wú)線控制。通過(guò)電磁閥們完成電信號(hào)對(duì)電器的控制。為方便操作，我們?cè)O(shè)計(jì)并編寫(xiě)了可以利用電腦完全控制所有元器件的上位機(jī)，并利用遠(yuǎn)程通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)了無(wú)限遠(yuǎn)距離情況先通過(guò)手上終端對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。而實(shí)現(xiàn)整套方案的成本，還不足一臺(tái)主流的液晶電視高。根據(jù)本套設(shè)計(jì)，用戶可以根據(jù)自己的需求來(lái)選擇相應(yīng)的傳感器，為用戶帶來(lái)方便的同時(shí)，增強(qiáng)了多樣性，使我們的產(chǎn)品可以適用于多種用戶。本作品適應(yīng)了現(xiàn)代社會(huì)的需要，性?xún)r(jià)比極高，普及型較強(qiáng)易于產(chǎn)品化和市場(chǎng)化。
【關(guān)鍵詞】普及型；智能化；環(huán)保；時(shí)代化
1.前言
先進(jìn)的技術(shù)性，高昂的設(shè)備以及壟斷的技術(shù)，決定了目前我們可能接觸到的智能家居系統(tǒng)，往往都安裝在高檔寫(xiě)字樓以及常人無(wú)法接觸到的奢華別墅里面，而據(jù)了解所知，目前的智能家居系統(tǒng)，無(wú)非是讓用戶有更方便的手段來(lái)管理家庭設(shè)備，比如，通過(guò)無(wú)線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識(shí)別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)或智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行。而對(duì)于普通住宅樓中的普通住戶，花費(fèi)整體房款幾分之一甚至十幾萬(wàn)來(lái)購(gòu)買(mǎi)一套智能家居系統(tǒng)是不可能的事情，所以，為了提高智能家居系統(tǒng)的普遍性，本人設(shè)計(jì)、制作并檢測(cè)了屬于自己的，普及型智能家居移動(dòng)檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
本作品具有功能完善、成本低廉、使用方便等特點(diǎn)，有很強(qiáng)的實(shí)用性，易于產(chǎn)品化和市場(chǎng)化。并且充分利用移動(dòng)方案，使家庭不必使用數(shù)量較多的傳感器，在解決無(wú)死角問(wèn)題的同時(shí)，可以為家庭省去一筆可觀的成本，又符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策。同時(shí)，集成了遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，使用戶可以在熱和地方享受智能家居調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來(lái)的便利性，這具有廣泛的發(fā)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(shè)計(jì)的要求，智能家居系統(tǒng)的普及型移動(dòng)環(huán)境檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)電路主要由ATMEGA128為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制主板，整個(gè)主板集成無(wú)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(dòng)跟蹤傳感器。同時(shí)集成了攝像頭，使此系統(tǒng)可以監(jiān)控視頻。主板安裝于可移動(dòng)的車(chē)體上，又四個(gè)獨(dú)立步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)上位機(jī)電腦操控可以自動(dòng)或被動(dòng)完成各方位移動(dòng)。調(diào)節(jié)模塊的實(shí)現(xiàn)通過(guò)安裝有配套無(wú)線模塊的電磁閥們，電動(dòng)窗和電動(dòng)窗簾實(shí)現(xiàn)。
本系統(tǒng)使用了單片機(jī)、傳感器等技術(shù)，通過(guò)ATMEGA128為系統(tǒng)的主控芯片，完成各模塊的連接與控制。
系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題在于各種環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)，監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)電信號(hào)傳給主芯片進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)與用戶預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)或者根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，給動(dòng)作模塊發(fā)出相應(yīng)反應(yīng)，使之完成不同行為。
�。�1）用戶通過(guò)上位機(jī)遙控或給出自動(dòng)行走命令，使四個(gè)步進(jìn)電機(jī)得到行走信號(hào)，完成移動(dòng)模塊四處移動(dòng)的行為操作。（2）用戶通過(guò)上位機(jī)檢測(cè)命令或者主板根據(jù)已存命令控制各傳感器檢測(cè)環(huán)境狀況，通過(guò)AD采集數(shù)據(jù)并將其傳送給單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)分析后與已經(jīng)設(shè)定強(qiáng)度進(jìn)行比較，然后根據(jù)不同相應(yīng)傳感器采取不同操作：1）對(duì)于火焰和煙霧：控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，吹散和吹滅。2）對(duì)于高濃度有害氣體：控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，打開(kāi)電動(dòng)窗通風(fēng)。3）對(duì)于高噪聲：控制電機(jī)關(guān)閉電動(dòng)窗。4）對(duì)于紅外門(mén)禁系統(tǒng)：監(jiān)測(cè)到入侵者鎖閉門(mén)窗，并開(kāi)啟攝像頭傳輸圖像。
2.2 功能總體描述
移動(dòng)模塊在降低傳感器數(shù)量至最低的情況下，更能夠避免室內(nèi)檢測(cè)的死角，像沙發(fā)后，床底等常規(guī)檢測(cè)不可及之處。同時(shí)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)避障移動(dòng)，可以使得整套設(shè)備在無(wú)人操控的情況下自主檢測(cè)環(huán)境，并即時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境數(shù)據(jù)做出相應(yīng)調(diào)節(jié)反應(yīng)。各種傳感器對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)分析后發(fā)生相應(yīng)反應(yīng)，并可以把數(shù)據(jù)隨時(shí)傳到使用者手機(jī)上面。使用者可以在有網(wǎng)絡(luò)的情況下，無(wú)限遠(yuǎn)距離給出自動(dòng)操作指令或遠(yuǎn)程遙控整套產(chǎn)品進(jìn)行工作。移動(dòng)平臺(tái)自帶攝像頭可以事實(shí)傳送圖像至使用者移動(dòng)終端或?qū)κ覂?nèi)畫(huà)面進(jìn)行監(jiān)控錄像。集成了無(wú)線自動(dòng)移動(dòng)功能的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)合遠(yuǎn)程操控，使得智能家居成套系統(tǒng)的成本大大降低，且操控性和實(shí)用性增強(qiáng)，又不失高端智能家居系統(tǒng)的功能。
2.3 CPU Atmega128的主要核心功能應(yīng)用
本套普及型移動(dòng)環(huán)境檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)以高性能、低功耗的AVR8位微處理器-Atmega128為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)板，其擁有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)：大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的133條指令，使面對(duì)多個(gè)傳感器時(shí)單片機(jī)可以從容不迫正常工作，同時(shí)非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也可保證各個(gè)元器件的正常工作。
ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進(jìn)的指令集以及單周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega128的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS／MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與ALU（算術(shù)邏輯單元）相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的復(fù)雜指令集微處理器高10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。
同時(shí)，在它基礎(chǔ)上進(jìn)行外圍電路的擴(kuò)展。用到了此芯片的如下功能：
1）兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，TMR0和TMR1，定時(shí)器1用來(lái)給電機(jī)提供脈沖，定時(shí)器0用來(lái)檢測(cè)按鍵輸入；
2）一個(gè)I/0作為模擬串口輸入，作為溫度傳感器的輸入口；
3）一個(gè)I/0作為模擬串口輸入，作為煙霧傳感器的輸入口；
4）一個(gè)I/0作為模擬串口輸入，作為火焰?zhèn)鞲衅鞯妮斎肟冢?
5）一個(gè)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(gè)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(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TMR0和TMR1，定時(shí)器1用來(lái)給電機(jī)提供脈沖，定時(shí)器0用來(lái)檢測(cè)按鍵輸入、刷新液晶屏顯示，檢測(cè)霍爾傳感器的位置；
8）若干個(gè)I/0口作為電機(jī)的控制口，按鍵，無(wú)線控制等。
3.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路
根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能要求，采用圖1所示的方案。系統(tǒng)主要包括以Atmega128為單片機(jī)最小系統(tǒng)作為本作品的中央處理裝置；采用2596做穩(wěn)壓，配以各種保護(hù)電容，和線圈，穩(wěn)定輸出5v恒定電壓，為各電路系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源；內(nèi)部安有：1）一個(gè)18B20溫度傳感器，測(cè)量室內(nèi)溫度。2）一個(gè)有害氣體傳感器，檢測(cè)三種室內(nèi)有害氣體濃度。3）煙霧傳感器，檢測(cè)環(huán)境煙霧濃度。4）火焰?zhèn)鞲衅�，檢測(cè)室內(nèi)是否存在明火。5）噪聲傳感器，檢測(cè)噪聲強(qiáng)度。步進(jìn)電機(jī)用獨(dú)立51單片機(jī)芯片控制，和主芯片電路板分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)移動(dòng)模塊的移動(dòng)；各個(gè)傳感器檢測(cè)相應(yīng)數(shù)值，把數(shù)值返回給單片機(jī)，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器的控制；最后把室內(nèi)溫度，有害氣體濃度，煙霧濃度，是否存在火焰，噪聲強(qiáng)度以及用戶設(shè)置的數(shù)值，當(dāng)前控制狀態(tài)的通過(guò)上位機(jī)在電腦屏顯示出來(lái)，同時(shí)遠(yuǎn)程傳送給用戶聯(lián)網(wǎng)客戶端，讓用戶可以直觀的使用本系統(tǒng)。
本系統(tǒng)主要由Atmega1282為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)、主控底板、蓄電池（電源）系統(tǒng)、外圍傳感器、L298N副控制板（電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路）、步進(jìn)電機(jī)、無(wú)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(jī)最小系統(tǒng)
最小系統(tǒng)由Atmega1282單片機(jī)及復(fù)位電路構(gòu)成，由于無(wú)需晶振，可以減小電路板尺寸。本設(shè)計(jì)中將最小系統(tǒng)與四個(gè)按鍵、四個(gè)LED指示燈做成一塊中心板，并且將Atmega1282單片機(jī)所有引腳以功能模塊化的結(jié)構(gòu)引出形成引腳擴(kuò)展，并為步進(jìn)電機(jī)、無(wú)線模塊、數(shù)據(jù)采集單元、其他傳感器傳感器模塊設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的外圍插排，使用很方便，對(duì)應(yīng)的外圍設(shè)備只需按相應(yīng)的位置放好即可。本設(shè)計(jì)巧妙、方便、實(shí)用、可靠。
3.2.2 電源模塊
為保持電力，我們采用軍工級(jí)的電池，保證我們的每個(gè)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(dòng)模塊供電，電池組二為其他元件供電。
3.2.3 數(shù)據(jù)采集單元
以溫度傳感器為模板
當(dāng)不同的溫度被溫度模塊檢測(cè)到時(shí)，電阻的阻值不同。如當(dāng)溫度很低，溫度傳感器電阻的阻值可能達(dá)到好幾百千歐。當(dāng)光照很高時(shí)，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(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換成12位的數(shù)字量進(jìn)行比較。由于HT46RU232自帶了AD轉(zhuǎn)換的功能，無(wú)需外加AD轉(zhuǎn)換芯片。
3.2.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊
將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。電機(jī)定子提供磁場(chǎng)，直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流，換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。
我們使用的直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下：
（1）控制換相順序
通電換相這一過(guò)程稱(chēng)為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C－D，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A，B，C，D相的通斷。
�。�2）控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向
四個(gè)輪子單獨(dú)供電，又差動(dòng)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)向。
（3）控制步進(jìn)電機(jī)的速度
如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。
3.2.5 無(wú)線控制模塊
無(wú)線模塊采用2262作為發(fā)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(dāng)發(fā)送端共有4個(gè)按鍵，分別為A，B，C，D。當(dāng)發(fā)送端有按鍵按下時(shí)，接收頭接收到相應(yīng)的無(wú)線信號(hào)，經(jīng)過(guò)解碼，10～13腳對(duì)應(yīng)的引腳輸出高電平。由于2272M4是非自鎖型的芯片，當(dāng)按鍵松開(kāi)時(shí)，引腳的高電平變?yōu)榈碗娖�。這可樣就可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)按鍵的重復(fù)操作。
3.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
上位機(jī)程序由basic語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。位機(jī)程序使得其他設(shè)備都可能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制，同時(shí)也就使機(jī)器人運(yùn)作由手動(dòng)操控上升到一個(gè)智能的高度，也就是我之前所說(shuō)的intelligent。我們現(xiàn)在的上位機(jī)程序已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了控制機(jī)器人行進(jìn)，拍攝，機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)以及檢測(cè)數(shù)據(jù)的顯示。與此同時(shí)，我們實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)分析，視頻監(jiān)控與上位機(jī)相結(jié)合等。
參考文獻(xiàn)
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E6%B5%81%E7%94%B5%E6%9C%BA直流電動(dòng)機(jī)換向概念.
作者簡(jiǎn)介：楊駿愷（1991—），男，吉林長(zhǎng)春人，研究方向：通信工程，智能家居。
【摘要】智能家居-這個(gè)在今年內(nèi)迅速風(fēng)靡世界的詞語(yǔ)，目前也越來(lái)越多得走“近”了我們的生活，但是，它實(shí)際走進(jìn)了我們的生活嗎？恐怕這個(gè)問(wèn)題還有待商榷。“智能家居”（Smart Home），又稱(chēng)智能住宅。通俗地說(shuō)，它利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將家中的各種設(shè)備（如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電）通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)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(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)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(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用網(wǎng)絡(luò)、通信及控制技術(shù)管理家中設(shè)備。來(lái)創(chuàng)造一個(gè)高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。基于這一點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制的移動(dòng)平臺(tái)，該設(shè)計(jì)基于ATMEGA128為系統(tǒng)的主控芯片，完成各模塊的連接與控制。利用各種專(zhuān)業(yè)傳感器完成檢測(cè)光強(qiáng)和角度的控制。采用無(wú)線控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的無(wú)線控制。通過(guò)電磁閥們完成電信號(hào)對(duì)電器的控制。為方便操作，我們?cè)O(shè)計(jì)并編寫(xiě)了可以利用電腦完全控制所有元器件的上位機(jī)，并利用遠(yuǎn)程通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)了無(wú)限遠(yuǎn)距離情況先通過(guò)手上終端對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。而實(shí)現(xiàn)整套方案的成本，還不足一臺(tái)主流的液晶電視高。根據(jù)本套設(shè)計(jì)，用戶可以根據(jù)自己的需求來(lái)選擇相應(yīng)的傳感器，為用戶帶來(lái)方便的同時(shí)，增強(qiáng)了多樣性，使我們的產(chǎn)品可以適用于多種用戶。本作品適應(yīng)了現(xiàn)代社會(huì)的需要，性?xún)r(jià)比極高，普及型較強(qiáng)易于產(chǎn)品化和市場(chǎng)化。
【關(guān)鍵詞】普及型；智能化；環(huán)保；時(shí)代化
1.前言
先進(jìn)的技術(shù)性，高昂的設(shè)備以及壟斷的技術(shù)，決定了目前我們可能接觸到的智能家居系統(tǒng)，往往都安裝在高檔寫(xiě)字樓以及常人無(wú)法接觸到的奢華別墅里面，而據(jù)了解所知，目前的智能家居系統(tǒng)，無(wú)非是讓用戶有更方便的手段來(lái)管理家庭設(shè)備，比如，通過(guò)無(wú)線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識(shí)別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)或智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行。而對(duì)于普通住宅樓中的普通住戶，花費(fèi)整體房款幾分之一甚至十幾萬(wàn)來(lái)購(gòu)買(mǎi)一套智能家居系統(tǒng)是不可能的事情，所以，為了提高智能家居系統(tǒng)的普遍性，本人設(shè)計(jì)、制作并檢測(cè)了屬于自己的，普及型智能家居移動(dòng)檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
本作品具有功能完善、成本低廉、使用方便等特點(diǎn)，有很強(qiáng)的實(shí)用性，易于產(chǎn)品化和市場(chǎng)化。并且充分利用移動(dòng)方案，使家庭不必使用數(shù)量較多的傳感器，在解決無(wú)死角問(wèn)題的同時(shí)，可以為家庭省去一筆可觀的成本，又符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策。同時(shí)，集成了遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，使用戶可以在熱和地方享受智能家居調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶來(lái)的便利性，這具有廣泛的發(fā)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(shè)計(jì)的要求，智能家居系統(tǒng)的普及型移動(dòng)環(huán)境檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)電路主要由ATMEGA128為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制主板，整個(gè)主板集成無(wú)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(dòng)跟蹤傳感器。同時(shí)集成了攝像頭，使此系統(tǒng)可以監(jiān)控視頻。主板安裝于可移動(dòng)的車(chē)體上，又四個(gè)獨(dú)立步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)上位機(jī)電腦操控可以自動(dòng)或被動(dòng)完成各方位移動(dòng)。調(diào)節(jié)模塊的實(shí)現(xiàn)通過(guò)安裝有配套無(wú)線模塊的電磁閥們，電動(dòng)窗和電動(dòng)窗簾實(shí)現(xiàn)。
本系統(tǒng)使用了單片機(jī)、傳感器等技術(shù)，通過(guò)ATMEGA128為系統(tǒng)的主控芯片，完成各模塊的連接與控制。
系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題在于各種環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)，監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)電信號(hào)傳給主芯片進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)與用戶預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)或者根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，給動(dòng)作模塊發(fā)出相應(yīng)反應(yīng)，使之完成不同行為。
�。�1）用戶通過(guò)上位機(jī)遙控或給出自動(dòng)行走命令，使四個(gè)步進(jìn)電機(jī)得到行走信號(hào)，完成移動(dòng)模塊四處移動(dòng)的行為操作。（2）用戶通過(guò)上位機(jī)檢測(cè)命令或者主板根據(jù)已存命令控制各傳感器檢測(cè)環(huán)境狀況，通過(guò)AD采集數(shù)據(jù)并將其傳送給單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)分析后與已經(jīng)設(shè)定強(qiáng)度進(jìn)行比較，然后根據(jù)不同相應(yīng)傳感器采取不同操作：1）對(duì)于火焰和煙霧：控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，吹散和吹滅。2）對(duì)于高濃度有害氣體：控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，打開(kāi)電動(dòng)窗通風(fēng)。3）對(duì)于高噪聲：控制電機(jī)關(guān)閉電動(dòng)窗。4）對(duì)于紅外門(mén)禁系統(tǒng)：監(jiān)測(cè)到入侵者鎖閉門(mén)窗，并開(kāi)啟攝像頭傳輸圖像。
2.2 功能總體描述
移動(dòng)模塊在降低傳感器數(shù)量至最低的情況下，更能夠避免室內(nèi)檢測(cè)的死角，像沙發(fā)后，床底等常規(guī)檢測(cè)不可及之處。同時(shí)，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)避障移動(dòng)，可以使得整套設(shè)備在無(wú)人操控的情況下自主檢測(cè)環(huán)境，并即時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境數(shù)據(jù)做出相應(yīng)調(diào)節(jié)反應(yīng)。各種傳感器對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)分析后發(fā)生相應(yīng)反應(yīng)，并可以把數(shù)據(jù)隨時(shí)傳到使用者手機(jī)上面。使用者可以在有網(wǎng)絡(luò)的情況下，無(wú)限遠(yuǎn)距離給出自動(dòng)操作指令或遠(yuǎn)程遙控整套產(chǎn)品進(jìn)行工作。移動(dòng)平臺(tái)自帶攝像頭可以事實(shí)傳送圖像至使用者移動(dòng)終端或?qū)κ覂?nèi)畫(huà)面進(jìn)行監(jiān)控錄像。集成了無(wú)線自動(dòng)移動(dòng)功能的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)合遠(yuǎn)程操控，使得智能家居成套系統(tǒng)的成本大大降低，且操控性和實(shí)用性增強(qiáng)，又不失高端智能家居系統(tǒng)的功能。
2.3 CPU Atmega128的主要核心功能應(yīng)用
本套普及型移動(dòng)環(huán)境檢測(cè)與調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)以高性能、低功耗的AVR8位微處理器-Atmega128為核心的單片機(jī)最小系統(tǒng)板，其擁有先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)：大多數(shù)可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成的133條指令，使面對(duì)多個(gè)傳感器時(shí)單片機(jī)可以從容不迫正常工作，同時(shí)非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也可保證各個(gè)元器件的正常工作。
ATmega128為基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微處理器。由于其先進(jìn)的指令集以及單周期指令執(zhí)行時(shí)間，ATmega128的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá)1 MIPS／MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。AVR內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與ALU（算術(shù)邏輯單元）相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的復(fù)雜指令集微處理器高10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。
同時(shí)，在它基礎(chǔ)上進(jìn)行外圍電路的擴(kuò)展。用到了此芯片的如下功能：
1）兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，TMR0和TMR1，定時(shí)器1用來(lái)給電機(jī)提供脈沖，定時(shí)器0用來(lái)檢測(cè)按鍵輸入；
2）一個(gè)I/0作為模擬串口輸入，作為溫度傳感器的輸入口；
3）一個(gè)I/0作為模擬串口輸入，作為煙霧傳感器的輸入口；
4）一個(gè)I/0作為模擬串口輸入，作為火焰?zhèn)鞲衅鞯妮斎肟冢?
5）一個(gè)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(gè)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(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TMR0和TMR1，定時(shí)器1用來(lái)給電機(jī)提供脈沖，定時(shí)器0用來(lái)檢測(cè)按鍵輸入、刷新液晶屏顯示，檢測(cè)霍爾傳感器的位置；
8）若干個(gè)I/0口作為電機(jī)的控制口，按鍵，無(wú)線控制等。
3.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路
根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的功能要求，采用圖1所示的方案。系統(tǒng)主要包括以Atmega128為單片機(jī)最小系統(tǒng)作為本作品的中央處理裝置；采用2596做穩(wěn)壓，配以各種保護(hù)電容，和線圈，穩(wěn)定輸出5v恒定電壓，為各電路系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源；內(nèi)部安有：1）一個(gè)18B20溫度傳感器，測(cè)量室內(nèi)溫度。2）一個(gè)有害氣體傳感器，檢測(cè)三種室內(nèi)有害氣體濃度。3）煙霧傳感器，檢測(cè)環(huán)境煙霧濃度。4）火焰?zhèn)鞲衅�，檢測(cè)室內(nèi)是否存在明火。5）噪聲傳感器，檢測(cè)噪聲強(qiáng)度。步進(jìn)電機(jī)用獨(dú)立51單片機(jī)芯片控制，和主芯片電路板分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)移動(dòng)模塊的移動(dòng)；各個(gè)傳感器檢測(cè)相應(yīng)數(shù)值，把數(shù)值返回給單片機(jī)，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器的控制；最后把室內(nèi)溫度，有害氣體濃度，煙霧濃度，是否存在火焰，噪聲強(qiáng)度以及用戶設(shè)置的數(shù)值，當(dāng)前控制狀態(tài)的通過(guò)上位機(jī)在電腦屏顯示出來(lái)，同時(shí)遠(yuǎn)程傳送給用戶聯(lián)網(wǎng)客戶端，讓用戶可以直觀的使用本系統(tǒng)。
