新型智能家居控制系统

第一篇：新型智能家居控制系统

新型智能材料(形状记忆合金)论文（范文）

铁素体、奥氏体、马氏体

组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：910℃以下为具有体心立方晶格结构的α——铁，910℃以上为具有面心立方晶格结构的Υ——铁。如果碳原子挤到铁的晶格中去，而又不破坏铁所具有的晶格结构，这样的物质称为固溶体。碳溶解到α——铁中形成的固溶体称铁素体。而碳溶解到Υ——铁中形成的固溶体则称奥氏体。奥氏体是铁碳合金的高温相。

钢在高温时所形成的奥氏体，过冷到727℃以下时变成不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷到230℃以下，这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α固溶体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。

高分子形状记忆合金的发展及趋势

摘要：本论文主要讨论形状记忆合金相关内容,扼要地叙述了形状记忆合金的发现以及发展历史和分类, 介绍了形状记忆合金在工程中应用的现状以及发展前景。 引言

形状记忆合金(Shape Memory Alloy ,SMA) 是指具有一定初始形状的合金在低温下经塑性形变并固定成另一种形状后,通过加热到某一临界温度以上又可恢复成初始形状的一类合金。形状记忆合金具有的能够记住其原始形状的功能称为形状记忆效应(Shape Memory Effect ,SME) 。研究表明, 很多合金材料都具有SME ,但只有在形状变化过程中产生较大回复应变和较大形状回复力的,才具有利用价值。到目前为止,应用得最多的是Ni2Ti 合金和铜基合金(CuZnAl 和CuAlNi) 。

形状记忆合金作为一种特殊的新型功能材料,是集感知与驱动于一体的智能材料,因其功能独特,可以制作小巧玲珑、高度自动化、性能可靠的元器件而备受瞩目,并获得了广泛应用。

二、形状记忆合金的发展史

1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。

1938年。当时美国的在Cu-Zn合金小发现了马氏体的热弹件转变。随后，前苏联对这种行为进行了研究。1951年美国的Chang相Read在Au47·5Cd(%原子)合金中发现了行状记忆效应。这是最早观察到金属形状记忆效应的报道。数年后，Burkhart 在In-Ti 合金中观察到同样的现象。然而在当时，这些现象的发现只被看作是个别材料的特殊现象而未能引起人们足够的兴趣和重视。直至1962年，美国海军机械研究所r发现了Ni-Ti合金中的的形状记忆效应，才开创了“形状记忆”的实用阶断。

1969年，美国一家 公司首次将Ni-Ti合金制成管接头应用于美国F14 战斗机上;1970年，美国将Ti-Ni记忆合金丝制成宇宙飞船用天线。这些应用大大激励了国际上对形状记忆合金的研究与开发。20世纪7 年代，相继开发出了Ni-Ti 基、Cu-Al2-Ni 基和Cu-Zn-Al 基形状记忆合金;80 年代开发出了Fe-Mn-Si 基、不锈钢基等铁基形状记忆合金，由于其成本低廉、加工简便而引起材料工作者的极大兴趣。从20世纪90 年代至今，高温形状记忆合金、宽滞后记忆合金以及记忆合金薄膜等已成为研究热点。

从SMA 的发现至今已有四十余年历史，美国、日本等国家对SMA 的研究和应用开发已较为成熟，同时也较早地实现了SMA 的产业化。我国从上世纪70 年代末才开始对SMA 的研究工作，起步较晚，但起点较高。在材料冶金学方面，特别是实用形状记忆合金的炼制水平已得到国际学术界的公认，在应用开发上也有一些独到的成果。但是，由于研究条件的限制，在SMA 的基础理论和材料科学方面的研究我国与国际先进水平尚有一定差距，尤其是在SMA 产业化和工程应用方面与国外差距较大。 记忆合金主要分为以下几种

(1)单程记忆效应：

形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应。 (2)双程记忆效应：

某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。 (3)全程记忆效应： 加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。 SMA的形状记忆效应源于热弹性马氏体相变，这种马氏体一旦形成，就会随着温度下降而继续生长，如果温度上升它又会减少，以完全相反的过程消失。两项自由能之差作为相变驱动力。两项自由能相等的温度T0称为平衡温度。只有当温度低于平衡温度T0时才会产生马氏体相变，反之，只有当温度高于平衡温度T0时才会发生逆相变。

在SMA中，马氏体相变不仅由温度引起，也可以由应力引起，这种由应力引起的马氏体相变叫做应力诱发马氏体相变，且相变温度同应力呈线性关系。 至今为止发现的记忆合金体系

Au-Cd、Ag-Cd、Cu-Zn、Cu-Zn-Al、Cu-Zn-Sn、Cu-Zn-Si、Cu-Sn、Cu-Zn-Ga、In-Ti、Au-Cu-Zn、Fe-Pt、Ti-Ni、Ti-Ni-Pd、Ti-Nb、U-Nb和Fe-Mn-Si等。

形状记忆合金的历史只有70多年，开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"，其实用价值相当广泛，其应用范围涉及机械、电子、化工、宇航、能源和医疗等许多领域.

二、形状记忆效应的应用

迄今为止,形状记忆合金在空间技术、医疗器械、机械器具、电子设备、能源开发、汽车工业及日常生活各方面都得到了广泛的应用,总的来说,按使用特性的不同,可归纳为下面几类: (1) 自由回复。

SMA 在马氏体相时产生塑性形变,温度升高自由回复到记忆的形状。自由回复的典型例子是人造卫星的天线和血栓过滤器。美国航空航天局(NASA) 将Ti2Ni 合金板或棒卷成竹笋状或旋涡状发条,收缩后安装在卫星内。发射卫星并进入轨道后,利用加热器或太阳能加热天线,使之向宇宙空间撑开。血栓过滤器把Ni2Ti 合金记忆成网状,低温下拉直,通过导管插入静脉腔,经体温加热后,形状变为网状,可以阻止凝血块流动。有人设想,利用形状记忆合金制作宇宙空间站的可展机构,即以小体积发射,于空间展开成所需的形状,这是很有吸引力的机构。 (2) 强制回复。

强制回复最成功的例子是SMA 管接头。事先把内径加工成比被接管外径小4 % ,当进行连接操作时,首先把管接头浸泡在液态空气中,在低温保温状态下扩径后,把被接管从两端插入,升高温度,内径回复到扩径前的状态,把被接管牢牢箍紧。利用SMA 制作的脑动脉瘤夹可夹住动脉瘤根部,防止血液流入,使动脉瘤缺血坏死。本田等人用厚度为015mm 的Ti2Ni 板制作的Ag2TiNi 复合夹满足小而轻、装卸简便等要求,效果良好。此外,类似的用途还有电源连接器、自紧固螺钉、自紧固夹板、固定销、密封垫圈、接骨板和脊柱侧弯娇形哈伦顿棒等。 (3) 动力装置。

有些应用领域,要求形状记忆元件在多次循环往复运动中对外产生力的作用。温度继电器和温度保持器、自动干燥箱、电子灶、热机、卫星仪器舱窗门自动启闭、自动火警警报器、热敏阀门、液氨泄漏探测器、煤气安全阀、通风管道紧急启动闸门、自动收进烟头的烟灰盒及人工心脏等都属于这种应用类型。1997 年美国航空航天局(NASA) 的科学家利用长3cm ,直径0115mm(01006″) 的Ni-Ti SMA 驱动火星探测器上的太阳能电池挡板,加热SMA ,使其收缩,通过传动装置,打开太阳能电池上的玻璃挡板,电池充电。充电结束后,偏置弹簧重新使挡板复位。挡板的有效开合可起到防尘的目的。 (4) 精密控制。

因为SMA 的相变发生在一定温度范围而不是某一固定温度点,我们往往只利用一部分形状回复,使机械装置定位于指定的位姿。微型机器人、昆虫型生物机械、机器人手抓及微型调节器、笔尖记录器及医用内窥镜都属于这一类。形状记忆合金用作机器智能人的执行器,集传感、控制、换能、制动于一身,具有仿真性好、控制灵活、动作柔顺、无振动噪声、易于结构微型集成化等优点。日本的日立公司已研制出具有13个自由度的能拣取鸡蛋的机器人。俄罗斯St1Petersburg 机器人及控制技术学院在Cu-Al-Ni 基合金材料的研究基础上,研制出了拟人机械手(115m 长) ,其手爪能移动200kg的物体。该研究小组还给出了手爪的精确控制系统。医学上用到的具有多自由度能弯曲转入肠道内诊断疾病,进行手术的机器人也属于这一类型。现有的大肠镜的直径为10～20mm ,这种内窥镜的直径为13mm ,因此它特别适用于作大肠镜。诊断过程中,医生一边看纤维镜中的图象,一边移动操纵杆给出前端的第1 ,2 节弯曲角指令和内窥镜前进、后退指令,通过计算机进行柔性控制,使内窥镜能够平滑地沿着通路前进或后退,大大减小了患者的痛苦,也增加了诊断的准确性。随着目前超大规模集成电路技术的飞速发展,可进一步制成微米级甚至更小的超微仿生物。 (5) 超弹性应用。

SMA 的伪弹性在医学上和日常生活中得到了广泛的应用,市场上的很多产品都应用了SMA 的伪弹性(超弹性) 性质。主要有牙齿娇形丝、人工关节用自固定杆、接骨用超弹性Ni2Ti 丝、玩具及塑料眼镜镜框等。Ni2Ti 丝用于娇形上,即使应变量高达10 %也不会产生塑性变形,而且应力诱发马氏体相变的过程中,应变增大较多时矫正力却增加很少。故能保持适宜的矫正力,既可保证疗效,也可减轻患者的不适感。

三、存在的问题和研究方向

在SMA 的研究和应用中,目前尚存在许多有待解决的问题,例如: (1) 由于SMA 的各种功能均依赖于马氏体相变,需要不断对其加热、冷却及加载、卸载,且材料变化具有迟滞性,因此SMA 只适用于低频(10Hz 以下)窄带振动中,这就大大限制了材料的应用。

(2) SMA 自身存在损伤和裂纹等缺陷,如何克服这些缺陷,改善材料性能是当前迫切需要解决的问题。

(3) 现有的SMA 机构模型在实际工程应用中都还存在一些缺陷,如何克服这些缺点,从而精确地模拟出SMA 的材料行为也是一个需要研究的重要课题; (4) 在医学应用方面,还需继续研究SMA 的生物相容性和细胞毒性。

(5) SMA 作为一种新型功能材料,其加工和制备工艺较难控制,目前还没有形成一条SMA 自动生产线,此外材料成本也相当昂贵。

(6) 为了提高应用水平,SMA 元器件还需要进一步微型化,提高反应速度和控制精度,在这方面仍有许多工作要做。

SMA 研究今后的发展方向和趋势可归纳为以下几方面: (1) 充分发掘、改进和完善现有SMA 的性能; (2) 研究开发新的具有形状记忆效应的合金材料; (3) SMA 薄膜的研究与应用; (4) SMA 智能复合材料的研究与开发; (5) 高温SMA 的开发。

四、前景展望

在形状记忆合金的实用化进程中,急需积累并分析关于材料特性、功能可靠性、生物相容性和细胞毒性等方面的基础数据资料。可以预言,随着对SMA 研究的进一步深化,传统的机电一体化系统完全有可能发展成为材料电子一体化系统。 用途：航天领域在室温下用形状记忆合金制成抛物面天线，然后把它揉成直径5厘米以下的小团，放入阿波罗11号的舱内，在月面上经太阳光的照射加热使它恢复到原来的抛物面形状。这样就能用空间有限的火箭舱运送体积庞大的天线了。1)汽车：后雾灯罩、手动变速箱的防噪音装置、燃料蒸发气体排出控制阀;(2)电子设备：电子炉灶换气门的开闭器、空调风向自动调节器、咖啡牛奶沸腾感知器、电饭锅压力调节器、电磁调理器过热感知器、温泉浴池调理器等;(3)安全器具：过热报警器、火灾报警器、烟灰缸灭火栓等;(4)医疗方面：人工牙根、牙齿矫正丝、导线等;(5)生活用品：自动干燥库门开闭器、卫生间洗涤器水管转换开关、空调进出口风向调节器、浴池保温器、玩具、路标方向指示转换器、家庭换气门开闭器、防火挡板、净水器热水防止阀、恒温箱混合水栓温度调节阀、眼镜固定件、眼镜框架、胸罩丝、钓鱼线、便携电话天线、装饰品等。

五、结语

记忆合金目前已发展到几十种，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着用途，而且发展趋势十分可观。这些研究表明我们已经做出了一个迈步，但我们需要将这一步迈的更大。加以时日，它将大展宏图、造福于人类。

1 崔海宁. 形状记忆合金在建筑领域中的应用[J]. 山西建筑, 20062 高志刚. 形状记忆合金的应用[J]. 现代制造技术与装备, 20073 吴根华. 形状记忆合金及其应用[J]. 安庆师范学院学报(自然科学版), 20044 周海锋. 形状记忆合金及其应用[J]. 机电设备, 20025 王永前，赵连城. 高温形状记忆合金研究进展[J]. 功能材料, 19956 杨凯,辜承林. 形状记忆合金的研究与应用[J]. 金属功能材料, 2000 7 李建忱，吕晓霞，蒋青，周明. 形状记忆合金研究的回顾与前瞻[J]. 吉林工业大学学报, 1995 8 张红，王小杰，涂水华. 形状记忆合金及其应用[J]. 河南科技, 19969 曹运红. 形状记忆合金的发展及其在导弹与航天领域的应用[J]. 飞航导弹, 200010 肖恩忠. 形状记忆合金的应用现状与发展趋势[J]. 工具技术, 200511 刘建辉, 李宁, 文玉华. 形状记忆合金的应用[J]. 机械,2001 , 28(3) : 56～58

第二篇：智能家居系统宣传说明

智能家居系统室内展板宣传说明

可视对讲系统

主要设备：门口机、室内机

主要功能：

1、一键呼叫一键挂断，支持刷卡开门，百万像素高清摄像头，全屏高清视频画面;

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2、支持多台可视门铃呼叫多台室内机，可将呼叫转移到手机、Pad等智能终端; 

3、支持手机查看可视门铃视频、通话、开锁、挂断;

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4、SNMP网管、数据加密、安全稳定，集成防盗报警、视频监控等应用;

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5、集成安e生活智能家居控制，丰富的场景控制，通过云端扩展智慧社区、智慧城市服务应用。

应用场所：别墅、家庭、公司、单位等入门处需要呼叫设防的重要场所

安防报警系统

主要设备：红外探测器、声光警号、监控摄像机

主要功能：

1、入侵防盗报警，当不法分子进入布防区域(或家中)时，启动现场声光警号，并将联动区域监控摄像机信息，推送到业主(或家人)的手机上;

2、安e生活软件专属设备，可通过手机APP实现远程查看(或联动推送)视频、防盗布撤防、场景联动布撤防、设置定时布撤防;

3、接入安e生活可实现视频隐私保护功能等特殊应用。

应用场所：家庭入门处(玄关)、庭院、公司、单位等需要设防的重要场所

人体感应灯光系统

主要设备：人体感应开关、灯具

主要功能：

1、在设定区域内自动探测人或物的移动，控制相应的照明及其它电器设备的开启或关闭，实现“人来灯亮、人走灯灭“等不同智能化能源管理模式;

2、在设定区域内光线照射充足时，可控制感应开关不工作;而光线照射不足或没有时，也可随心控制感应开关的开启或关闭，给人一种现代化的生活体验。

应用场所：家庭、公司、单位等需要控制的场所

灯光及窗帘控制系统

主要设备：控制模块、电动窗帘、普通开关面板、灯具

主要功能：

1、尊重人对灯光及窗帘等传统的单点面板控制习惯，同时可用手机或智能面板实现灯光及窗帘的单点控制;

2、满足人对习惯场景控制需求，通过一键(或语音等)可设置多种场景组合控制，比如下班(离家)模式(只需一键，即可实现所有灯光及窗帘自动关闭)、回家模式、起床

模式、影院模式、K歌模式等等;

3、为适应不同人的控制习惯，可实现本地面板控制、手机实景及远程控制、室内机集中控制等多种控制方式，随心所控，简单灵活。

应用场所：家庭、公司、单位等需要控制的场所

背景音乐系统

主要设备：背景音乐主机、吸顶喇叭4个

主要功能：

1、在设定的区域(场所)支持各类格式的音、视频文件的随机或定时播放等;

2、音乐主机为安卓PAD，支持WIFI 上网功能，无边界的使用在线音乐、视频、图册等丰富资源高品质音乐随意听;

3、音乐主机的音源可选外置蓝牙、网络收音机、外插U盘、外音频信号等多种丰富音乐资源随意听;

4、安卓PAD主机支持与智能家居控制系统对接，可用于安e生活智能家居的控制端设备。

应用场所：家庭(客厅、卧室等)、公司、单位、酒店等需要音乐的场所

红外转发系统 主要设备：红外转发器

主要功能：

1、学习电器(以家用电器为主)红外遥控器的按键控制，将设定区域(某一家庭)的电器遥控器集中在一个APP上进行管理，使控制电器变得简单便捷;

2、根据人对情景的需要，通过手机或PAD平板可实现本地或远程控制电器，比如下班回家或离家时，远程开启或关闭空调、地暖、热水器等家用电器;

3、可加入安e生活场景控制，一键开启多个家电、灯光、窗帘等的组合开启关闭控制。

应用场所：家庭、公司、单位等需要控制的场所

安防报警系统

主要设备：红外探测器、声光警号、监控摄像机

主要功能：

1、入侵防盗报警，当不法分子进入布防区域(或家中)时，启动现场声光警号，并将联动区域监控摄像机信息，推送到业主(或家人)的手机上;

2、安e生活软件专属设备，可通过手机APP实现远程查看(或联动推送)视频、防盗布撤防、场景联动布撤防、设置定时布撤防;

3、接入安e生活可实现视频隐私保护功能等特殊应用。

应用场所：家庭入门处(玄关)、庭院、公司、单位等需要设防的重要场所

无线视频传输系统

主要设备：笔记本或PC机、电视、无线视频投射器

主要功能：

1、在与客户交流需要展示电脑中信息时，随时插上无线发射器，将电脑中的信息传输到电视(无线接收器)上进行显示，使电脑与电视的连接变得简单便捷。

应用场所：会议室、会所等

影K系统

主要设备：电视(或投影)、高清播放器、点歌机、网络播放器(小米盒子直播)、无线麦克、无线麦克收发器、电源时序器、效果器、7.2解码器、功放、各种音箱。

主要功能：

1、把家庭影院、卡拉OK、音乐播放集合成一套音箱系统，这样的“影K”家庭定制，有别于以往多套影音系统的繁杂昂贵，性价比更高，价格从五六万至十几万不等，就能实现影院与K歌之间的音效便捷切换。

2、在互联网环境下，可实现线上或本地欣赏高清电影、音乐、卡拉OK，从而使它们完美结合;

3、在互联网环境下，可实现线上欣赏各地的电视节目、网上娱乐项目等多种丰富音视频节目资源随意看;

4、本影K系统及直播系统操作方式：⑴打开机柜按下电源时序器上左边电源按钮，等待指示灯全部亮起;⑵打开小米电视，选中小米电视左侧HDMI1信号源;⑶打开安E生活系统，点击场景控制中影院灯光场景、高清播放器及解码器会自动打开、同时窗帘及相应灯光自动关闭，其时通过高清播放器或小米盒子就可正常播放欣赏节目了;⑷解码器视频源选择说明，小米盒子电视直播选择CD/AUX、卡拉ok选择 7.1DIRECT、高清播放器选择BD/DVD(如电视上无信号，请确认上面3个相关设备是否已启动及解码器信号源选择是否正确)。

应用场所：家庭、会所、小型会议室等

第三篇：智能家居系统带动房产营销

近年来房价飞涨相信大家都有所了解，所以现在消费者的消费观念也有所提升。虽然买的是房子，但更看重的却是很多房子本身的附加值，只有所有一切令自己满意，消费者才会觉得物有所值。比如地点、环境、配套设施、物业服务等。所以现在消费者首选的不是房子，而是居住环境以及小区设施方面，而后才考虑在此小区内选择什么样的房子。所以房产开发商煞费苦心的来想一些好点子来增加小区的优势，形成卖点吸引消费者的目光。为了达到这一目的，所有房地产开发商都在小区环境和小区的设施方面大作文章，做了大投入来引起注意。而智能家居系统是其中最受重视的一个亮点。随着近年来人们对家居的更高要求，大部分人都对智能家居比较关注，所以无疑智能家居成为了房产营销中必不可少的一个因素。

房产新政出台，置业需谨慎

2011年开始，房产新政的出台，从中央到地方全面落实楼市调控。并明文规定：对已有一套房屋的当地户籍居民家庭，或能够提供当地一定年限纳税证明或者社保缴纳证明的非当地户籍居民，限购一套住房，并且二套房首付提至六成。限购令的出台以及频繁的加息政策预示着，买房拿来当做投资显然不是普通业主所能操持的“生意”了，随着近年来房地产的迅速发展，楼价的迅速攀升。使得消费者不得不对自己所选的楼盘环境以及配套设施有进一步的要求，那么智能家居就无疑成为当下继智能小区之后的新楼盘营销亮点。

智能家居系统亲民化，实质诱惑

随着房价的迅速攀升，房价已是人们心中的一大心病，智能家居系统/产品也不亲民的话，恐怕很多楼盘有了新的智能家居营销亮点，但也不是大众消费得起的。近年来智能家居生产厂商也都转变意识走亲民路线。曾经以为业内专家曾说：其实智能化的时代应该是一种普及智能家居的时代，智能化实现的功能应全部都能让中国人用得上，用得起，而非只是富人独享，应该更加的大众化。比如说普通老百姓在家希望实现灯光的智能化及或者说家电设备的智能化，几千块就做到的了。所以智能家居价格的亲民化以及智能家居系统的功能使用性便捷性，使得楼盘用上智能家居有了实际的诱惑力。

家装公司与智能家居企业开始合作，智能家居与装饰企业的合作，更能让房地产商相信时机已成熟，智能家居会是楼盘营销新手段。

官方网站:

第四篇：基于智能家居系统的普及型移动环境检测与调节系统

【摘要】智能家居-这个在今年内迅速风靡世界的词语，目前也越来越多得走“近”了我们的生活，但是，它实际走进了我们的生活吗?恐怕这个问题还有待商榷。“智能家居”(Smart Home)，又称智能住宅。通俗地说，它利用先进的计算机、嵌入式系统和网络通讯技术，将家中的各种设备(如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电)通过家庭网络连接到一起。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间;还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。智能家居是以住宅为平台，利用网络、通信及控制技术管理家中设备。来创造一个高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。基于这一点，我们设计了可以通过远程控制的移动平台，该设计基于ATMEGA128为系统的主控芯片，完成各模块的连接与控制。利用各种专业传感器完成检测光强和角度的控制。采用无线控制模块实现对系统的无线控制。通过电磁阀们完成电信号对电器的控制。为方便操作，我们设计并编写了可以利用电脑完全控制所有元器件的上位机，并利用远程通讯协议实现了无限远距离情况先通过手上终端对整个系统的控制。而实现整套方案的成本，还不足一台主流的液晶电视高。根据本套设计，用户可以根据自己的需求来选择相应的传感器，为用户带来方便的同时，增强了多样性，使我们的产品可以适用于多种用户。本作品适应了现代社会的需要，性价比极高，普及型较强易于产品化和市场化。

【关键词】普及型;智能化;环保;时代化

1.前言

先进的技术性，高昂的设备以及垄断的技术，决定了目前我们可能接触到的智能家居系统，往往都安装在高档写字楼以及常人无法接触到的奢华别墅里面，而据了解所知，目前的智能家居系统，无非是让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动或智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行。而对于普通住宅楼中的普通住户，花费整体房款几分之一甚至十几万来购买一套智能家居系统是不可能的事情，所以，为了提高智能家居系统的普遍性，本人设计、制作并检测了属于自己的，普及型智能家居移动检测与调节系统。 http://

本作品具有功能完善、成本低廉、使用方便等特点，有很强的实用性，易于产品化和市场化。并且充分利用移动方案，使家庭不必使用数量较多的传感器，在解决无死角问题的同时，可以为家庭省去一笔可观的成本，又符合国家可持续发展的基本国策。同时，集成了远程操控系统，使用户可以在热和地方享受智能家居调节系统带来的便利性，这具有广泛的发展前景。

2.工作原理及功能

2.1 工作原理总体描述

基于电路设计的要求，智能家居系统的普及型移动环境检测与调节系统电路主要由ATMEGA128为核心的单片机最小系统为控制主板，整个主板集成无线模块，有害气体传感器，温度传感器，烟雾传感器，噪声传感器以及移动跟踪传感器。同时集成了摄像头，使此系统可以监控视频。主板安装于可移动的车体上，又四个独立步进电机驱动，通过上位机电脑操控可以自动或被动完成各方位移动。调节模块的实现通过安装有配套无线模块的电磁阀们，电动窗和电动窗帘实现。

本系统使用了单片机、传感器等技术，通过ATMEGA128为系统的主控芯片，完成各模块的连接与控制。 http://

系统的关键技术问题在于各种环境参数的检测，监测到的数据通过电信号传给主芯片进

行分析，经过与用户预先设定的数据或者根据国家标准设定的数据进行比较，给动作模块发出相应反应，使之完成不同行为。 http://

(1)用户通过上位机遥控或给出自动行走命令，使四个步进电机得到行走信号，完成移动模块四处移动的行为操作。(2)用户通过上位机检测命令或者主板根据已存命令控制各传感器检测环境状况，通过AD采集数据并将其传送给单片机，通过单片机分析后与已经设定强度进行比较，然后根据不同相应传感器采取不同操作：1)对于火焰和烟雾：控制电机转动，吹散和吹灭。2)对于高浓度有害气体：控制电机转动，打开电动窗通风。3)对于高噪声：控制电机关闭电动窗。4)对于红外门禁系统：监测到入侵者锁闭门窗，并开启摄像头传输图像。

2.2 功能总体描述

移动模块在降低传感器数量至最低的情况下，更能够避免室内检测的死角，像沙发后，床底等常规检测不可及之处。同时，通过编程实现的自动避障移动，可以使得整套设备在无人操控的情况下自主检测环境，并即时对监测到的环境数据做出相应调节反应。各种传感器对监测到的数据分析后发生相应反应，并可以把数据随时传到使用者手机上面。使用者可以在有网络的情况下，无限远距离给出自动操作指令或远程遥控整套产品进行工作。移动平台自带摄像头可以事实传送图像至使用者移动终端或对室内画面进行监控录像。集成了无线自动移动功能的室内环境检测系统结合远程操控，使得智能家居成套系统的成本大大降低，且操控性和实用性增强，又不失高端智能家居系统的功能。 http://

2.3 CPU Atmega128的主要核心功能应用

本套普及型移动环境检测与调节系统设计了一个以高性能、低功耗的AVR8位微处理器-Atmega128为核心的单片机最小系统板，其拥有先进的RISC结构：大多数可以在一个时钟周期内完成的133条指令，使面对多个传感器时单片机可以从容不迫正常工作，同时非易失性的程序和数据存储器也可保证各个元器件的正常工作。

ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATmega128的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。AVR内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与ALU(算术逻辑单元)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的复杂指令集微处理器高10倍的数据吞吐率。 http://

同时，在它基础上进行外围电路的扩展。用到了此芯片的如下功能：

1)两个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器，TMR0和TMR1，定时器1用来给电机提供脉冲，定时器0用来检测按键输入;

2)一个I/0作为模拟串口输入，作为温度传感器的输入口;

3)一个I/0作为模拟串口输入，作为烟雾传感器的输入口;

4)一个I/0作为模拟串口输入，作为火焰传感器的输入口;

5)一个I/0作为模拟串口输入，作为有害气体传感器的输入口;

6)一个I/0作为模拟串口输入，作为噪声传感器的输入口;

7)使用2个定时器/计数器TMR0和TMR1，定时器1用来给电机提供脉冲，定时器0用来检测按键输入、刷新液晶屏显示，检测霍尔传感器的位置;

8)若干个I/0口作为电机的控制口，按键，无线控制等。

3.系统总体设计

3.1 系统总体设计思路

根据要实现的功能要求，采用图1所示的方案。系统主要包括以Atmega128为单片机最小系统作为本作品的中央处理装置;采用2596做稳压，配以各种保护电容，和线圈，稳

定输出5v恒定电压，为各电路系统提供稳定的电源;内部安有：1)一个18B20温度传感器，测量室内温度。2)一个有害气体传感器，检测三种室内有害气体浓度。3)烟雾传感器，检测环境烟雾浓度。4)火焰传感器，检测室内是否存在明火。5)噪声传感器，检测噪声强度。步进电机用独立51单片机芯片控制，和主芯片电路板分开，实现整个系统移动模块的移动;各个传感器检测相应数值，把数值返回给单片机，以实现各个传感器的控制;最后把室内温度，有害气体浓度，烟雾浓度，是否存在火焰，噪声强度以及用户设置的数值，当前控制状态的通过上位机在电脑屏显示出来，同时远程传送给用户联网客户端，让用户可以直观的使用本系统。 http://

3.2 硬件设计(系统方块)

本系统主要由Atmega1282为核心的单片机最小系统、主控底板、蓄电池(电源)系统、外围传感器、L298N副控制板(电机驱动电路)、步进电机、无线控制模块和温度传感器、烟雾火焰噪声以及有害气体传感器组成。

3.2.1 Atmega1282单片机最小系统

最小系统由Atmega1282单片机及复位电路构成，由于无需晶振，可以减小电路板尺寸。本设计中将最小系统与四个按键、四个LED指示灯做成一块中心板，并且将Atmega1282单片机所有引脚以功能模块化的结构引出形成引脚扩展，并为步进电机、无线模块、数据采集单元、其他传感器传感器模块设置了专门的外围插排，使用很方便，对应的外围设备只需按相应的位置放好即可。本设计巧妙、方便、实用、可靠。

3.2.2 电源模块

为保持电力，我们采用军工级的电池，保证我们的每个模块能够顺利工作的前提。在这里我们采用分别供电，即电池组一为移动模块供电，电池组二为其他元件供电。

3.2.3 数据采集单元

以温度传感器为模板

当不同的温度被温度模块检测到时，电阻的阻值不同。如当温度很低，温度传感器电阻的阻值可能达到好几百千欧。当光照很高时，温度传感器电阻的阻值很小，在500欧左右。Vout=R3/(R3+10)。输出的电压经过AD转换成12位的数字量进行比较。由于HT46RU232自带了AD转换的功能，无需外加AD转换芯片。

3.2.4 电机驱动模块

将直流电能转换为机械能的转动装置。电机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。

我们使用的直流电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下：

(1)控制换相顺序

通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A，B，C，D相的通断。

(2)控制步进电机的转向

四个轮子单独供电，又差动方式进行转向。

(3)控制步进电机的速度

如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。

3.2.5 无线控制模块

无线模块采用2262作为发送端的编码芯片，接收端利用2272M4系列作为解码芯片。2272的14脚作为接收头的输入端。1013脚为解码后的输出端，输出TTL电平与HT46RU232

芯片连接。当发送端共有4个按键，分别为A，B，C，D。当发送端有按键按下时，接收头接收到相应的无线信号，经过解码，10～13脚对应的引脚输出高电平。由于2272M4是非自锁型的芯片，当按键松开时，引脚的高电平变为低电平。这可样就可以实现单个按键的重复操作。 http://

3.3 系统的软件设计与实现

上位机程序由basic语言来编写。位机程序使得其他设备都可能实现机器人的控制，同时也就使机器人运作由手动操控上升到一个智能的高度，也就是我之前所说的intelligent。我们现在的上位机程序已经实现了控制机器人行进，拍摄，机械臂的运动以及检测数据的显示。与此同时，我们实现数据自动分析，视频监控与上位机相结合等。

第五篇：金牌创业项目——未来密码智能家居系统

智能家居市场是一个相对空白的市场，特别是在中国的二三线城市，智能家居并没有衍生和普及，这就让创业者有了足够的前期发展空间。

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