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1、第十三届“挑战杯”四川省大学生课外学术科技作品竞赛参赛作品 家庭环境远程智能监控系统家庭环境远程智能监控系统【摘 要】：目前市场上还没有一款比较完善的能够使用互联网和移动通信对住宅进行远程智能监控的系统，而按市场需求的发展趋势分析，远程智能监控系统很有可能成为市场发展需求的主流家居系统。 我们本着以人为本的理念，为方便用户对住宅进行近、远程监测和控制而设计本项目-带红外学习功能的家庭环境远程智能监控系统。该系统包含红外学习功能的模块，对温度湿度、天然气、PM2.5的检测，并能实现烟雾报警，光电检测控制窗帘，语音播报的功能，以蓝牙无线通信模块实现对室内（光、电、气）开关的控制，网络监控整个室内环
2、境，确保室内环境处于安全，健康，节能状态。通过WiFi模块、移动通信设备、互联网等实现无线通信，实现对加湿器、空气净化器等家用电器的智能化管理。【关键词】：远程智能监控 移动通信设备 红外记忆功能 环境监控 WiFi 蓝牙 目 录1 前言11.1 研究目的及现状11.2 研究基本思路21.3 创新点31.4 展望32 总体方案及关键技术42.1 方案设计42.2 关键技术52.2.1 红外通信信息编码52.2.2 IrDA 调制方式62.2.3 GSM短消息的发送过程及AT指令83 硬件设计113.1 系统控制模块113.2 无线模块（HLK-RM04）123.3 GSM模块（SIM300）1
3、33.4 红外发射模块133.5 DHT11温度湿度检测模块143.6 MQ-5煤气检测模块153.7 烟雾报警检测模块163.8 语音播报模块163.9 手机蓝牙匹配控制（水，电，气）开关模块173.10 串口通信模块184 软件设计194.1 主控端红外记忆及发射模块程序194.2 红外脉冲解码子程序194.3 室内环境监控系统程序205 系统测试215.1 主要技术指标215.2 系统模块测试215.3 系统实物展示256 结论266.1 作品的适用范围266.2 与同类产品的对比266.2.1 与同类产品的功能做比较266.2.2 成本比较276.3 应用前景预测27参考文献295 1
4、 前言1.1 研究目的及现状1.1.1 技术背景目前市场上还没有一款能够比较完善使用Android操作系统的家庭环境远程智能监控系统，而按Android系统目前的发展趋势，Android很有可能成为便携式设备的主流系统。Android系统的优势在于它不仅可以在手持设备上运行，还可以在平板电脑上运行，且在应用市场上占主流。鉴于以上优点，如果在Android系统上开发一款智能家居软件，不仅可以缩短研发周期，而且便于日后的升级维护。随着Android系统技术的不断发展，它很有可能成为智能家居系统中操作系统的标准。本系统通过设计一个小型的家庭环境远程智能监控系统，实现智能家居系统中关键的功能，成为智能
5、家居设计的原型系统，为住宅用户提供了一套完整的家庭环境远程智能监控系统解决方案。 我们本着以人为本的理念，为方便用户对住宅进行近、远程监测和控制而设计本项目-带红外学习功能的家庭环境远程智能监控系统。该系统包含红外学习功能的模块，对温度湿度、天然气、PM2.5的检测，并能实现烟雾报警，光电检测控制窗帘，语音播报的功能，以蓝牙无线通信模块实现对室内（光、电、气）开关的控制，网络监控整个室内环境，确保室内环境处于安全，健康，节能状态。通过WIFI模块、移动通信设备、互联网等实现无线通信，实现对加湿器、空气净化器等家用电器的智能化管理。1.1.2 社会背景1、生活压力。随着当今社会的生活节奏不断加快
6、，各行各业的压力不断急剧上升。在各方面的压力冲击下，综合的利用时间以及健康的生活方式变得更为重要。早在2000年，世界卫生组织和国际劳工组织同时发表对工作者职业健康问题的担忧，继心脏疾患之后，职业健康及其伴随的忧郁症已成为人类第二大健康隐患。随着中国改革开放近四十年的经济腾飞，同种担忧在中国也广泛存在。有报导称在华工作者中，有46.2%的人在不同程度上受到职业压力的困扰导致身心健康严重受损。最新调查报告现显示，每年由于工作压力太大而死亡的人数在逐渐上升。那么下班后选择一种便捷的生活方式，一个舒适的居家环境，将会对我们的身心健康带来益处，有益于克服工作上压力的滋长。对生活质量的追求,对科学创新的
7、探索，对于健康身心的发展，这些都是促使“家庭环境智能远程控制系统”诞生的重大因素。2、能源危机。能源危机是全球都面临的一个重大危机，只有保证了能源的充足供给，才能保证生命的延续。据2012年能源调查资料显示，在技术与成本的限制下，预估世界石油蕴藏量只可以再开采40年，天然气只可以开采62年，煤炭可以开采77年等等可以看出现在全世界依赖最深的主要能源石油及天然气，在二十一世纪的牵绊，就将日趋枯竭。目前全球因石油，天然气等能源生产投资造成市场供过于求，但产地蕴藏量降低甚至枯竭，使得全球将面临能源价格剧烈波动的尴尬问题。没有了稳定的经济基础，上层建筑定会摇摇晃晃。为了国泰民安的明天，为了更长久的未来
8、，环保节能刻不容缓。在着眼于新能源的开发的同时，平常生活的细微之处，我们又能做些什么呢？3、医疗与社会根据社会的新闻热点与舆论，我们很容易发现许多空巢老人存在的现象，这一现象产生的主要原因是由于子女忙于事业，而无时间陪长辈。住宅的安全隐患成为子女最担忧的问题。因而开发一种易于操作，且安全的家庭环境系统又成为现在社会的一大热点。加入医疗监控，确保他们的健康生活。建立在技术发展背景以及社会现状背景的基础上，我们小组进行了“家庭环境智能远程控制系统”的开发。1.2 研究基本思路基于上述的开发背景，设计出带红外记忆功能的家庭环境远程智能监控系统：用户可将任意电器遥控器上的任意按键上的红外线记录在终端上
9、，用户可通过接入无线网络的手机来轻松控制家用电器设备。用户也可通过手机发短信或打电话到终端，该系统就能自动对家庭环境进行检测和控制使其达到人体舒适值。同时该终端还能控制传感设备采集数据，并将采集到的数据反馈到手机上。该系统主要由单片机最小系统、无线WIFI模块、PM2.5检测模块、温度湿度检测模块、用电流检测模块、MQ-5煤气/天然气检测模块、GSM进行手机传输模块、烟雾报警模块、语音播报模块、摄像头网络监控模块、光电检测控制窗帘、蓝牙匹配总开关等模块构成，围绕IAP15F2K61S2单片机设计开发，红外接收模块将采集到红外信号存储在单片机里，用户通过电脑、手机等终端发送信号经由WIFI模块给
10、单片机，单片机接收到信号后查找存储区域内的红外脉冲信号，并将红外信号发送给设备，从而对设备进行控制。用户也可通过手机发送短信或拨打电话到GSM，GSM收到信息后将会自动打开系统，各检测模块将会开始对环境进行检测，系统也将对采集到的数据进行处理和对相应设备的控制，使其达到适宜人体的值。1.3 创新点（1）具有红外信号学习功能。在不改变红外家电的条件下与其兼容，从而实现终端控制红外家电。（2）通过主控机、智能手机以及平板电脑实现红外电器设备的远程控制，可远程操控家电，使家居环境达到主人要求的舒适度。并且通过WiFi、网络等与用户的手机进行通信，用户可直观的看到室内环境状况以及当前的各个环境检测值；
11、远程监测控制家庭环境，可及时预防人为灾害以及防盗。（3）通过无线网络传递数据并进行控制，使用更加方便快捷。（4）该系统设有移动网络和互联网，用户用随身携带的智能手机就可实现对电器设备的控制，使控制更加智能化。（5）实现了对室内温度、湿度、PM2.5以及煤气、天然气检测，烟雾报警，光电检测控制窗帘，蓝牙匹配控制总（水，电，气）开关，语音播报，摄像头监控等功能。（6）用户可以以发短信的方式远程启动系统，通过手机上的应用控制家用设备，使环境值达到舒适；（7）该系统实现了环保、节能、安全、方便快捷、成本低等功能。1.4 展望（1）将水表，电表，气表的数据通过网络反馈传输到移动设备上，并可进行相应的缴费
12、功能。（2）建立家庭PSOC设计的远程心电监护系统。为家庭成员的健康指数进行远程检测。（3）采用NE555构成占空比可调的震荡电路给红外脉冲提供任意频率载波，滑动变阻器调节占空比。也可用在工业上。2 总体方案及关键技术系统总体设计方案：本设计基于IAP15F2K61S2单片机最小系统、HLK-RM04无线模块的带记忆功能的无线红外控制终端、GSM进行手机传输模块、WIFI模块、温度，湿度模块、PM2.5，烟雾报警模块、语音播报模块、摄像头网络监控模块、光电检测控制窗帘、蓝牙匹配控制总（水、电、气）开关，实现了对家用环境远、近程的智能检测与控制、红外记忆、红外遥控、温湿度显示等功能。2.1 方案
13、设计该系统主要由单片机最小系统、无线WIFI模块、PM2.5检测模块、温度湿度检测模块、用电流检测模块、MQ-5煤气/天然气检测模块、GSM进行手机传输模块、烟雾报警模块、语音播报模块、摄像头网络监控模块、光电检测控制窗帘、蓝牙匹配总开关等模块构成，围绕IAP15F2K61S2单片机设计开发，红外接收模块将采集到红外信号存储在单片机里，用户通过电脑、手机等终端发送信号经由WIFI模块给单片机，单片机接收到信号后查找存储区域内的红外脉冲信号，并将红外信号发送给设备，从而对设备进行控制。用户也可通过手机发送短信或拨打电话到GSM，GSM收到信息后将会自动打开系统，各检测模块将会开始对环境进行检测，
14、系统也将对采集到的数据进行处理和对相应设备的控制，使其达到适宜人体的值。系统结构框图如图1所示：环境监控子系统图1、系统结构图2.2 关键技术2.2.1 红外通信信息编码红外遥控信号传输的数据是一组连续的串行二进制码，通常由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等组成。当某一个按键被按下再松开之前，遥控器一直重复发送完整的数据字即循环码。由于二进制编码脉冲的频率低，为提高抗干扰性能和降低电源消耗，一般将这些编码信号用高频载波信号进行脉幅调制，经缓冲放大后送到红外发光二极管，转换为红外信号发射出去。目前常用的载波频率为38KHZ。NEC 标准和 RC5 标准是目前两种最常用的红外编码标准。其
15、中NEC标准是日本NEC公司开发的，采用数字脉宽调制来表示“0”和“1”，其引导码由一段9ms的高电平(有些码是4.5ms)和4.5ms的低电平组成，系统码和功能码占8位，载波频率为38KHZ。当连续发射时，先发送一个完整的控制字，接着只发射9ms高电平和2.25ms的低电平，再跟着一个560us的脉冲，整个波形周期仍为108ms。该标准在国内应用非常广泛，很多厂家使用该标准和与其类似的标准，他们在码型结构上基本一致，只是在具体的脉冲宽度的数值、引导码的长度、系统码和功能码的位数、顺序上有改变。比方说，表示 “0” 的脉冲宽度，有的是560/600(高/低)， 有的却是1100/700(高/低)。RC5标准由Philips 公司开发，欧洲使用较多，在亚洲地区该标准使用较少。采用双相位脉冲表示“1”和 “0” ，每一位的时间是1.68ms，5位系统码，6位功能码，最初的载波频率为36KHz。当按键按下的时间超过114ms后，它会重复发送完整的数据字，控制字之间的间隔一般是数十个毫秒。目前的红外学习方法大体分两种。第一种：采用脉宽调制，具有脉冲宽度固定而脉冲间隔不同的特点，用定时器对脉冲间隔计数， 由计数值的大小区别脉冲
