基于無線通信的家居信息管理系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于對家居信息進行管理的系統。
【背景技術】
[0002]隨著人口老齡化程度的加深，“空巢老人”數量的增多，老年人的健康與生活受到越來越多的關注與重視。人口老齡化帶來了一定的社會問題，獨居老人的健康生活得不到保障，遠在外地的子女也對家中的老人生活感到擔憂，針對這一現象，人們提出了一種新型的養老方式一一“智能養老” ο “智能養老”是指采用電腦技術、無線傳輸技術、傳感器技術等技術手段，在家中的養老設備中植入電子芯片等裝置，使得老年人的日常生活處于遠程監護狀態。而在對老年人的遠程監護中，老年人是否出入房門、何時出入房門是一項較重要的監護項目。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種能夠自動化地對是否有人出入房門進行監控的基于無線通信的家居信息管理系統。
[0004]為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是:
[0005]—種基于無線通信的家居信息管理系統，用于監控是否有人出入房門，所述基于無線通信的家居信息管理系統包括設置于所述房門處的紅外傳感器、接收所述紅外傳感器發出的信號并基于其判斷是否有人出入房門的單片機系統、與所述單片機系統無線通信并顯示判斷結果的計算機。
[0006]所述紅外傳感器經電平轉換電路而與所述單片機系統相連接。
[0007]所述單片機系統與所述計算機通過藍牙通信系統相無線通信。
[0008]所述藍牙通信系統包括與所述單片機系統相連接的第一藍牙模塊、與所述計算機相連接并與所述第一藍牙模塊無線通信的第二藍牙模塊。
[0009]所述第二藍牙模塊通過USB-TTL串口轉換模塊而與所述計算機相連接。
[0010]所述紅外傳感器為對射型紅外傳感器，其包括發射器和接收器，所述發射器和所述接收器分別安裝在所述房門的兩側。
[0011]所述基于無線通信的家居信息管理系統包括兩套所述紅外傳感器，兩套所述紅外傳感器沿豎向排布于所述房門處，且兩套所述紅外傳感器之間的距離為40-60cm，位于下方的所述紅外傳感器與底面之間的距離為40-60cm。
[0012]所述單片機系統采用單片機最小系統。
[0013]所述基于無線通信的家居信息管理系統還包括為所述紅外傳感器和所述單片機系統供電的電源模塊。
[0014]由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點:本實用新型能夠對是否有人出入房門以及何時出入房門進行監控，當應用于“智能養老”系統中時，能夠及時反饋老年人的活動狀況，為老年人日常生活的遠程監護提供支撐。
【附圖說明】
[0015]附圖1為本實用新型的原理框圖。
[0016]附圖2為本實用新型中穩壓電路的電路圖。
[0017]附圖3為本實用新型中的電平轉換電路的電路圖。
[0018]附圖4為本實用新型中的單片機系統的電路圖。
[0019]附圖5為本實用新型中的USB-TTL串口轉換模塊的電路圖。
[0020]附圖6為本實用新型中的第一藍牙模塊或第二藍牙模塊的電路圖。
[0021 ]附圖7為本實用新型的紅外傳感器設置示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖所示的實施例對本實用新型作進一步描述。
[0023]實施例一:參見附圖1所示。一種用于監控是否有人出入房門的基于無線通信的家居信息管理系統，包括紅外傳感器、單片機系統、計算機和電源模塊。
[0024]紅外傳感器設置于房門處。紅外傳感器包括槽型紅外傳感器、對射型紅外傳感器、鏡面反射型紅外傳感器、漫反射型紅外傳感器等類型，本實施例中采用對射型紅外傳感器。該對射型的紅外傳感器包括相分離的發射器和接收器，發射器和接收器分別安裝在房門的兩側，如門框上，使得發射器所發出的紅外線橫跨房門而設置。在無人情況下，發射器發出的紅外線被接收器所接收，而當有人出入房門時，人體將紅外線遮擋住，此時接收器無法接受到紅外線。從而，當無人出入房門和有人出入房門時，紅外傳感器輸出不同的信號。具體的，紅外傳感器采用歐姆龍E3JK對射型光電開關，其參數如下:
[0025](I)檢測方式:對射型。E3JK-5DM1為發射器，E3JK-5L為接收器。
[0026](2)檢測距離:5米。
[0027](3)標準檢測物體:Φ 14.8mm以上的不透明體。
[0028](4)指向角:投、受光器各3-20度。
[0029](5)光源(發光波長):紅外二極管(950nm)o
[0030 ] (6 )供電電壓:直流12-240V，本設計中選用12V供電。
[0031 ] (7)控制輸出:繼電器NPN型輸出，上圖紅外傳感器之間沒有遮擋物時輸出高電平12V，有遮擋物時輸出低電平0V。
[0032](8)應答時間:30ms以下。
[0033]電源模塊分為兩部分，一部分用于為紅外傳感器供電，即電源模塊向紅外傳感器提供12V直流電源而是紅外傳感器工作；電源模塊的另一部分則用于為單片機系統提供
3.3V直流電源。當接收器能夠正常接收發射器發出的紅外線時，輸出12V高電平電壓，而當紅外線被阻斷而接收器不能正常接收紅外線時，其輸出OV低電平電壓。若電源模塊提供的是5V的直流電源，則還需要搭建一個5V轉3.3V的穩壓電路，將5V直流電源轉換為3.3V直流電源提供給單片機系統，該穩壓電路如附圖2所示，其采用穩壓芯片LM1117搭建。LM1117穩壓電路是一個低壓差三端可調穩壓集成電路，可為電路提供電流限制和熱保護，輸出端需要一個1uF的鉭電容來改善瞬態響應和電壓穩定性。
[0034]紅外傳感器輸出的信號應送至單片機系統中，而單片機系統所能識別的高低電平分別為3.3V和OV，故需要一個電平轉換電路來處理紅外傳感器的輸出信號，即紅外傳感器的輸出與電平轉換電路而與單片機系統相連接，從而將紅外傳感器輸出的信號轉化為能夠被單片機系統的I/O 口識別的電壓信號。該電平轉換電路如附圖3所示，其由三極管9013(NPN型)、電阻(阻值為4.7K、1K共兩個)、3.3V電源、地組成。三極管9013的基極通過1K電阻與紅外傳感器的輸出端相連，集電極通過4.7K電阻與單片機系統的工作電源3.3V電源相連;單片機系統I/O 口也接在集電極上，作為信號輸入端;發射極接地。當紅外傳感器輸出信號為12V高電平，即紅外線未被阻斷時，三極管9013導通，集電極上的輸出信號為0V，可被單片機系統識別，即單片機系統的I/O口電壓為OV低電平;而當紅外傳感器輸出信號為OV低電平，即光線被阻斷時，三極管9013截止，集電極上的輸出信號為3.3V高電平，也可被單片機系統識別，即單片機系統的I/O口電壓為高電平3.3V。
[0035]單片機系統采用單片機最小系統，即單片機能夠工作運行的最小硬件系統，它包括時鐘電路、復位電路、MSP430F149單片機芯片，如附圖4所示。
[0036]MSP430系列單片機是于1996年由美國德州儀器向市場推出的一種16位超低功耗的、具有精簡指令集的混合信號處理器，它針對實際應用需求，將多個不同功能的數字電路、模擬電路、微處理器集成在一個芯片上，其特點在于:
[0037](I)超低功耗:工作電壓1.8-3.6V;掉電工作模式電流0.1uA，等待模式電流0.8uA；有兩種不同的時鐘系統;存在5種低功耗模式;可任意嵌套中斷；內部模塊可關閉;硅面積比8051小30%，功耗更低。
[0038](2)超高的性能，強大的處理能力:16位RISC結構的CPU，無累加器，單周期操作;高效率的C代碼，能使用戶寫更少的代碼，使用更少的周期。
[0039](3)擁有高性能的模擬技術以及豐富的片外資源。
[0040](4)系統工作穩定，主時鐘發生故障時，內部時鐘會自動啟動。
[0041](5)擁有方便高效的開發環境，不需要仿真器和編程器。
[0042](6)著名大廠商產品，擁有豐富的開發資源和強大的技術支持。
[0043]本實用新型選用的是MSP430F1X系列的單片機MSP430F149，它包括60KB+256個字節的FLASH，2KB的RAM，有三個基本時鐘模塊，看門狗定時器，2個16位定時器，2個具有中斷功能的8位并行端口，4個8位并行端口，模擬比較器，12位A/D轉換器，2個串行通信接口。作為較早的產品，它有體積小、性價比高、使用靈活、技術成熟等特點。本課題采用3.3V供電方式。
[0044](I)時鐘電路
[0045]時鐘周期即為震蕩周期，是單片機工作的最小、最基本的時間單位。
[0046]MSP430F149單片機芯片有三個時鐘源，可根據具體需求選擇使用合適的時鐘源，并關閉不必要的時鐘源:
[0047]I )DC0CLK是片內DCO數字控制RC振蕩器，800KHZ，存在于單片機內部，不使用時可通過程序語句關閉。
[0048]2)LFXT1CLK是低速晶體振蕩器，32.768KHZ，使用時需將32.768KHZ的晶振一端接單片機輸入端XIN，一端接輸出端XOUT，并通過程序語句打開關閉。
[0049]3)XT2CLK是高速晶體振蕩器，8MHZ，使用時需將8MHZ的晶振兩端分別連接單片機的輸入端XT2IN、輸出端XT20UT，同時兩端各通過一個30pF的電容接地，可通過程序語句打開或關閉。
[0050]MSP430F149單片機芯片有三個時鐘信號:
[0051 ] I )ACLK系統的輔助時鐘信號，由LFXTl時鐘源分頻得到，供外圍電路使用。
[0052 ] 2 )MCLK系統的主時鐘信號，可由三個時鐘源分頻得到，供CPU以及系統外圍電路模塊共同使用。
[0053]3)SMCLK系統子時鐘，可由三個時鐘源分頻得到，供外圍電路模塊使用。
[0054]本系統使用外部8M晶體振蕩器XT2CLK，系統主時鐘MCLK為8MHZ，系統子時鐘SMCLK為8MHZ。
[0055](2)復位電路
[0056]復位電路是一種使系統恢復到初始狀態的電路設備，使單片機芯片能夠重新開始運作。本系統設定了兩種復位方法:自動復位、手動復位。
[0057]自動復位是指系統在運作時能夠自動上電復位的過程，需將單片機芯片的復位輸入引腳REST—端通過1K的電阻連接電源VCC，一端通過0.1uF的電容接地。一開始通過電容接地，REST是高電平，電源VCC通過電阻向電容反向充電，一段時間后，REST端口輸入低電平OV，自動復位成功，單片機芯片開始工作。
[0058]手動復位則是需要手動按下按鍵開關，進行單片機芯片的上電復位，需要將單片機芯片的復位輸入引腳REST通過按鍵開關接至地，當按鍵被按下時，REST引腳與地導通，單片機芯片復位輸入端輸入低電平OV，按鍵松開后，手動復位成功，單片機開始工作。
[0059]單片機系統接收紅外傳感器送來的信號，并根據該信號判斷是否有人出入房門，并根據判斷結果輸出信號。單片機系統與計算機無線通信，單片機系統輸出的信號送至計算機中，從而在計算機上顯示判斷結果。
[0060]本實施例中，單片機系統與計算機通過藍牙通信系統相無線通信。藍牙通信系統包括能夠通過藍牙方式無線通信的第一藍牙模塊和第二藍牙模塊，其中第一藍牙模塊與單片機系統相連接，而第二藍牙模塊則與計算機相連接。由于現階段計算機中大多使用USB接口，而單片機、藍牙模塊等仍使用串口，故在第二藍牙模塊與計算機之間設置USB-TTL串口轉換模塊來實現二者的連接。該USB-TTL串口轉換模塊如附圖5所示，其也由穩壓芯片ASMl117提供的5V轉3.3V直流電源供電，由CH340T USB總線轉接芯片實現的串口轉換功能。第一藍牙模塊、第二藍牙模塊均采用如附圖6所示的型號為HC-05的藍牙模塊，配對后即可實現通信。HC-05藍牙模塊的特點有以下幾點:
[0061](I)無線收發，靈敏度可達到-80dBm;
[0062](2)擁有完整的藍牙解決方案；
[0063](3)低功耗；
[0064](4)擁有高性能的無線收發系統；
[0065](5)成本低。
[0066]計算機還可以接入互聯網中，從而將所監控到的人員出入房門情況發送給遠方的移動設備。
[0067]當對是否有人出入房門進行監控時，還有可能遇到小動物出入房門的情況。因此需要對紅外傳感器的設置進行改進。該基于無線通信的家居信息管理系統包括兩套紅外傳感器，兩套紅外傳感器沿豎向排布于房門處，且兩套紅外傳感器之間的距離為40-60cm，位于下方的紅外傳感器與底面之間的距離為40-60cm。如附圖7中所示，兩套紅外傳感器之間的距離為50cm，而位于下方的紅外傳感器與底面之間的距離也為50cm。當且僅當兩套紅外傳感器中的接收器都無法接收對應的發射器發出的紅外線時，單片機系統才判斷是有人經過房門，此時，計算機屏幕上顯示“People pass on”。而當僅有一個紅外傳感器中的接收器都無法接收對應的發射器發出的紅外線時，單片機系統判斷是有小動物經過房門此時，計算機屏幕上顯示“Small animals pass on”。而當兩束紅外線均未被阻斷時，計算機屏幕上顯示“No people pass on”，S卩“無人通過”。用兩束光檢測的方式能很好地避免因小動物的出現而造成的誤測誤報。
[0068]在線路板設計方面，采用雙面布線PCB板，將紅外傳感器的接收器、單片機系統、電源模塊、電平轉換電路、第一藍牙模塊等設置在該PCB板上，盡可能地選用貼片型封裝的元件，以達到節約成本，充分利用空間，避免線路的錯綜復雜的目的。
[0069]上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于無線通信的家居信息管理系統，用于監控是否有人出入房門，其特征在于:所述基于無線通信的家居信息管理系統包括設置于所述房門處的紅外傳感器、接收所述紅外傳感器發出的信號并基于其判斷是否有人出入房門的單片機系統、與所述單片機系統無線通信并顯示判斷結果的計算機，所述紅外傳感器經電平轉換電路而與所述單片機系統相連接。2.根據權利要求1所述的基于無線通信的家居信息管理系統，其特征在于:所述單片機系統與所述計算機通過藍牙通信系統相無線通信。3.根據權利要求2所述的基于無線通信的家居信息管理系統，其特征在于:所述藍牙通信系統包括與所述單片機系統相連接的第一藍牙模塊、與所述計算機相連接并與所述第一藍牙模塊無線通信的第二藍牙模塊。4.根據權利要求3所述的基于無線通信的家居信息管理系統，其特征在于:所述第二藍牙模塊通過USB-TTL串口轉換模塊而與所述計算機相連接。5.根據權利要求1所述的基于無線通信的家居信息管理系統，其特征在于:所述紅外傳感器為對射型紅外傳感器，其包括發射器和接收器，所述發射器和所述接收器分別安裝在所述房門的兩側。6.根據權利要求1所述的基于無線通信的家居信息管理系統，其特征在于:所述基于無線通信的家居信息管理系統包括兩套所述紅外傳感器，兩套所述紅外傳感器沿豎向排布于所述房門處，且兩套所述紅外傳感器之間的距離為40-60cm，位于下方的所述紅外傳感器與底面之間的距離為40-60cm。7.根據權利要求1所述的基于無線通信的家居信息管理系統，其特征在于:所述單片機系統采用單片機最小系統。8.根據權利要求1所述的基于無線通信的家居信息管理系統，其特征在于:其還包括為所述紅外傳感器和所述單片機系統供電的電源模塊。
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于無線通信的家居信息管理系統，包括設置于房門處的紅外傳感器、接收紅外傳感器發出的信號并基于其判斷是否有人出入房門的單片機系統、與單片機系統無線通信并顯示判斷結果的計算機。紅外傳感器經電平轉換電路而與單片機系統相連接。單片機系統與計算機通過藍牙通信系統相無線通信。藍牙通信系統包括與單片機系統相連接的第一藍牙模塊、與計算機相連接并與第一藍牙模塊無線通信的第二藍牙模塊。第二藍牙模塊通過USB-TTL串口轉換模塊而與計算機相連接。本實用新型能夠對是否有人出入房門以及何時出入房門進行監控，當應用于“智能養老”系統中時，能夠及時反饋老年人的活動狀況，為老年人日常生活的遠程監護提供支撐。
【IPC分類】G08B21/22, G05B19/042
【公開號】CN205384477
【申請號】CN201620006191
【發明人】吳澄, 宋文磊
【申請人】蘇州訊智信息技術有限公司
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2016年1月4日