基于單片機(jī)控制的家用智能制氧機(jī)系統(tǒng)研究

孫旭鋒

【摘 ?要】近年來(lái)人們生活水平的提高，對(duì)居住品質(zhì)的要求也在提高。人類所居住環(huán)境得以提升與改善前提下，對(duì)于家居環(huán)境同樣向往智能化與人性化，智能家居就此誕生。智能家居包含安保、家用設(shè)備控制、家庭綜合布線、信息化以及小區(qū)管理等功能。智能家居控制方式同樣多種多樣，包含有固定電話控制，短信控制，集中控制，網(wǎng)絡(luò)控制，感應(yīng)控制，遙控控制以及本地控制等。實(shí)際生活當(dāng)中，智能家居各類系統(tǒng)功能能依據(jù)人類生活習(xí)性所需，用智能化家居產(chǎn)品形式出現(xiàn)于人們眼前，對(duì)人類生活形成極大改善。本文就基于單片機(jī)控制的家用智能制氧機(jī)系統(tǒng)展開探討。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);智能家居;控制;系統(tǒng)

引言

我們的生命離不開氧氣，在某些特殊情況下會(huì)因人體缺氧或補(bǔ)氧不及時(shí)而威脅到健康。家用制氧機(jī)可以制取出高濃度的氧氣，然而目前的家用制氧機(jī)存在著供氧過(guò)甚和不夠智能化等問(wèn)題，使用者很難獲得很好的氧療及用戶體驗(yàn)。為了讓人們更加便捷地使用，家用智能制氧機(jī)系統(tǒng)通過(guò)特定接口連接血壓計(jì)，單片機(jī)中間控制系統(tǒng)和制氧機(jī)，建立三者智能化系統(tǒng)，以改善上述問(wèn)題。

1智能家居控制系統(tǒng)及其功能

智能家居分為本地控制和遠(yuǎn)程控制兩種類型。就地控制是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)直接對(duì)燈具等電器進(jìn)行智能控制。遙控器是利用遙控器、定時(shí)控制器、中央控制器或電話、計(jì)算機(jī)等實(shí)現(xiàn)各種遙控。智能家居系統(tǒng)的使用群體將要求產(chǎn)品功能更加強(qiáng)大、智能化、易用化，設(shè)計(jì)更加人性化、合理化，同時(shí)還要考慮設(shè)備本身能否升級(jí)等諸多因素。在智能化發(fā)展趨向“以人為本”的同時(shí)，各種家具產(chǎn)品也隨之應(yīng)運(yùn)而生。比如從淋浴房到多功能蒸汽房，以及按摩浴缸裝載的各種人性化設(shè)計(jì)和輔助娛樂(lè)裝置，都充分體現(xiàn)了現(xiàn)代智能家居以人為本的理念。未來(lái)，智能家居市場(chǎng)將進(jìn)入行業(yè)整合階段，從產(chǎn)品的角度來(lái)看，智能家居產(chǎn)品將朝著實(shí)用化、易操作、模塊化的方向發(fā)展。

2單片機(jī)智能家居控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1振鈴檢測(cè)

振鈴檢測(cè)的硬件設(shè)計(jì)是用來(lái)檢測(cè)電話鈴聲的次數(shù)，并將鈴流信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)上去。智能家居控制系統(tǒng)與固話共同使用一路電話線，當(dāng)固話鈴響時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生鈴流信號(hào)，系統(tǒng)在接收到鈴流信號(hào)時(shí)會(huì)進(jìn)行延時(shí)，當(dāng)確認(rèn)家中無(wú)人時(shí)，才會(huì)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)模擬摘機(jī)。

2.2傳感設(shè)備

由計(jì)算機(jī)控制的設(shè)備不斷監(jiān)測(cè)電子設(shè)備的運(yùn)行狀況。在傳感器的幫助下，有關(guān)家居環(huán)境的信息可以發(fā)送到控制器，以便根據(jù)居住者的需要或者系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整。智能家居控制系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)的調(diào)控，比任何機(jī)械系統(tǒng)更快、更準(zhǔn)確。溫度、壓力、速度和位置等物理因素通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成數(shù)字或模擬電信號(hào)，進(jìn)而被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，最終通過(guò)顯示設(shè)備顯示。居住者則可以根據(jù)數(shù)據(jù)信息做出居家環(huán)境方面諸如溫濕度、照明度、通風(fēng)量等方面的調(diào)節(jié)，或設(shè)置調(diào)整參數(shù)，由系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)根據(jù)預(yù)設(shè)值自動(dòng)完成調(diào)節(jié)。

2.3語(yǔ)音電路

語(yǔ)音電路能夠使人機(jī)交互的變得更加方便，語(yǔ)音電路能夠?qū)τ脩暨M(jìn)行語(yǔ)音提示，使用戶更能根據(jù)語(yǔ)音提示來(lái)完成操作功能。并且，在家中發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，還能通過(guò)語(yǔ)音電路進(jìn)行報(bào)警，語(yǔ)音電路中的語(yǔ)音提示是事先錄入進(jìn)去的，并且存儲(chǔ)在其中。當(dāng)用戶撥打固話時(shí)，單片機(jī)能夠?qū)τ脩舭l(fā)出的操作指令作出判斷，通過(guò)雙音頻信號(hào)的解碼功能，將DTMF信號(hào)在語(yǔ)音電路中查找，然后播放正確的語(yǔ)音提示，使用戶根據(jù)語(yǔ)音提示逐步完成控制操作。另外，在語(yǔ)音電路中還有音頻放大電路，將信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行放大。

3單片機(jī)智能家居控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1Socket通信技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)編程上，單片機(jī)服務(wù)支持是非常好的。結(jié)合TCP傳輸方式，單片機(jī)提供Socket類與ServerSocket類。結(jié)合UDP傳輸，單片機(jī)提供DatagramSocket類與DatagramPackage類。Socket編程方式比較底層，可以將其作為其它應(yīng)用協(xié)議基礎(chǔ)。憑借Socket對(duì)象的創(chuàng)建，就能夠以打開輸出輸入流的方式進(jìn)行自由通信了。客戶端與服務(wù)器間一般是按照下面幾個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)的：（1）構(gòu)建Serversocket對(duì)象，進(jìn)行服務(wù)器初始化操作，靜候客戶端鏈接請(qǐng)求發(fā)出;（2）構(gòu)建Socket對(duì)象，客戶端初始化操作，對(duì)服務(wù)器發(fā)送鏈接請(qǐng)求;（3）服務(wù)器收到客戶端信號(hào)做出反應(yīng)并相互鏈接;（4）客戶端對(duì)服務(wù)器發(fā)送指令與數(shù)據(jù);（5）服務(wù)端對(duì)客戶端請(qǐng)求做出響應(yīng);（6）服務(wù)器對(duì)客戶端收到結(jié)果予以處理;（7）客戶端收到服務(wù)器的返回結(jié)果;（8）對(duì)第四步和第七步進(jìn)行重復(fù)操作，一直到與客戶端對(duì)話結(jié)束終止;（9）中斷鏈接，通信結(jié)束。

3.2家庭環(huán)境安全性檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)

智能家居控制系統(tǒng)在對(duì)家庭環(huán)境安全性檢測(cè)時(shí)，家中一旦發(fā)生險(xiǎn)情，控制系統(tǒng)就會(huì)先對(duì)險(xiǎn)情進(jìn)行相應(yīng)識(shí)別，從而判斷險(xiǎn)情的種類，將險(xiǎn)情種類判斷完畢后，就會(huì)根據(jù)事先設(shè)置好的程序進(jìn)行操作，首先智能控制系統(tǒng)會(huì)通過(guò)自動(dòng)模擬摘機(jī)功能進(jìn)行摘機(jī)，然后找到事先設(shè)置好的報(bào)警電話，并通過(guò)撥號(hào)模塊進(jìn)行自動(dòng)撥號(hào)，電話接通以后，會(huì)將設(shè)置好的語(yǔ)音提示播放給報(bào)警單位執(zhí)班人員。而且，智能家居系統(tǒng)為了防止電話占線，會(huì)預(yù)先設(shè)置多個(gè)報(bào)警電話，進(jìn)行輪流播放的方式，直到電話被接通為止。

4基于單片機(jī)控制的家用智能制氧機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本部分主要由制氧機(jī)、單片機(jī)中間控制系統(tǒng)和血壓手環(huán)三個(gè)部分組成。（1）制氧機(jī)設(shè)計(jì)。制氧機(jī)的前側(cè)設(shè)有控制面板和出氣口，出氣口連接有供氧連接軟管，其中供氧連接軟管的外表對(duì)稱一體注塑成型有兩個(gè)橡膠套管，且橡膠套管的內(nèi)側(cè)嵌入設(shè)有彈性支撐鋼絲，左側(cè)設(shè)置有繼電器，繼電器的輸出端與制氧機(jī)的輸入端電性連接。（2）單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)有控制按鍵、顯示屏和智能語(yǔ)音播放器，內(nèi)側(cè)設(shè)有上位機(jī)（ARM或者x86）、單片機(jī)（型號(hào)為STM32）、WIFI模塊、無(wú)線接收器、存儲(chǔ)器和定時(shí)控制器;WIFI模塊、無(wú)線接收器和存儲(chǔ)器均內(nèi)置在該系統(tǒng)的內(nèi)側(cè)，并且WIFI模塊、無(wú)線接收器和存儲(chǔ)器均通過(guò)連接線與上位機(jī)連接;上位機(jī)的輸入端與定時(shí)控制器的輸出端電性以及無(wú)線接收器的輸出端電性連接;上位機(jī)的輸出端與繼顯示屏的輸入端、智能語(yǔ)音播放器的輸入端電性、WIFI模塊的輸入端電性以及存儲(chǔ)器的輸入端電性連接;單片機(jī)與電器的輸入端電性連接，單片機(jī)只負(fù)責(zé)控制制氧機(jī)電路。（3）血壓手環(huán)設(shè)計(jì)。血壓手環(huán)使用現(xiàn)有心電監(jiān)測(cè)血壓手環(huán)，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，使其通過(guò)WIFI模塊與單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線連接。（二）智能嵌入設(shè)計(jì)。上位機(jī)是具有完整功能的片上系統(tǒng)（SoC），兼具硬件與操作系統(tǒng)，可以隨時(shí)追加功能。應(yīng)用程序有多種權(quán)限，靈活度很高，硬件上也具有可擴(kuò)展性，可以通過(guò)相關(guān)接口追加功能。上位機(jī)本身有自主的計(jì)算功能，可以實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的自動(dòng)方案，較復(fù)雜的方案則通過(guò)網(wǎng)絡(luò)詢問(wèn)服務(wù)端應(yīng)該怎么做。以這種線下線上相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)相對(duì)比較自動(dòng)化的方案。

結(jié)語(yǔ)

智能家居作為已經(jīng)成為社會(huì)生產(chǎn)生活智能化、信息化發(fā)展的重要組成部分，舒適、時(shí)尚的家居生活是社會(huì)進(jìn)步的標(biāo)志，單片機(jī)在智能家居控制系統(tǒng)中的應(yīng)用可見一斑。智能家居控制系統(tǒng)集成多種家電功能，使家居電器的輕松操控變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，讓人們享受高科技帶來(lái)的簡(jiǎn)約時(shí)尚的現(xiàn)代生活。家用智能制氧機(jī)結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)、合理巧妙，功能上實(shí)用多元，操作便捷，既有效地保證了使用者的氧需求，也讓使用者能夠更智能更便捷地使用，極大地提升了使用者氧療以及用戶體驗(yàn)。

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（作者單位：寧波米迪電器有限公司）