新型家用自動(dòng)門

◎南京師范大學(xué)附屬中學(xué)樹(shù)人學(xué)校初二（28）班 訾力鳴

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，近年來(lái)，智能電視、智能音箱、智能冰箱等家居產(chǎn)品涌入市場(chǎng)。傳統(tǒng)裝修已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代人對(duì)生活舒適度的需求，智能家居的場(chǎng)景設(shè)計(jì)成為現(xiàn)代家庭裝修的新趨勢(shì)。

傳統(tǒng)家用門能否在這場(chǎng)智能化的潮流中不斷求變呢？我在表哥的指導(dǎo)下完成了對(duì)家用門的設(shè)計(jì)。

一、設(shè)計(jì)方案

家用門一般有扇門和移門兩種，對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，雖然門的開(kāi)合方式不同，但控制方式是一致的。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是要為門的兩側(cè)劃出一個(gè)識(shí)別區(qū)域，只有同時(shí)滿足人在識(shí)別區(qū)域內(nèi)和門接收到語(yǔ)音指令這兩個(gè)條件，門才會(huì)做出相應(yīng)動(dòng)作，其他情況下門都不工作。

本設(shè)計(jì)通過(guò)紅外感應(yīng)裝置為家用門劃定識(shí)別區(qū)域。門的兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)方向斜向下的紅外感應(yīng)裝置，裝置的感應(yīng)范圍構(gòu)成了識(shí)別區(qū)域A、B。

圖1 裝置原理圖

從應(yīng)用的層面來(lái)說(shuō)，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以分為兩類：一類針對(duì)某個(gè)特定的人，被稱作特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)；另一類恰好相反， 可以適用多種聲音， 被稱作非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)。后者比前者更具廣泛性，更能滿足人們的需求。

本設(shè)計(jì)使用的是非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，這是因?yàn)楸狙b置常被用于室內(nèi)，沒(méi)有識(shí)別說(shuō)話人身份的需求。

驅(qū)動(dòng)方面和市面上常見(jiàn)的自動(dòng)門相同，扇門通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)連桿控制門的開(kāi)合，移門則通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶控制門在滑軌上移動(dòng)。

根據(jù)人們的使用習(xí)慣，我為本裝置設(shè)計(jì)了幾種模式。

1.自動(dòng)模式

當(dāng)使用者站在門的一側(cè)，被該側(cè)紅外感應(yīng)模塊檢測(cè)到并發(fā)出“自動(dòng)模式”的指令后，如門初態(tài)為開(kāi)啟狀態(tài)，則保持等待；如門初態(tài)為關(guān)閉狀態(tài)，則門開(kāi)啟。等使用者穿過(guò)門，被另一側(cè)的紅外感應(yīng)模塊檢測(cè)到后，過(guò)幾秒后門關(guān)閉。該模式末態(tài)為關(guān)閉狀態(tài)。

2.常開(kāi)模式

如門初態(tài)為關(guān)閉狀態(tài)，無(wú)論使用者站在門的哪一側(cè)，只要被紅外感應(yīng)模塊檢測(cè)到并發(fā)出“常開(kāi)模式”的指令，則門開(kāi)啟，并保持該狀態(tài)；如門初態(tài)為開(kāi)啟狀態(tài)，則保持該狀態(tài)。該模式末態(tài)為開(kāi)啟狀態(tài)。

3.常閉模式

如門初態(tài)為開(kāi)啟狀態(tài)，無(wú)論使用者站在門的哪一側(cè)，只要被紅外感應(yīng)模塊檢測(cè)到并發(fā)出“常閉模式”的指令，則門關(guān)閉，并保持該狀態(tài)；如門初態(tài)為關(guān)閉狀態(tài)，則保持該狀態(tài)。該模式末態(tài)為關(guān)閉狀態(tài)。

圖2 裝置實(shí)物圖

4.鎖門

如門初態(tài)為開(kāi)啟狀態(tài)，無(wú)論使用者站在門的哪一側(cè)，只要被紅外感應(yīng)模塊檢測(cè)到并發(fā)出“鎖門”的指令，則門關(guān)閉，為上鎖狀態(tài)；如門初態(tài)為關(guān)閉狀態(tài)，則直接進(jìn)入上鎖狀態(tài)。該模式末態(tài)為上鎖狀態(tài)。在上鎖狀態(tài)下，除非說(shuō)出密碼或特殊口令，門的其他狀態(tài)均無(wú)效。

5.解鎖口令

解鎖口令只在門處于上鎖狀態(tài)時(shí)有效。無(wú)論使用者站在門的哪一側(cè)，只要被紅外感應(yīng)模塊檢測(cè)到并說(shuō)出預(yù)先設(shè)定的密碼或特殊口令，門開(kāi)啟并保持該狀態(tài)，最終末態(tài)為開(kāi)啟狀態(tài)。

二、配件選用

作品本身的控制邏輯并不復(fù)雜，經(jīng)考慮，使用89C51單片機(jī)就能滿足功能需求。

語(yǔ)音模塊使用的是LD3320非特定人語(yǔ)音識(shí)別模塊，其功能在于能識(shí)別外界語(yǔ)音，分析內(nèi)容，并可通過(guò)引腳輸出信號(hào)，無(wú)需聯(lián)網(wǎng)，可與單片機(jī)配合使用。

紅外感應(yīng)模塊選用的是HCSR501人體感應(yīng)模塊，價(jià)格便宜，效果良好。

此外，還需準(zhǔn)備LED燈和喇叭等配件。

三、創(chuàng)新點(diǎn)

1.將非特定人語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)與紅外感應(yīng)技術(shù)結(jié)合，比傳統(tǒng)家用門更有科技感、體驗(yàn)更好。與現(xiàn)有的室內(nèi)自動(dòng)門相比，操作更簡(jiǎn)單，誤觸發(fā)率更低。

2.在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，增加部分的成本并不高，且容易實(shí)現(xiàn)，能快速投入生產(chǎn)。

3.考慮到人們的使用習(xí)慣，設(shè)計(jì)了幾種不同的模式，可自動(dòng)關(guān)門、常閉常開(kāi)，還可以實(shí)現(xiàn)鎖門和密碼解鎖功能。

四、作者感想

由于項(xiàng)目制作的難度大，我花費(fèi)了許多時(shí)間，也請(qǐng)教了幾位哥哥，翻閱了許多資料。在此過(guò)程中，我受益良多，不僅明白了物理學(xué)的相關(guān)知識(shí)，也明白了失敗的價(jià)值與試驗(yàn)的寶貴。十分感謝我的指導(dǎo)老師和親友能夠一直支持我做自己喜歡做的事。

專家點(diǎn)評(píng)

該項(xiàng)目是一個(gè)典型的創(chuàng)客作品，體現(xiàn)了“創(chuàng)意、物化、分享”這一“創(chuàng)客”精髓。

尤其令人感興趣的有幾點(diǎn)：其一，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷成熟的背景下，作者能針對(duì)智能家居產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)的創(chuàng)意，具有對(duì)新技術(shù)學(xué)習(xí)與應(yīng)用的敏感性；其二，對(duì)作品的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)地了解與構(gòu)思，比如驅(qū)動(dòng)方面和市面上常見(jiàn)的自動(dòng)門相同，扇門通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)連桿控制門的開(kāi)合，移門則通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶控制門在滑軌上移動(dòng)，其結(jié)構(gòu)移植具有合理性；其三，將單片機(jī)、語(yǔ)音模塊、紅外感應(yīng)模塊等技術(shù)手段巧妙組合，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)意設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目的，頗具工程思維與科學(xué)性。

希望能在項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)的提煉方面再下些功夫。