红外智能(精选8篇)
红外智能 篇1
(一) 引言
随着科学技术的不断进步和人民生活水平的提高, 各类家电产品陆续进入各个家庭, 作为家电部件之一的红外遥控器也凸显了其重要性, 目前由于各家电产品的遥控器不能相互兼容, 使得生活中遥控器的数目随家电数量的增多而增多, 使用时易于混淆, 给使用者带来诸多不便。另外若遥控器丢失, 要找到配套的遥控器很困难。目前市场上常见的万能遥控器只能对某几种产品进行控制, 不是真正的“万能”, 对所有家电使用单一遥控器进行分别控制成为必然发展趋势。本文以成本低廉的AT89S52单片机为核心, 设计并实现了一种自学习型智能红外遥控系统。该系统采用测量脉冲宽度的方法, 利用红外线传感器进行信号的采集、分析、存储与转发, 采用硬件法对红外信号进行解调, 使遥控系统具有对信号解码的能力, 实现了遥控的智能化。由于只关心发射信号波形中的高低电平的宽度, 而不管其如何编码, 实现了真正的“万能”。
(二) 红外遥控系统简介
红外遥控器是一种用户可以在几米甚至十几米外就能对各种电器进行操作控制的装置, 具有功能强、微功耗、体积小、成本低等特点。一般的红外遥控系统是由红外遥控编码发送器、载波振荡器、红外遥控信号接收器和编码器及其他外围电路等组成。通用红外遥控器由发射和接收两大部分组成, 应用编/译码专用集成电路芯片进行控制操作。
不同的红外遥控器之间的主要区别在于拥有不同的遥控发射集成芯片和编码的调制方式。经过大量的研究分析发现, 绝大多数的遥控器具有相同的载波频率。
(三) 智能红外遥控微系统的设计及分析
本文所设计的智能遥控微系统具有学习、预存编码、模拟发射编码、显示和欠压指示等功能, 与传统遥控器相比, 增加了接收与信号处理部分, 能将接收到的信号解调, 然后通过测量其脉冲宽度对信号进行解码并存储于EEPROM中供发射指令时调用, 体现了真正的智能和“万能”, 具体组成如框图1所示。
1. 控制器。
单片机最小控制系统是整个软硬件控制系统的核心, 主要包括单片机AT89S52 (内含8K程序存储器) 、12MHZ时钟电路, 开关复位电路。单片机负责接收遥控器的发射码, 找出规律并将其记忆存储, 即完成学习功能, 同时有按键按下时判断键值, 将相应的模拟编码发射出去, 执行遥控功能或实现译码预存功能。
2. 键盘接口电路。
在本系统中键盘作为人机对话的重要组成部分, 用户可以对键盘进行自定义以符合个性的要求。系统扩展了32只按键, 有学习键、确定键、预存键、音量键、定时键等功能键, 基本可以满足所有电器的功能要求。学习时先按下学习键, 然后将家用电器设备自带的遥控器对准智能遥控系统接收头, 再按下要学习的相应功能键, 该键即被定义为对应功能, 按下此键后可验证正确与否。编码预存时按下预存键, 再按数字增减键可将相应编码进行存储。经学习或预存后, 各功能键即可代替诸多遥控器实施遥控。
系统采用8155接口芯片构成8*4键盘接口电路, 其中A口为输出, 作为行线;C口为输入线, 作为列线。系统采用行扫描法进行键盘扫描。
3. 存储器接口。
系统采用两种存储器, 一种利用程序存储器2864可电擦除特性;一种直接扩展一片静态RAM6264。当使用6264时只要设置相应的跳线即可。因2864和6264完全兼容, 如果需要高速通信, 可以应用双口RAM实现。系统在使用6264作为数据存储器时必须为之配备一组掉电保护电路, 采用6264的CE2脚可以实现这一功能。通常正常工作时应保持高电平, 当把该引脚拉至小于或等于0.2V时RAM进入保护状态, 可利用CE2引脚进行掉电保护。
4. 红外接收与解码电路。
红外遥控系统采用SM0038接收器件, 其输出可以直接由微处理器解码。本电路的主要特点是体积小、可靠性好、抗干扰能力强, 并可以防止非控制信号的输出脉冲出现。在实际使用过程中由于微处理器的不同, 建议最好用一级传输门电路进行缓冲作为MCU的中断信号。所有红外遥控器的输出都是用编码后串行数据对38~40kHz的方波进行脉冲幅度调制而产生的, 如果直接对已调波进行测量会产生很大的误差, 因此先要对已调波进行解调, 然后对解调后的波形进行测量。红外接收头解调出的遥控编码脉冲直接连入AT89S52单片机的INT0, 定时器T0和T1都初始化为定时器工作方式1, T0的GATE位置位。每次外部中断首先停止定时, 记录T0, 、T1的计数值, 然后将T0、T1计数值清零, 并重新启动定时, T0的值即为高电平脉宽, T1-T0的值为低电平脉宽。红外发射电路采用遥控脉冲信号调制38KHz方波, 然后将已调波放大, 驱动红外发光二极管, 就可以得到遥控发射信号。调制用一个与门实现, 38KHz用AT89S52的定时器T1产生。
5. LCD显示电路。
系统采用字符型液晶显示模块1602型, 其特点就是RS信号和R/W信号可以同步操作, 关键控制信号是E信号。本系统采用间接控制方法, 以AT89S52的P1口和P3口接口为并行接口与字符型液晶显示模块连接。
(四) 软件设计
1. 红外遥控信号的自学习。
红外遥控信号编码、发射原理是红外遥控器将遥控信号 (二进制脉冲码) 调制在38KHz的载波上, 经缓冲放大后送至红外发光二极管, 转化为红外信号发射出去的。二进制脉冲码的形式有多种, 其中最为常用的是PWM码 (脉冲宽度调制码) 和PPM码 (脉冲位置调制码) , 本系统采用PPM码。遥控信号的解码过程应是去除38/40KHz载波信号后识别出二进制脉冲码中的0和1。遥控信号识别、存储、还原的硬件电路由单片机AT89S52、一体化红外接收头、存储器、还原调制与红外发光管驱动电路组成。
2. 软件流程。
单片机上电复位后, 首先对其内部定时器、进行初始化, 然后监测键盘, 是否有键按下, 当学习键按下后, 进入自学习状态时, 采用定时器定时、软件计数的方法, 测量INT0引脚上输入脉冲的高、低电平的宽度。INT0引脚平时为高电平, 当接收到红外遥控信号时, 由于一体化红外接收头的反向作用, INT0引脚下跳至低电平, 此为引导码。将测得的高低电平的宽度保存在存储器中, 并将每次测得的低电平的宽度与引导码低电平宽度比较, 若相等则表示一遥控命令码识别、存储 (自学习) 结束。再次监测P3口该引脚, 若学习键没有按下则退出自学习状态, 进入工作状态。否则, 进一步自学习下一红外遥控命令码。部分软件流程图如下所示:图2为总流程图。图3红外接收中断服务程序流程图, 完成信号高低电平测量工作, 保存信号于外存储器中。由于篇幅有限, 其他图略。
(五) 功能测试
1. 硬件测试:
(1) 线路图正确性测试:按原理图的接线采用数字万用表测试通断档测试由厂商制作的线路板接线是否有接线错误。 (2) 信号完整性分析 (Signal integrity) :包括阻抗限制、上升/下降沿过冲、下降沿/上升沿延迟时间、信号下降/上升时间、下降沿/上升沿振铃等。
2. 软件测试:
(1) 检查语法错误。 (2) 数据结构错误。 (3) 响应外部信号逻辑错误。
3. 软硬件综合测试:
包括接收、存储、转发数据测试, 键盘测试, 显示测试, 微处理器ALE及复位电路等测试。转发数据测试程序如下:
(六) 结束语
单片机代替编码芯片的思路简化了硬件, 降低了成本。该系统软件采用模块化、状态转移控制思想, 结构清晰, 逻辑功能较强;采用了一系列软、硬件抗干扰措施, 提高了整个系统的可靠性;采用软件节能控制方法, 使系统用电降到最小功耗状态。利用该系统对电视机、空调、VCD、功放等几种常见家用电器进行了实际测试, 均实现了准确的接收和转发, 且操作简单方便, 达到了自学习智能遥控功能, 实现了真正的“万能”。
摘要:文章提出以单片机AT89S52为核心的智能红外遥控微系统的设计方案。系统采用测量脉冲宽度的原理, 利用红外线传感器进行信号的采集、分析、存储与转发, 采用硬件法对红外信号进行解调, 实现了真正的自学习智能遥控功能。同时, 系统采用了一系列软、硬件抗干扰措施提高整个系统的可靠性, 适用于大多数电子产品的控制。
关键词:单片机,硬件解码,红外遥控,抗干扰
参考文献
[1]芦健, 等.自学习型智能红外遥控器设计口[J].国外电子测量技术, 2006, 25 (8) :63-66.
[2]吴鹏, 许雪梅, 黄帅, 等.基于AT89S52的智能遥控设计[J].液晶与显示, 2009, 24 (1) :87-91.
[3]安颖, 刘丽娜.具有学习功能的智能遥控器[J].微计算机信息, 2005, 21 (3) :23-26.
[4]李迟生.智能遥控器的设计[J].电子技术应用, 1997, (3) :38-40.
[5]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:清华大学出版社, 2001.
红外智能 篇2
项目概述
行业背景:物联网组成了是新一代信息技术的重要部分。物联网就是物物相连的互联网,将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间,进行信息交换和通信。即建立在互联网基础上的,实现物与物之间进行信息交流和通信的网络。
物联网通过智能感知、识别技术、云技术、广泛应用于网络的融合中,也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是基于互联网发展的应用拓展,应用创新是发展的关键。安全运行是智能互联系统得以发挥作用的保障。
国家政策:2013年9月,国家发改委、工业和信息化部、科技部三部委联合印发了《物联网发展专项行动计划》。明确将智能家居作为战略性新兴产业来培育发展,将智能家居列入9大重点领域应用示范工程中。(详见发布的《物联网发展专项行动计划》,9大应用领域分别是工业、农业、运输流通、生态环境、交通管理、安全生产、公共安全、城市基础设施管理、智能家居等领域)。
市场背景:目前智能家居应用范围及功能分析。
智能灯光、插座控制。通过多种方式,如手动、遥控、平板电脑、智能手机、个人电脑、定时等方式对灯光插座进行单开、单关、全开、全关以及情景控制。
智能安防监控。实时监控一一通过平板电脑、智能手机实时显示摄像机视频监控画面;将监控视频数据存储在SD卡上;
场景定时。把设置好的场景模式进行定时开启与关闭,让其自动运行。
场景控制。将灯光、窗帘、空调和其它家用电器的若干个设备任意组合,形成场景模式,一键启动,一键关闭。
智慧健康。支持血压计、人体秤、脂肪秤的数据采集、自动生成报表、智能健康诊断、健康建议等功能,报表内容包括体重、脂肪率、水分率、肌肉量、脂肪等级、血压、脉搏。让你远在天边也能及时、随时地关注家中老人的身体健康状况。
综合起来就是三个方面:第一是实现简单的家电控制;第二是安防监控。随着社会的发展,安防是老百姓的刚需;第三是家庭健康监护的产品。
产品思考:智能设备作为职能家具的一部分,每个智能家电或者设备终端拥有各自的智能化功能是,这就需要一个智能家居的中控系统将各个智能家电集成到一个平台上面。需要有一个兼容性强、安全稳定,方便使用的智能家居系统。
产品简介
产品设计思路:随着智能化的应用与发展,生活中逐渐出现了很多实用且方便的智能化系统。现代社会,
移动与无线通信发展迅速。通过研究,我们把红外遥控控制技术、智能路由器和GSM短信功能应用于我们的家庭中,制作一个通过普通遥控器实现近程控制、无线路由器的链接和短信发送实现远程控制的智能系统。
产品创新点:基于GSM网络的智能家居系统采用GSM模块进行短信息提醒,解决了发生问题,用户设备无移动通信链接时无法接受信息的问题。
智能路由器实现用户调控,以单片机为控制核心,进行信息反馈和远程控制,实现了远程报警、远程遥控等功能。更加方便以及可视化。
系统工作原理:图1为智能家居系统的工作原理图。系统在正常工作时处于监控状态,如果传感器检测到异常信号,单片机通过从不同传感器接收到的信号同预先存储在ROM中的数据信息进行对比,判断出异常的问题(如盗窃、火警、煤气等)时,确定发生警情,然后提示信号由串口传送给GSM模块,最后将提示短信发送给用户。或者几秒钟后,用户的手机上就可以接收到报警短信,提醒用户采取措施。另外用户可通过移动端网页,智能路由模块接收,经单片机解码后,驱动系统中的电器控制电路去控制相应的家电,从而实现远程控制电器工作的目的。
系统的主要功能
家电控制功能:接收用户发送来的控制命令,实现短信的译码功能,智能路由器直接控制智能设备实现不同家电工作及停止功能。
自动报警功能:当用户住宅出现异常情况时,系统会自动发送报警短信给预先设定手机号码的用户,按照设定频率发送提示,直至解决问题为止。系统提供备用充电电池,在断电时可继续工作,可以防止部分不法分子利用断电进行盗窃,克服了停电时不能报警等缺点。
主要功能模块
单片机控制模块。系统的控制器选用STC89C54RD+单片机。选用具有低功耗、存储容量大、运行稳定、价格便宜等特点8的位STC89C54RD+单片机。其支持的最高时钟为80MHz.内部包括程序存储器ROM、1kB的数据存储器、16kB的Flash程序存储器ROM、1kB的数据存储器RAM,具有ISP在线编程功能,可节省购买编程器的额外投入,大大减少了开发复杂度。2.2GSM模块
本系统设计使用是可以快速安全地实现数据、语音的传输、短信息服务(sMS)和传真等功能的GSM模块。是Siemens公司的TC35I.TC35I是Siemens公司推出的新一代无线通讯模块,可以工作在GSM 900 kHz和1800kHz两个频段,RS232数据口符合ETSI标准GSM0707和GSM0705。通过独特的40引脚的ZIF连接器,实現电源连接、指令、数据、语音信号及控制信号的双向传输;TC35I模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六个部分组成。TC35I构成框图如图2所示。通过ZIF连接器及50 n天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线。该模块向用户提供标准的AT命令接口,为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输,方便用户的应用开发及设计。
传感器模块。本系统传感器模块由一组功能不同的传感器构成,用于各种异常情况监测。
a.防盗窃使用红外线反射型传感器,将红外线反射型传感器安装在通道的位置或门窗的两侧,当有人进入时红外线反射型传感器就会检测出来,检测信号通过转换电路转换成低电平,然后送去给单片机,单片机对应引脚检测到送来低电平后就会启动防盗报警系统工作。endprint
b.燃气传感器使用金属氧化物半导体传感器(或称MOS)。MOS也可以用来检测毒性水平。它由一个金属氧化物半导体的传感器件(如氧化物Sn02)构成。在新鲜空气条件下,它的电导较小,而一旦接触还原性气体或者易燃易爆气体,电导会增加,引发检测电路电平跳变从而启动报警系统工作。
c.防火使用离子式烟雾传感(SS-668),通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范。烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感,当一定量烟雾进入烟雾传感器的反应腔,引起电路电平变化。离子式烟雾传感器是一种技术先进,工作稳定可靠的传感器,为火灾预防和早期发现提供帮助。
硬件接口电路设计。本系统硬件接口电路主要由单片机与GSM模块的接口电路和系统安防电路及控制电路构成。单片机与TC35I的连接图如图3所示,TC35I的数据接口采用串行异步收发,符合ITU-TRS-232接口电路标准,工作在CMOS电平(2.65v)。数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位,可以在300-115×103bps的波特率下运行。由于数据通信电路中TC35I数据接口工作在CMOS电平,而STC单片机工作在TTL电平,工作电压范围一般比TC35I宽,故应在单片机和TC35I之间加电平转换电路。本设计使用TI公司的MAX232芯片为核心,实现电平转换及串口通信功能。
系统软件的设计。系统的软件设计采用c语言编写,系統安防主程序及中断程序流程图如图5所示。系统首先对单片机的串口、中断和TC35I短信模块初始化,STC单片机不断对传感器接口电路的I/O口循环进行检测,当检测到有传感器的开关量变化时,则说明报警信息产生,开中断进入中断处理子程序。
中断处理子程序完成对相应防盗、防火、防煤气泄漏等事件的短信息发送。利用STC单片机通过UART串口向GSM模块发送一系列AT指令,就能实现基于GSM的短信息的收发、查寻和管理。
红外线防雷智能开关插座 篇3
1智能插座用材及功能
制作智能插座所需材料有PCB板、按键 (开关) 、集成电路、继电器、红外线探头、突波吸收器等。为了使智能插座在雷雨天气时起到自动断电作用, 采用双继电器、双线控制, 一条控制光线和人体感应, 一条控制雷击感应, 利用突波吸收器吸收雷雨天气产生的过电压及控制断电。这样就起到了双重断电作用, 更好地保证家用电器的待机零功率和不受雷电击伤烧毁。
智能插座在周围有人时保持通电, 能很好地保证家用电器的正常工作, 在感应不到有人活动20 min后, 自动切断电源, 实现了家用电器的待机零功率。
2使用说明 (以其一般功能为例)
(1) 手动开启。将智能插座接入220 V电压电源, 按住按键2 s, 红色指示灯点亮, 同时可听见继电器开启声音, 即开启智能插座, 此时插座可满足2 500 W以下用电器用电。
(2) 手动关闭。在智能插座开启期间, 可随时手动关闭其输出, 按住按键5s即可关闭, 关闭时可听见继电器动作声音。
(3) 自动关闭功能。 (1) 白天手动开启智能插座, 1min后感光元件会自动识别到此时为白天状态, 到夜晚时智能插座会自动识别光线强度, 当光线暗到其关闭值, 且室内无人活动时, 感光元件自动识别并延迟5min关闭输出, 以达到智能节电的目的。 (2) 夜晚手动开启智能插座, 1 min后感光元件会自动识别到此时为夜晚状态, 直到第二天白天时智能插座会自动识别光线强度, 白天智能插座不会自动关闭, 当到第二天夜晚时, 感光元件自动识别并延迟5 min关闭输出, 红色LED熄灭, 达到智能节电的目的。
(4) 为防止智能插座误开或误关, 特设定按键延时功能, 按住2 s打开, 按住5 s关闭, 光敏电阻检测也设定延时5 min检测, 必须在暗值达到后5 min, 且室内无人活动时智能插座才会自动关闭, 以免光线不稳定时引起误判。
(5) 注意事项。安装时勿带电操作, 等安装好后再加电;不可超功率范围使用;装置只适用于室内环境, 不可在户外恶劣环境下使用。
智能手机蓝牙转红外抄表的应用 篇4
关键词:蓝牙,远红外,智能手机,Android,抄表
1、引言
目前, 在我国的电力、燃气、自来水行业, 大部分仍然采用无线远程集抄和手持抄表机的人工抄表模式, 随着手机设备和通讯技术的不断发展, 近几年国内出现了手机抄表系统, 一般基于WINCE操作系统, 这种手机抄表系统实际上是人工抄表、手工录入到手机中、再通过GPRS上传到主台系统, 这种方式实现抄表的系统是纯软件的系统, 并没有实现真正意义上的硬件自动抄表。本研究提供一种用于电能表的智能手机蓝牙红外抄表的系统方法, 该方法使用现有市面上普通的智能手机实现对电能表的抄读和设置, 消除了必须用专用手抄器设备才能对表计进行抄读和设置的传统观念;同时开发出的手机软件能够在各种相同手机操作系统的手机上使用。能为电力企业带来最直接的效果降低企业的经营成本, 而且方便简洁, 不仅从界面美观上, 还从易用性方面都大大高于原有的手持掌机。
2、蓝牙通信介绍
蓝牙 (Bluetooth) 是由东芝、爱立信、IBM、Intel和诺基亚于1998年5月共同提出的近距离无线数字通信的技术标准。它最初的目标是取代理有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有结电缆连接, 实现最高数据传输速度1Mb/s (有效传输速度为721kb/s) 、最大传输距离为10米, 用户不必经过申请便可利用2.4GHz的ISM (工业、科学、医学) 频带, 在其上设立79个带宽为1MHz的信道, 用每秒钟切换1600次的频率、滚齿方式的频谱扩散技术来实现电波的收发。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术, 能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信。
自从1998年由以上公司共同提出蓝牙通信标准以后, 各大公司都加大了对蓝牙的投资力度, 蓝牙兴趣小组不断壮大, 通过蓝牙认证的产品也越来越多, 各类测试设备也日趋成熟。从目前的应用来看, 蓝牙的最大优点是体积小、功率低、无线、低成本和自动化, 还可通过其他方式无线缆传输数据, 包括“红外线通信”, 因此其应用已不局限于计算机外设, 几乎可以被集成到任何数字设备中。
3、红外线通信介绍
红外线是波长在750nm至1mm之间的电磁波, 它的频率高于微波而低于可见光, 是一种人的眼睛看不到的光线。由于红外线的波长较短, 对障碍物的衍射能力差, 所以更适合应用在需要短距离无线通讯的场合, 进行点对点的直线数据传输
表计红外是以传统红外通信的原理制作的, 利用波长为900nm~1000nm的红外波作为信息的载体, 发射装置把二进制信号经过38.4KHZ高频调制后发送出去, 接收装置把接收的红外高频信号进行解调为原来信息的一种通信传输方式。其中调制方式是为脉时调制 (通过改变脉冲串之间时间间隔调制信号PPM) 。
4、智能手机Android操作系统
目前, 智能手机主要有五大操作系统, 分别为:诺基亚的Symbian平台、微软的Windows Mobile平台、Linux平台、谷歌的Android平台, 以及苹果iPhone的Mac平台。2008年6月诺基亚收购了Symbian之后, 手机厂商、芯片厂商、运营商都将目标锁定在开源操作系统, 手机操作平台之间的竞争也愈演愈烈。
Symbian不开放核心代码, Linux由计算机的Linux操作系统演变而来, 开放源代码, 但有一些先天不足, i Phone应用程序要经过苹果的批准才可以在应用商店中销售, 微软的Windows Mobile操作系统要收取手机厂商8-15美元的软件使用费, 而且还有一个致命的缺陷, 就是运行速度和人性化操作都不理想。
谷歌的Android手机操作系统是基于Linux的开源手机平台, 由操作系统、中间件、用户界面、应用软件组成, 是第一个完全定制、免费、开放的手机平台, 使用Java语言开发且支持多种硬件设备。Android平台在系统框架上采用独到设计, 在整体规划上考量了相当广的层面, 系统开发建构, 个人/第三方开发软件, 从系统平台到实际应用都开放。在第三方软件开发方面, Android计划除了制定系统架构外, 还针对这个平台提供了完善的软件开发工具与环境, 在IDE上采用了开放式开发平台Eclipse, 在该IDE上建构了Android专属的plugin。另外还以自由软件QEMU为基础提供了Android平台专属的Emulator, 让个人/第三方软件商迅速开发软件, 无需依靠实际硬件开发软件。
5、方案详述
本论文提供一种用于电能表的智能手机蓝牙红外抄表的系统方法, 该方法使用现有市面上普通的Android智能手机实现对电能表的抄读和设置。
本方案提供的这种用于电能表的智能手机蓝牙红外抄表方法, 包括蓝牙转红外模块、智能手机抄表单元两个部分。其中蓝牙转红外模块由蓝牙转串口、然后串口转红外组成, 波特率可根据电能表情况进行调节;智能手机抄表单元采用手机智能操作系统, 与蓝牙转红外模块间采用蓝牙进行通讯, 共同完成对电能表的抄读和设置。本发明能替代原有的手持抄表单元。
5.1 智能手机抄表单元完成对电能表的抄读和设置过程
(1) 由智能手机抄表单元根据抄读或设置内容组织数据帧; (2) 智能手机抄表单元将组织好的数据帧通过蓝牙通道发送给蓝牙转红外模块; (3) 蓝牙转红外模块将接收过来的数据按照电能表的波特率以红外方式发送给电能表; (4) 电能表接收到蓝牙转红外模块传过来的数据, 进行处理后返回数据帧通过红外发送给蓝牙转红外模块; (5) 蓝牙转红外模块将电能表返回的数据帧通过蓝牙转发给智能手机抄表单元进行处理。
5.2 技术方案图
5.3 蓝牙转红外模块
蓝牙转红外模块是电能表与智能手机之间的通信桥梁, 能够将智能手机传过来的蓝牙信号转换为电能表识别的红外信号, 同时也能将电能表传过来的红外信号转换为智能手机能识别的蓝牙信号。
该模块采用蓝牙转串口, 再由串口转红外的方法, 其串口波特率可以根据电能表的需求情况通过AT命令进行修改。该模块为手机抄读和设置电能表的关键设备。
蓝牙转红外模块, 包括弱电主供电回路、蓝牙模块电路、红外接收电路、红外发送电路。
模块功能图如下:
红外发送电路和红外接收电路完成与电能表之间的信息交互, 通过红外信号对电能表进行645等多种协议操作。
蓝牙模块电路为本模块的核心, 它提供对外的蓝牙连接通道, 支持蓝牙串行协议 (Bluetooth Serial Port Profile) 服务, 完成将蓝牙信息转换为串口信息。该模块可以通过AT命令实现对串口参数 (波特率、校验位、停止位) 、蓝牙主被方式、连接密码等进行设置。
蓝牙模块电路采用BTM0704C2P蓝牙内嵌模块, 有效距离为10米, 实现协议包括LM、LC、L2cap、SDP、RFCOMM, 支持蓝牙串行协议 (Bluetooth Serial Port Profile) 服务, 兼容蓝牙2.1+EDR规范。该模块可以通过AT命令实现对串口参数 (波特率、校验位、停止位) 、蓝牙主被方式、连接密码等进行设置。
弱电主供电回路提供给蓝牙模块电路、红外接收电路和红外发送电路所需要的弱电供电, 弱电主供电回路中的电源管理芯片采用的是超低功耗DC-DC芯片S-812C33BMC, 使之产生3.3V电压给系统供电。红外发送调制时钟采用74HC00和电阻电容组成的38KHz振荡电路。红外接收头采用HM338/IRM38BL接收管, 红外发送管采用AT203。
5.4 手机抄表软件说明
手机抄表单元就是安装了手机抄表软件程序的智能手机, 手机抄表软件采用Android系统进行研发, 软件包括三个大的功能:建立通信通道、表计抄读和设置、数据后期处理。
目前智能手机基本上都带有蓝牙功能, 手机抄表软件首先开启蓝牙、使用手机自带的蓝牙功能与蓝牙转串口模块完成蓝牙配对, 这样就建立了与蓝牙转串口模块的通讯通道, 然后根据表计的协议生成不同的指令流、将指令流下发到蓝牙转串口模块并接收返回的数据流, 最后软件还可以对抄读和设置日志数据进行查询统计或者上传到服务器等。
5.4.1 手机抄表软件功能图如下:
5.4.2 手机抄表软件使用说明
(1) 连接蓝牙。选择连接蓝牙图标, 在弹出窗口中扫描蓝牙设备, 并进行连接。
(2) 抄读。首先选择抄读方案, 手工输入表地址或者自动识别表地址, 点击方案中的一项或按方案自动抄读。
(3) 查询。点击抄读查询或设置查询可以查询设置的内容或查询的内容。
(4) 数据上传。点击数据上传图标上传抄读和设置数据。
6、结语
由于采取通用的智能手机平台, 不依赖硬件设备, 不需要定制产品, 只要是采用相同的手机操作系统程序代码就可以通用;
只需要额外加一个蓝牙转串口模块就可以实现对电能表的抄读和设置, 而且该模块不依赖手机产品, 也是一个很通用化的产品;
智能手机平台在编程工具方面都具有很好的扩展性, 故本发明在功能上扩展性强;智能手机平台在通信通道上有较强的延伸性, 故能够依靠本特点搭建很好的解决方案, 如和主台系统进行数据通信等。
参考文献
[1]公磊, 周聪.基于Android的移动终端应用程序开发与研究.南昌大学信息工程学院, 江西南昌:330031.
[2]姚昱昱, 刘卫国.Android的架构与应用开发研究《.计算机系统应用》, 2008第11期.
[3]韩超, 梁泉.Android系统级深入开发——移植与调试.电子工业出版社, 2011年02月.
[4]宋俊德, 蓝牙核心技术.机械工业出版社, 2001.9.
[5]严紫建, 刘元安.现代移动通信应用技术丛书:蓝牙技术.北京邮电大学出版社, 2001.12.
一种红外智能诊断分析系统的设计 篇5
利用红外热成像技术对电力设备进行有效的监测, 可使设备事故率、人工劳动力大大减少, 提高系统的安全性和稳定性。随着网络技术的不断发展, 红外热成像技术结合计算机网络、通信技术而形成的电力设备监控系统在电力领域得到迅速推广, 使检修人员能够对电力电气设备进行准确、直观、快速的检测维修, 这对于提高电气设备的可靠性与有效性, 提高电力部门运行经济效益, 降低设备维修成本都具有重要的意义。
目前, 国内红外测温技术的应用主要针对固定设备进行检测, 管理系统基于特定的应用场合, 多为C/S结构实现模式, 这种结构缺少灵活性, 不能较好适应当今电力系统的快速发展。现有的红外电力设备红外图像管理系统, 对设备进行红外分析时, 没有侧重于红外图像的可视化显示及温度信息读取, 缺少对隐患设备的多样化分析。
为了提高复杂环境下变电站巡检系统的实用性、安全性与智能性, 设计一种基于红外测温技术的电力变压器过热故障移动监测系统。该系统利用电力系统现有网络结构进行数据传输, 系统自动关联设备的热源因素, 能通过采集的温度数据智能显示设备的实时运行状况, 从而能全面反馈变电设备的运行状态信息。系统具有信息管理、历史温度数据分析等功能, 能在线智能生成电气设备红外监测报告。该系统能利用现有设备管理系统, 对变电站设备实施分类管理, 方便变电站的规范化管理。
1 红外故障热源获取
1.1 温度二维数组矩阵信号获取
对于温度异常点的热源捕捉是用红外镜头对故障热源点进行扫描, 基于ARM+FPGA的硬件处理平台, 对红外探测器接收到热源辐射出来的近红外线进行能量转化。
温度二维数组矩阵信号捕捉原理如图1所示。主要由信号采集模块、处理模块和控制模块组成。信号采集模块接收物体发出的红外热辐射并将其转换成电信号, 内部的高速A/D变换将探测器的输出信号放大并转换成数字信号, 外接SRAM和FLASH用于算法数据和FPGA配置程序的存放;FPGA用于配置程序的存放, FPGA为采集模块的传感器提供时序信号和地址加载等, 同时通过双口RAM和ARM控制模块实现实时通信;控制模块主要是把处理模块处理后的数据读入作进一步处理。
1.2 二维数组编码
对于采集端得到的二维数组温度数据, 通过编码的形式将其编码为红外热图像, 对发生异常故障设备的具体部位监测, 对编码后的红外视频流压缩后推送至后台并对设备的异常部位进行分析。主要运用灰度级-彩色映射函数变换法对图像进行编码:
灰度级-彩色映射函数曲线如图2所示, 编码流程如图3所示。
1.3 红外视频流推送
3G无线网络通信通过Socket方式实现, 运用其面向连接的TCP方式。系统检测中心端与监测终端之间的通信采用C/S模式。
客户端与服务器通信的具体流程:
(1) 调用Socket () 函数来生成一个套接字描述符。
(2) 创建一个套接字成功后, 调用Connect () 函数与远程服务器建立连接。
(3) 连接建立后, 调用Send () 函数向服务器端发送命令或数据请求, 在参数中制定发送缓冲区地址和长度。
(4) 发送请求后, 继续调用Receive () 函数读取服务器的数据应答。
(5) 关闭套接字, 撤销连接。
2 后台红外热图分析规则算法的研究
2.1 分析规则算法
(1) 规则一:判断测试环境温、湿度是否满足实验条件。具体内容:环境温度一般不低于5℃, 空气相对湿度不大于80%。诊断数据来源:温湿度传感器测试值。
(2) 规则二:表面温度判断法, 如表1所示, 主要适用于电流致热型和电磁效应引起发热的设备。诊断数据来源:单一设备或部件红外测温数据、温度数据。
注:温升为被测设备表面温度和环境温度参照体表面温度之差。
(3) 规则三:同类比较判断法, 对同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行比较分析, 可应用于电压致热和电流致热型设备, 如表2所示。诊断数据来源:多个设备或部件红外测温数据。
注:温差为不同被测设备或同一被测设备不同部位之间的温度差。
(4) 规则四:相对温差判断法, 如表3所示, 主要适用于电流致热型设备, 特别是对小负荷电流致热型设备, 采用相对温差判断法可降低小负荷缺陷的漏判率。
注:相对温差为两个对应测点之间的温差与其中较热点的温升之比的百分数。
(5) 规则五:档案分析判断法, 分析同一设备不同时期的温度场分布, 找出设备致热参数的变化, 判断设备是否正常, 如表4所示。
(6) 规则六:实时分析判断法, 在一段时间内使用红外热像仪连续检测某被测设备, 观察设备温度随负载、时间等因素变化。
设曲线模型近似为 (需要在大量样本数据中去验证) :
式中, T指正常设备表面温度值;T环为环境温度;I为设备的电流值;K1, K2为近似常量系数, 通过选取2个数据点可以计算出K1, K2。实时分析判断法曲线模型如图4所示。
该曲线也可以根据大量样本数据, 通过分段函数进行描绘。
2.2 分析报警阀值设定规则
分析报警阀值设定规则:
(1) 差值固定:
差值由人工手动输入, 一般是经验估值;T可通过设备的温度与电流关系曲线得出。
(2) 差值分段:
(3) 差值曲线:
式中, f2 (I) =T0-K1/I2, 模型是否正确, 需要实验验证。差值曲线模型如图5所示。
分析流程:通过检测车测得设备测量温度值T测;将关联的设备电流值I, 环境温度值T环代入T=K1T环+K2I2计算出当前电流下设备正常温度值T;根据阀值设定规则, 求得F;根据T测与F的比较, 判断是否报警。
2.3 红外温度与变电站电流的实时关联
由于变电站的红外设备温度会随着设备的负载和环境温度变化而变化, 为了获悉设备准确的运行情况, 将设备的实时电流、电压与温湿度等重要因素关联到相应的分析算法中, 实现设备的实时准确性监控。
3 结语
设计一种红外智能诊断监测与分析系统, 系统能自动关联设备的电流、电压与环境温湿度等重要因素, 通过对变电站发热模型的理论计算, 热源分析与热传导机制分析, 结合后台红外热图诊断分析规则算法, 能对变电站设备红外故障进行智能化热源捕捉。
摘要:设计一种红外智能诊断分析系统, 通过红外热源分析、模数转换、红外图像编码、无线传输以及故障分析算法等先进技术对变电站异常设备进行智能监测与故障分析诊断, 从而快速准确地找出故障点, 实现电力设备的远程智能式监控。
红外智能 篇6
关键词:红外感应,声控,智能化,走廊灯,节能
0 引言
当今时代的主题之一就是低碳、节能和环保, 从目前我国的社会现状来看, 尽管人们已经具有了一定的节能意识, 但是技术手段和步伐并未同步跟进, 很多公共场所的照明灯、走廊灯处于无人看管状态, 导致了电能过度消耗和浪费, 而已经采用的部分声控装置和光控装置本身也存在着很多的弊端, 智能控制程度不高, 难以实现灯光照明的启动与人同步, 因此如何从声控和红外感应的双重角度出发, 对现有的灯光控制和电路系统进行改进, 是我们目前需要开展的一项重要技术工作。本文所设计的走廊灯一方面要提高灵敏度、加强对人的感应程度, 即实现技术设计与人的活动更紧密的结合, 提高便利性和实用性;另一方面要尽量使电路设计简单易行, 降低成本, 且同时降低反复启动声音控制系统的噪音污染。主要实现当走廊内远距离有人出现的时候, 声音控制短时启动, 而当人体进入走廊内部的时候, 红外感应系统开始发挥作用, 从而避免走廊内反复发出声音时灯光重复启动, 更好地提高声控感应系统的人性化、智能化程度。
本文第一部分介绍了红外声控电路中的基本元器件及其功能, 第二部分详细阐述了红外声控电路系统的电路设计和工作原理, 第三部分对电路系统的物理实现、注意事项和出现问题的应对措施进行了介绍, 并具体分析了这种声光控电路开关的实用性。
1 系统基本组成结构及原理
1.1 红外感应系统的结构与原理
1.1.1 光敏电阻的原理与功能
光敏电阻能够在光照变化的条件下发生电阻值的改变, 与光线的强弱呈反比关系。光敏电阻器在电路中的应用, 能够使电路有效地感应外界的亮度。
1.1.2 红外被动感应的作用原理
在红外感应元件中, 探测到温度的变化会引起内部电流发生相应改变。当人体处在红外探测区域覆盖的范围时, 人体热辐射会被光能装置感应, 并将这种探测温度变化为电流, 使得电路系统能够及时地启动。在电路设计中, 我们希望实现人体进入感应区域即自动启动, 并持续保持电路连接, 而人体离开以后, 开关经延时后自动关闭。
红外热传感器原理如图1所示:两个探测元可以放置在走廊的两个方向上, 不论人从哪个方向走近走廊都可以被感知。D、G极间要接12V的外接电源, S端为感应信号输出端。
1.2 声控系统的结构与作用
灯光的声控系统是利用声音产生的振动触发声控系统中的感应装置, 并且在放大电流信号的基础上实现对灯光开关的控制。驻极体话筒在声控系统中具有最普遍的应用, 它的优势在于制作简单、体积小、性能稳定等。驻极体话筒由两个极面构成, 其中一面是单向金属薄片, 另外一面是设计有一些孔洞的背电极面, 两个极面之间有一定的距离, 使两极之间形成了电容结构。当有声音产生时, 声波就会带动极面产生振动从而改变两极面之间的距离, 电容随之改变, 通过电流信号的变化和输出, 实现了从声音的接收到电流的整体过程。
1.3 信号延时系统的设计与意义
信号延时系统的目的在于延长触发信号持续时间。在信号延时工作系统中, RC延时回路是核心部件, 其作用在于当它受到光、声音等转换来的电流脉冲作用时, 不会立刻发生状态的转换。
1.4 信号综合处理的协调配置结构
从红外声光控灯的整体系统来看, 要实现我们所提出的设计目标, 就必须合理地配置声控装置与红外光感应装置, 我们可以采用层级结构对这一系统进行描述, 形成一个接收———反应———输出的完整电路链条。系统整体作用效果如图2所示。
2 系统具体电路设计及工作原理
2.1 系统电路控制逻辑原理图
如图3所示, 设定A代表光控信号, 有光照时逻辑A=0, 无光照时A=1;B代表声控信号, 有适当大小声音时B=0, 无有效声音时B=1;C1和C2代表接收到的红外感应信号, 有红外感应信号时C1=1或C2=1;Y表示输出信号, 走廊灯亮时Y=1, 走廊灯不亮时Y=0。
真值表界定如表1所示:
2.2 系统具体电路设计与原理分析
智能红外声控走廊灯控制系统的整体电路如图4所示:该电路分为低压控制电路和高电压工作电路部分, 通过低电压控制电磁继电器, 从而间接控制高电压工作电路。
原理分析:
1) 电源部分:利用一个开关控制的+6V直流电源, 并联一个100μF的电容C1, 用以改善电源的性能, 在电池长时间使用后, 电压降低, C1电容可以有效地使声控放大电路发挥更好的作用。
2) 声控部分:声控部分使用了小型驻极体话筒, 在驻极体话筒之后接一个三极管起到电流放大作用。三极管的C极连接可变电阻W, 调节这个电阻使C极的起始电压处在比与非门电路1A输入阀值略高一点的电位。由于两个输入端都是高电位, 所以输出端是低电位。当外界有一定声响, C极电位下降, 与非门输出端变为高电位;声响消失, 输出端又回复到低电位。
3) 光控部分:光控部分在图中用光电三极管来表示, 当环境中有光照时, 光电三极管输出电流, 此时C极处于高电位;没有光照时, C极处于低电位。此时该电位与声控电路中输出的低电位共同作用在与或门上, 其输出为高电位。
4) 热释电红外控制:在电路图中同样使用光电三极管来表示。为了防止自身散热对实验的影响, 在实际电路制作中, 可将两个极性相反的电容串联, 串联后的电路可以接收来自两个方向上的红外辐射, 可以有效地增强其接收角度。当其中任意一个红外传感器接收到红外信号之后, 与之连接的二极管即输出高电位。
5) 延时控制:当走廊灯亮时, 输出Y=1, 电容器C2下端的电位为低电平, 但它是不能持久的, 因为其连接电阻R7, R7的上端连接电源正极, 是高电位, 它将会把下端电压缓慢抬高, 当电位达到和超过阈值时, 进行反转, 输出为低电位, 从而达到延时功能;如果没有C2 (47μF) , 下端的低电位可以很快上升, 电容使上升过程变慢, 这就是电路延时功能。
6) 电磁继电器:当其输出电位为高电位时, 有电流流过电磁继电器, 从而使得电磁铁产生磁性, 将开关吸附到闭合位置, 高电压电路开始工作;直到延时电路中电流为0时, 开关才回到断开位置。
7) 高电压电路:楼道照明电路经常处于高电压状态, 当灯泡点亮的一瞬间, 会有较强的电流通过, 使得灯泡极易被强烧坏。在实际生活中, 我们可以将两个同样规格的灯泡串联, 每个灯泡为其额定功率的1/4、电压为1/2, 灯泡可以被点亮, 也时避免了由于强电流对其造成的损坏。
综上, 通过真值表及电路原理分析可知, 该电路可以实现在白天时, 不论人有没有发出声音信号或者有没有被红外探测器感应到, 走廊灯始终处于熄灭状态;到晚上光照强度下降到一定程度后, 只要人发出一定强度声音, 或者进入探测器的有效感应范围, 走廊灯就会变亮。当人从远处走向走廊灯时, 只要发出一定声音即可触发电路使灯变亮, 而进入楼道后即可被红外探测器感应到使灯变亮, 且当人在楼道内活动一直需要光照时, 红外探测器可一直感应到人体发出的红外线, 走廊灯灯不会自动熄灭, 不会在走廊中形成回音噪声污染;人离开后, 照明持续一定时间才会自动熄灭。这样就解决了现在已有走廊灯开启时存在的噪声污染, 提高了走廊灯的人性化程度, 达到了设计目的, 具有一定的实用价值。
3 系统实际电路器件选型
在红外声光控走廊灯系统控制电路中, 元器件的选择直接关系到系统功能的实现和最终效果, 因此我们必须对系统当中的器件进行认真选择、检验。
3.1 红外传感器的采用与分析
红外热传感器作为声光控系统的核心部分, 在工业电子应用当中通常有LHi74型号、LHi878以及LHi968等型号。总体来看, 各种型号的热红外传感器结构与性能基本相同, 我们应该选用具有工作噪声低和高灵敏、高反应度特征的型号, 以使其能够供各种滤波器的窄带和宽带使用。
3.2 驻极体话筒的选用与要求
我们在实际使用过程中选用了内置式的驻极体话筒, 屏蔽线就是接地的端口, 而单线则为输出端口。常用驻极体话筒型号有CRZ29和CRZ215等, 我们在红外声光控电路的设计中可以采用CRZ29型号。
3.3 电容器的选择与要点
国内通用的电容器型号有BSMJ和BCMJ等, 电容器的正常工作必须在指定的温度范围内, 同时作用于电容器本身的直流电压也必须保持在一定的范围内。
4 系统电路检测与故障应对
在实际中我们可能会面临许多问题, 最常见的问题是发出信号, 但是灯泡没有反应, 或者灯泡不会自动关闭, 以及信号反应时间拖滞, 敏感度较低等。对此, 我们要根据不同的情况进行相应地处理。如果灯泡没有反应, 首先要考虑是否灯泡损坏, 其次要考虑是否是电路控制中产生了问题;对于光信号无正常反应的问题, 我们应该考虑是否是光敏电阻中存在问题, 如果是, 则要及时更换。在测试过程中, 要采用仪器对输出和输入端口的电平进行检测, 看其是否正常。在声音感应方面, 还要考虑是否是电压发生问题导致话筒损坏。如果灯泡不能及时地关闭, 就要考虑电路控制系统中是否有接线缠绕和干扰的情况, 采用发出信号的方式对其加以检验。如果灯泡发光时间低于设计时长, 则要考虑是否存在漏电情况。
5 结束语
从智能红外声控走廊灯控制系统的整体设计来说, 它能够满足人类对于节能和便利的双重要求, 因此具有较大的实用价值。这种新型的电路智能控制系统充分地将声音与红外感应结合起来, 能够最大程度地实现灯光与人的在场性的协调配合, 最大可能地实现了灯光控制节能环保的要求。可以在学校、工厂、医院等公共场合实现良好效果, 克服了传统声控系统必须重复发出声音进行灯光启动的缺陷和不足, 为人们的日常生活提供了极大的便利。
参考文献
[1][美]凯斯, 董培芝, 等.光探测器与红外探测器[M].科学出版社, 1984.
[2]欧阳杰.红外电子学[M].北京理工大学出版社, 1997.
[3]张建奇, 方小平.红外物理[M].西安电子科技大学出版社, 2004.
[4]徐健.声控灯开关电路的制作[M].机械工业出版社, 2010.
[5]张庆双.触摸式照明灯电路声光控制照明灯电路[M].机械工业出版社, 2010.
[6]陈尔绍.实用声光控制电子装置制作精选200例[M].人民邮电出版社, 1995.
[7]张庆双.声控式防盗报警器电路[M].机械工业出版社, 2010.
红外智能 篇7
在我国部分城市,水资源短缺也是一个人们必须面临的问题。我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的25%,而水消耗量却十分巨大。有调查数据显示,卫生间用水量占家庭用水的60%~70%左右,其中冲水马桶成为用水大户,占生活用水量的1/3以上,减少马桶冲水量对节约日常用水至关重要。通过大量调查发现,目前市面上的节水马桶有3类:普通节水马桶、气压节水马桶、无水箱节水马桶。
2设计方案
智能节水马桶的工作步骤:首先,通过人手遮蔽光敏电阻传感器时间的长短来判断是冲大便(遮蔽时间小于2秒)还是冲小便(遮蔽时间超过2秒,冲厕时间由遮蔽时间决定);然后,马桶底部和马桶盖上分别安装有5对红外对管,利用红外对管的遮光模式和入光模式,检测是否存在粪便,检测信号输入STM32控制板进行冲厕控制;在蓄水箱与马桶之间连接有电磁阀和加压水泵,并用STM32控制板控制冲厕时间和水量,达到节约水量和增压冲厕的效果;最后,利用马桶上增设的喷洒式洗臀装置清洗臀部,减少纸巾擦拭使用量、使用户感到卫生舒适。
2.1电器控制
本作品考虑综合考虑到节电和控制性能后采用STM32作为控制芯片,STM32处理器的内核是ARM公司为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM CortexT M-M3内核。引脚丰富方便功能拓展。系统的电路控制如图1所示。
2.2机械部分
机械部分设计如图2所示,水箱、电磁阀和增压泵之间通过软管连接,增压泵的出水口分别接有注水口和喷头的水管;红外对管分别固定在马桶下底部和马桶盖的上面,并且保持上下红外对管直线相对。
设计时考虑的主要问题:通过在马桶下底部和马桶盖上分别打孔,然后将红外对管安装在孔中,注意孔与红外对管的配合问题以及下部的红外对管表面要用透明凝胶固定,防止水分渗透。
3理论设计计算
3.1用水量
本研究的计算公式定义如下:V1=Q×t1;V2=Q×t2;V=(V1×N+V2)/(N+1)。
其中,V1:单次小便冲水量(普通马桶和节水马桶直接读取相关数值);Q:马桶流速;t1:单次小便冲水时间;V2:单次污物冲水量(普通马桶和节水马桶直接读取相关数值);t2:平均单次污物冲水时间;V:平均单次用水量;N:人体平均每日排尿次数。
经实验统计及资料调查,Q=0.3L/s,t1=7s,t2=13s,N=5可求得:
普通马桶:V1=4L,V2=6L,V=26L
节水马桶:V1=2.7L,V2=5L,V=19.5L
智能节水马桶V1=2.1L,V2=3.9L,V=14.4L
3.2耗电量
本研究的计算公式定义如下:
P2=U2×I2;P4=U4×I4;P=P1+P2+P3×5+P4+P5×(t1×N+t2)/3600
其中,P1:光敏传感器功率;P2:单片机空载功率;U2:单片机工作电压;I2:单片机工作电流;P3:单个红外对管功率;P4:电磁阀功;U4:电磁阀工作电压;I4:电磁阀工作电流;P5:水泵功率;P:平均功率。
经实验统计及资料调查,由P1=0.1W,U2=5 V,I2=36m A,P3=0.1W,U4=12V,I4=500m A,P5=100W,可求得:
P2=0.18W;P4=6W;P=7.61W
4性能分析
通过对大量卫生间内的马桶及市面上常见的节水马桶进行分析以及对实物的数据统计(见表1),可知普通马桶冲洗时一次性将水排出,水流仅受重力影响流下,平均单次用水约为5L;市场上常见的节水马桶改进了水箱的大小,最小单次出水2.7L,按键有液压装置,流速有所提升。
智能节水马桶设计实物如图3所示。该智能节水马桶采用了电磁阀、水泵、红外对管进行自动冲洗,并采用人体感应装置,使整套系统在无人时处于断电状态,保证了系统的低耗。
5创新点及应用
5.1创新点
(1)智能冲水,可根据污物的冲除情况控制用水量的多少。(2)使用水泵增加流速,瞬间水量大,在耗电量极小的情况下减少大量用水。(3)操作和控制简便,使用方便,尤其对身体残疾和行动不便的人。
5.2应用
随着城市化的迅猛发展,马桶逐渐成为现代化家庭生活中不可分割的一部分。在住宅区、商场、办公区等场所的卫生间内,马桶是必不可少的。传统马桶在节能方面需要实施改进,因此,本产品具有极大的潜在市场和应用前景。
参考文献
[1]滕云起.节能环保卫浴设计研究[D].昆明:昆明理工大学,2015.
[2]王庆有.光电传感器应用技术[M].北京:机械工业出版社,2007.
[3]李军,王艺颖,陈实,等.涡旋喷射节水马桶的系统设计与分析[J].机械设计与制造,2015(6):134-137.
[4]王增长.建筑给水排水工程[M].南京:中国建筑工业出版社,2008.
[5]颜丽娜,钟承尧,张铁民.基于STC单片机洗手间自动冲水系统的设计[J].海南师范大学学报:自然科学版,2013(2):161-163.
[6]王敏.电磁阀的原理及其在工程设计中的应用探讨[J].电气传动自动化,2010(5):59-61.
红外智能 篇8
关键词:传感器,红外智能,渐变式LED台灯
0 引言
智能家居系统[1]是当今时代的一个主旋律,该系统使我们的家庭生活更加节能、智能、安全和便利。其中照明系统[2,3]是不可或缺的一部分,普通台灯只有开和关2种状态,不能自动调节光线; 而LED智能台灯的设计能够很方便地应用到智能家居中,方便人们进出房间里面,它能够根据人体和光线的强弱来智能控制家庭里面的各种灯具[4]。本设计要实现的功能是当人体进入热释电红外传感器监测范围时,信号处理电路检测到高电平信号,使继电器吸合,同时如果光线比较暗,光敏电阻阻值变大使另一路继电器吸合LED灯点亮,如果光线继续变暗则通过光控灯模块使LED灯逐渐变得更亮,若外界光线比较强,LED灯就自动逐渐熄灭。当人离开热释电红外传感器监测范围时,即使外界光线再暗,LED灯也不会点亮[5]。通过时钟芯片LED台灯上的LCD液晶屏可以实时显示当前的时间、日期、星期和温度等相关信息。
1 总体设计方案
总体方案设计如图1所示。
本系统主要由硬件系统和软件系统2大系统组成,分别由电源模块[6]、红外信号处理模块、光控灯模块、继电器模块、实时时钟模块、DS18B20温度传感器模块、51单片机模块[7,8]和LCD液晶模块这8个模块构成。电源模块主要是为整个装置提供电源能量。
2 硬件系统
2. 1 人体热释电红外传感器
人体热释电红外传感器[9]是以非接触的方式检测人体红外线( 非电量) 信号,并将其转化为电压( 电量) 信号。人体热释电红外传感器控制装置既可应用于安全防盗报警系统,也可用于红外开关控制系统、自动控制系统和遥测等相关领域。其特点是: 不需要用专门红外线发射源,可隐蔽性好,安装比较灵活,传感器灵敏度高,配合菲涅耳透镜能使传感器检测范围更大。
2. 2 BISS0001 红外处理芯片
BISS0001芯片具有较高的红外传感信号处理性能,配合人体热释电红外传感器、光敏电阻和部分外围器件可变成一种被动式的红外开关,能很方便地自动开启各类灯具、电风扇和自动洗手池等控制装置,在各类控制系统中应用广泛。其特点是: 具有高输入阻抗运算放大器和A/D混合功能,内设封锁和延迟时间定时器,可与多种传感器匹配并进行信号处理,稳定性好,可靠性高,工作电压 范围在 + 3 ~ + 5 V。
2. 3 人体热释电红外信号检测及处理电路
由热释电红外传感器接收人体辐射的红外信号,并经过BISS0001红外信号处理芯片及外围电路进行滤波、放大和延时等进行处理,最后送到继电器模块来控制光控灯模块,热释电红外信号检测电路如图2所示。
2. 4 光控灯电路
该光控灯电路具有环境亮度检测和渐变式控制功能,当光敏三极管处于亮( 暗) 环境下时能够自动关( 开) 灯,当外界光线逐渐变亮( 较暗) 时,此时LED灯逐渐被熄灭( 点亮) ,由此来实现渐变式自动调光的功能。光控灯电路的总体电路设计如图3所示。
2. 5 继电器控制模块
继电器[10]是一种电控制器件,它内部有线圈,在线圈中通入电流时,就产生磁场,变成电磁铁,在磁极处有个衔铁作为动触点,当通过电流时,由于衔铁被吸合,就可以实现与静触点的断开或闭合,从而控制电路的通断。本设计采用继电器来驱动控制光控灯电路,以达到控制LED灯的亮暗变化。继电器模块如图4所示。
3 软件系统
当进行中断服务程序时,要及时进行现场保护,并将定时器、计数器赋初值,当查询次数为20次时刚好1 s,当秒计数60次时向分进位,当分计数60次时,向时进位,当时计数到24次时,清零。中断服务程序流程如图5所示。
4 方案难点及关键技术
方案难点如下:
1传感器采集人体和光线信号比较微弱且极其不稳定,存在很多不确定因素; 这对传感器采集信号处理电路的稳定性提出了更高的要求;
2根据环境时间和空间的不同,存在光控和热释电红外传感器的感应距离和灵敏度设定、测量与分析的难点;
3在设计方面采用非程序控制的方式来实现红外智能渐变式LED台灯的控制,由于硬件电路的设计对元器件的性能参数要求较高,这就使得在电路设计、组装调试方面难度加大。
关键技术包括:
1通过人体辐射的红外线和外界光线的强弱来渐变式地控制LED台灯;
2采用人体热释电红外传感器模块电路来处理人体辐射的红外信号;
3光敏电阻和红外传感器检测电路配合继电器的使用;
4软件设计中,多个中断同时使用且相互之间不会产生影响。
5 系统的测试
系统测试结果分析如下:
1能够较灵敏地通过感应人体和外界光线的强弱控制LED灯的逐渐亮灭,实现了智能控制;
2红外感应距离为0 ~ 6 m,光敏三极管较明显地感应距离设定为30 cm左右,也可以根据需要灵活设定;
3通过与普通白炽灯和节能灯作对比,LED灯有很明显的节能、经济效果;
4通过与普通白炽灯和节能灯作对比,发现LED灯光线比较柔和且是渐变式,能够很好地保护视力;
5能精确地实时显示当前的时间和温度等信息。
6 结束语
通过对系统进行调试与分析,测得热释电红外探测器的探测距离是6 m左右且距离可调,不同的用户可以根据自己的实际情况来调节探测距离。该红外智能系统可以用于酒店、教学楼走廊照明、家用台灯和公共场合室外路灯等。本款红外智能渐变式LED台灯的成功研制不仅方便了人们的生活,而且达到了智能控制、节约能源和经济的目的,可以广泛应用于学习、生活和工作之中,具有一定的使用价值和市场前景。
参考文献
[1]周洪,胡文山,张立明,等.智能家居控制系统[M].北京:中国电力出版社,2006.
[2]张岳军,吴明光.智能照明系统控制网络的研究[J].照明工程学报,2004(4):18.21.
[3]杨恒.LED照明驱动电路设计与实例精选[M].北京:中国电力出版社,2008.
[4]刘怡静,李大白,魏政霞.人工智能技术在认知无线电中的应用[J].无线电通信技术,2011,37(2):51-54.
[5]汤新广.基于认知无线电的OFDM智能侦察监测系统[J].无线电工程,2011,41(4):17-19.
[6]华成英,童诗白.模拟电子技术基础(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[7]郭天祥.新概念51单片机C语言教程—入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京:电子工业出版社,2009.
[8]沈卫红.单片机应用系统设计实例与分析[M].北京:北京航空航天大学出版,1999.
[9]赵继文.传感器与应用电路设计[M].北京:科学出版社,2002.