家用智能豆?jié){機(jī)的設(shè)計

家用智能豆?jié){機(jī)的設(shè)計PAGE58PAGE570前言豆?jié){是很多人經(jīng)常和的非常健康又經(jīng)濟(jì)的食品，它已經(jīng)逐漸成為了大眾們相當(dāng)歡迎的食物。豆?jié){在制作的工程中大致可以分為兩個主要的流程將豆子打碎磨成漿和對豆?jié){進(jìn)行加熱。在以前制作豆?jié){的過程中大部分都是將這兩個過程相互分離的，首先是將豆子粉碎成漿接下來再對豆?jié){進(jìn)行加熱煮豆?jié){。在絕大部分情況下傳統(tǒng)的豆?jié){制作過程面臨著制造過程復(fù)雜、豆?jié){的產(chǎn)出率很低，而且在對豆?jié){進(jìn)行加熱煮漿的過程中容易出現(xiàn)溢出和加熱的時長不容易控制等限制。智能型豆?jié){機(jī)一般情況下是由微機(jī)進(jìn)行模糊算法的控制，這些微機(jī)使用的控制算法主要是模仿人的操作工程，它能夠?qū)崿F(xiàn)豆?jié){的磨漿和加熱進(jìn)行煮漿。一般情況下絕大部分的智能豆?jié){機(jī)都是采取高速串勵電機(jī)、加熱管、網(wǎng)罩、感溫碳棒、防溢電極、單片機(jī)控制面板、控制按鈕以及聲光報警器件等一些組件所組成的。高速串勵電機(jī)的主要用處是粉碎豆子將其打成豆?jié){，加熱管對豆?jié){加熱，感溫碳棒用處是測量水溫，防溢電極的用處是避免豆?jié){在加熱的過程中發(fā)生溢出，蜂鳴器和雙色燈主要用處是進(jìn)行聲光報警，控制面板可實(shí)現(xiàn)智能豆?jié){機(jī)的可視化操作，模糊控制中各個組件按步驟就就可以完成豆?jié){的加工。另外智能豆?jié){機(jī)在很多情況下還會使用軟硬件進(jìn)行抗干擾的功能，用于進(jìn)一步提高和增強(qiáng)豆?jié){機(jī)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。在硬件部分使用濾波電路實(shí)現(xiàn)抑制干擾源的需求，WDT監(jiān)控電路主要用處是防止干擾導(dǎo)致的程序運(yùn)行以及死機(jī)現(xiàn)象出現(xiàn)。軟件上一般情況下是使用填碼、指令冗余等有關(guān)的技術(shù)配合著硬件部分進(jìn)一步提高豆?jié){機(jī)整個系統(tǒng)的抗干擾能力。1概況本章主要描述了對在智能家居中占重要地位智能豆?jié){機(jī)，比較國內(nèi)外智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀，并對智能豆?jié){機(jī)這一中國企業(yè)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的家用小電器的發(fā)展進(jìn)行了細(xì)致的描述，進(jìn)而提出了家用智能豆?jié){機(jī)的設(shè)計方案和預(yù)期目標(biāo)。1.1研究目的和意義國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得社會大眾的生活水平也得到了很大的提升，智能廚房電器也開始在廣大家庭中普及并得到了廣泛的使用。與傳統(tǒng)的廚房電器相比智能廚房電器擁有安全、方便、快捷、智能化和個性化等比較明顯的優(yōu)勢，在提高大家的生活水平以及生活質(zhì)量等方面發(fā)揮著巨大的作用，在人們對健康的關(guān)注度越來越高，現(xiàn)在相當(dāng)一部分的家庭都選擇在家里自己制作豆?jié){，這也對帶動整個豆?jié){機(jī)特別是智能豆?jié){機(jī)方向市場的發(fā)展起到了相當(dāng)大的推動作用?，F(xiàn)在的豆?jié){機(jī)行業(yè)發(fā)展相當(dāng)快速，一大部分的消費(fèi)者已經(jīng)接受了自己制作豆?jié){的方式，豆?jié){機(jī)也隨著自己制作豆?jié){整個觀念的蔓延普及到了無數(shù)家庭的廚房。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，豆?jié){機(jī)“家庭擁有率”在許多的房小家電中后來居上，已經(jīng)到了第四的位置。豆?jié){機(jī)的磨漿工藝技術(shù)也在發(fā)展的過程中歷經(jīng)了“網(wǎng)罩-無網(wǎng)”、“刀片結(jié)構(gòu)”、“智能”等等一系列不同的過渡階段。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀豆?jié){機(jī)是中國的企業(yè)開發(fā)出來的，中國企業(yè)對豆?jié){機(jī)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，這在世界的家電發(fā)明歷史中是相當(dāng)少見的現(xiàn)象，并且豆?jié){機(jī)剛剛進(jìn)入市場便獲得了相當(dāng)大的發(fā)展，是一個非常具有潛力的家電方向。2010年5月21日，中國家用電器協(xié)會在北京公布的《2009年豆?jié){機(jī)行業(yè)發(fā)展報告》，中國家用電器協(xié)會發(fā)布這個報告的主要目的有3個：一是引導(dǎo)生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注消費(fèi)者訴求，開發(fā)出更適合消費(fèi)者市場的新產(chǎn)品；二是引導(dǎo)消費(fèi)者關(guān)注產(chǎn)品的主要使用價值，理性消費(fèi)，健康消費(fèi)；三是讓潛在的投資者了解行業(yè)基本情況，尋找進(jìn)入行業(yè)的產(chǎn)品和市場的機(jī)會。雖然許多中國人喜歡喝豆?jié){，雖然九陽1994年就開發(fā)出全球第一臺自動豆?jié){機(jī)，但是直到二十年后的2006年的時候，豆?jié){機(jī)生產(chǎn)和制造行業(yè)的規(guī)?？傮w上來說還是相對比較小的，不光規(guī)模比較小而且每年豆?jié){機(jī)行業(yè)的增長速度也是十分的緩慢基本上也就是只有九陽一家在“孤軍奮戰(zhàn)”。當(dāng)2008年的時候，“三聚氰胺”的事件爆發(fā)之后，豆?jié){機(jī)行業(yè)不管是生產(chǎn)制造還是消費(fèi)市場都得到了巨大的快速發(fā)展，很快很多的投資者便被這個行業(yè)所吸引。隨著有關(guān)智能相關(guān)的技術(shù)的不斷發(fā)展和快速進(jìn)步，智能家居和智能家電必然會越來越多的受到各界的關(guān)注。如今在市場上帶單片機(jī)控制的智能廚房小家電產(chǎn)品琳瑯滿目，智能豆?jié){機(jī)的更新速度快，市場競爭也越來越激烈，作為設(shè)計者必須考慮采用盡可能少的硬件，縮短開發(fā)周期，加入更多的智能化元素，以達(dá)到降低成本、提高智能化水平的要求，為人們的生活帶來更多的方便。1.3研究的主要任務(wù)和預(yù)期目標(biāo)本設(shè)計基于單片機(jī)開發(fā)一款智能豆?jié){機(jī)，由單片機(jī)最小系統(tǒng)、WiFi模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊、溫度檢測模塊和移動控制端組成。移動控制端可以嵌入手機(jī)微信，向WiFi模塊發(fā)送控制命令，單片機(jī)最小系統(tǒng)控制WiFi模塊和步進(jìn)電機(jī)模塊工作，當(dāng)單片機(jī)循環(huán)獲取到WiFi模塊接受的控制端發(fā)送的啟動命令時，單片機(jī)即開啟模擬豆?jié){機(jī)工作的電機(jī)開始工作；當(dāng)單片機(jī)獲取到WiFi模塊接收到控制端的停止命令時，單片機(jī)即停止步進(jìn)電機(jī)的工作；如果豆?jié){機(jī)未接收到移動端發(fā)送的停止指令，當(dāng)溫度檢測模塊檢測到豆?jié){溫度達(dá)到設(shè)定值后，即自動停止豆?jié){機(jī)工作，防止溫度過高導(dǎo)致豆?jié){變焦或者長時間加熱豆?jié){變干，這樣即使在用戶忘記停止步進(jìn)電機(jī)工作時，步進(jìn)電機(jī)也不會一直工作下去消耗過多的電能或者因豆?jié){機(jī)長時間工作導(dǎo)致的危險，從而達(dá)到更節(jié)能和更安全的效果。本設(shè)計擁有功能比較強(qiáng)大，功耗相對比較低，操作相對容易簡單等優(yōu)點(diǎn)。用戶通過手機(jī)便可輕松進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在程序中加入了溫度檢測部分，即使用戶在啟動豆?jié){機(jī)工作后忘記關(guān)掉豆?jié){機(jī)，程序也會在溫度達(dá)到設(shè)定值后，自動關(guān)掉豆?jié){機(jī)，達(dá)到比較好的節(jié)能和智能效果。2研究方式與思路關(guān)于家用智能豆?jié){機(jī)的設(shè)計，要預(yù)先選擇合適的方案，本章主要介紹本設(shè)計的總體方案和思路，并對所采用方案的可行性進(jìn)行了論證。2.1主要設(shè)計思路近年來由于科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)和人們對更高的生活質(zhì)量的追求，智能家居開始興起，智能廚房家電產(chǎn)品也已經(jīng)進(jìn)入了千家萬戶。本設(shè)計實(shí)現(xiàn)的就是智能廚房家電中的家用智能豆?jié){機(jī)，為豆?jié){機(jī)配置一個核心控制器，在手機(jī)或者其他的移動設(shè)備上安裝控制豆?jié){機(jī)的客戶端，移動端通過客戶端向豆?jié){機(jī)發(fā)送控制信號，豆?jié){機(jī)接收客戶端發(fā)送的指令后，根據(jù)指令做出相應(yīng)的操作，用步進(jìn)電機(jī)模擬豆?jié){機(jī)的工作過程，并在豆?jié){機(jī)中加入溫度檢測模塊和濃度檢測模塊，如果豆?jié){機(jī)長時間未接收到客戶端發(fā)送的停止指令，溫度檢測模塊檢測到豆?jié){的溫度已達(dá)到設(shè)定值或者豆?jié){的濃度值達(dá)到了設(shè)定的值后，將自動停止豆?jié){機(jī)的工作，達(dá)到節(jié)能環(huán)保、降低危險和智能化的效果。豆?jié){機(jī)的控制器作為整個系統(tǒng)的核心，可以選擇使用比較普遍的單片機(jī)，通常情況下各種型號的單片機(jī)都可以完成控制工作，比如STC系列，STM32系列，DSP等。2.2主要設(shè)計方案依據(jù)家用智能豆?jié){機(jī)的設(shè)計思路構(gòu)建基于單片機(jī)的智能豆?jié){機(jī)控制框架，如圖2-1所示。從圖2-1可以看出，設(shè)計方案完全按照設(shè)計思路設(shè)計。手機(jī)上的客戶端通過微信綁定設(shè)備，首次聯(lián)網(wǎng)后可在云端保存網(wǎng)絡(luò)密碼不需要二次輸入，聯(lián)網(wǎng)后客戶端如果和豆?jié){機(jī)處于同一局域網(wǎng)下，可直接通過網(wǎng)絡(luò)控制豆?jié){機(jī)，如果不在同一局域網(wǎng)下，客戶端根據(jù)控制協(xié)議向云端發(fā)送控制指令，云端定位設(shè)備后，將指令發(fā)送給設(shè)備；WiFi模塊用于接收來自云端或者客戶端的指令協(xié)議，可選用集成的WiFi模塊，減少開發(fā)的成本，提高穩(wěn)定性；單片機(jī)最小系統(tǒng)作為整個智能系統(tǒng)的控制核心，主要的作用是讀取WiFi模塊接受到的指令，并根據(jù)指令做出相應(yīng)的控制操作；步進(jìn)電機(jī)模塊作為模擬智能豆?jié){的工作工程，由單片機(jī)根據(jù)WiFi模塊接受到的指令控制啟動和停止；溫度檢測模塊主要用于檢測豆?jié){的溫度，濃度檢測模塊主要用于檢測豆?jié){的濃度，如果智能豆?jié){機(jī)遠(yuǎn)程啟動后長時間未關(guān)閉，溫度檢測模塊檢測到豆?jié){的溫度達(dá)到了設(shè)定值或者濃度檢測模塊檢測到豆?jié){的濃度達(dá)到了設(shè)定值后即控制豆?jié){機(jī)電機(jī)關(guān)閉，既可以節(jié)約電能，又可以降低智能豆?jié){機(jī)長時間工作過熱而引起的危險，體現(xiàn)出家用智能豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。圖2-1家用智能豆?jié){機(jī)控制框圖Fig.2-1Homeintelligentsoybeanmilkmachinecontrolblockdiagram3硬件電路的設(shè)計本章主要對家用智能豆?jié){機(jī)硬件電路的設(shè)計進(jìn)行介紹，包括豆?jié){機(jī)的核心控制器STC89C52單片機(jī)、接受客戶端控制指令的WiFi模塊、模擬豆?jié){機(jī)電機(jī)工作的步進(jìn)電機(jī)模塊以及用于豆?jié){溫度檢測的溫度檢測模塊和濃度檢測的濃度檢測模塊。3.1控制器的選擇本次課題研究所選擇的單片機(jī)型號為STC89C52，圖3-1所示為系統(tǒng)的硬件框圖，下面進(jìn)行具體介紹。圖3-1系統(tǒng)的硬件框圖Fig.3-1Hardwareblockdiagramofthesystem3.1.1STC89C52單片機(jī)介紹圖3-2為STC89C52單片機(jī)控制電路圖。圖3-2單片機(jī)控制電路圖Fig.3-2MCUcontrolcircuitdiagram時鐘電路：STC89C52用了一個具有高增益的反相放大器組成了一個振蕩器的結(jié)構(gòu)，這個具有高增益的反相放大器的輸入口與輸出口分別為RXD與TXD。時鐘的生成類型有兩種，分別是內(nèi)部生成和外部生成兩種情況。內(nèi)部生成類型的時鐘電路如圖3-3(左)所示，在RXD與TXD上連接了外面的定時元器件，內(nèi)部的振蕩器就可以生成自激振蕩。定時元件一般情況下是使用石英晶體和電容構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路。晶體振蕩頻率可以在1.2~12MHz的范圍內(nèi)可以選擇，電容值在5~30Pf的范圍內(nèi)變化,電容的值的大小能夠起到對頻率的微調(diào)的效果。外部生成類型的時鐘電路如圖3-3(右)所示，RXD和TXD上連接外面的振蕩器。使用的外部振蕩器生成的信號并沒有什么特殊的要求，僅僅需要確保他的脈沖寬度足以，絕大多數(shù)情況下是頻率低于12MHz的方波信號就可以。在單片機(jī)內(nèi)部的時鐘生成器能夠把產(chǎn)生的頻率進(jìn)行二分頻，產(chǎn)生一個二相時鐘P1和P2。圖3-3內(nèi)部方式(左)和外部方式(右)時鐘電路Fig.3-3Internalmode(left)andexternalmode(right)clockcircuits復(fù)位及復(fù)位電路：復(fù)位是對單片機(jī)進(jìn)行的初始化工作。進(jìn)行復(fù)位的工作后也會對另外的寄存器產(chǎn)生效果，這些寄存器的狀態(tài)如表3-1所示。表3-1寄存器復(fù)位狀態(tài)Tab.3-1Registerresetstate寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PC0000HTCON00HACC00HTL000HPSW00HTH000HSP07HTL100HDPTR0000HTH100HP0-P3FFHSCON00HIPXX000000BSBUF不定IE0X000000BPCON0XXX0000BTMOD00H這個操作的主要作用是把PC的狀態(tài)設(shè)置為0000H，這樣就可以使單片機(jī)從0000H地址處開始運(yùn)行寫入的程序。不僅僅是在單片機(jī)開始運(yùn)行程序時系統(tǒng)需要進(jìn)行初始化工作，當(dāng)單片機(jī)的程序運(yùn)行出現(xiàn)錯誤或由于人為的操作失誤導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)入了死鎖狀態(tài)需進(jìn)行復(fù)位重啟。RST引腳是在單片機(jī)中作為了復(fù)位信號的輸入口。高電平可以使單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位的效果，條件是這個高電平需要保持24個振蕩周期(即兩個機(jī)器周期)以上。如果單片機(jī)采用了6MHz的晶振，根據(jù)計算要是單片機(jī)完成復(fù)位的效果高電平必須保持超過4us的時間才行，可以生成復(fù)位信號的邏輯電路如圖3-4所示。圖3-4復(fù)位信號邏輯電路Fig.3-4Resetsignallogiccircuit一個完整的復(fù)位電路往往要包含芯片內(nèi)、外這兩大部分。外部電路生成的復(fù)位信號(RST)被作為施密特觸發(fā)器的輸入，然后再經(jīng)過片內(nèi)的復(fù)位電路在每個機(jī)器周期的S5P2時間點(diǎn)將施密特觸發(fā)器的輸出做采樣，最后才能獲取完成內(nèi)部復(fù)位工作所必要的輸入。圖3-5上電自動復(fù)位(左)、按鍵電平復(fù)位(中)和按鍵脈沖復(fù)位(右)Fig.3-5Poweronautomaticreset(left),keylevelreset(middle)andkeypulsereset(right)對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位的工作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種。上電自動復(fù)位是依靠單片機(jī)外部的復(fù)位電路上面的電容的充電來完成的，其電路如圖3-5(左)所示。這樣的結(jié)構(gòu)在1ms之內(nèi)的Vcc的升高時長就能夠完成自動上電復(fù)位功能，也可以理解為在接通電源時就可以完成單片機(jī)的復(fù)位工作。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中，按鍵電平復(fù)位是通過使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc電源接通而實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖3-5(中)所示；而按鍵脈沖復(fù)位則是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實(shí)現(xiàn)的，其電路如圖3-5(右)所示。STC89C52主要功能如表3-2所示。表3-2STC89C52主要功能Tab.3-2STC89C52mainfunction主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫FlashROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3.2WiFi模塊的選擇本設(shè)計所使用的WiFi模塊為ESP8266無線WiFi模塊，在下面的章節(jié)中對此模塊做詳細(xì)的描述。3.2.1WiFi模塊介紹ESP8266WiFi模塊是一款嵌入式的無線網(wǎng)絡(luò)模塊擁有非常高的高性價比，能夠達(dá)到智能電網(wǎng)、樓宇自動化、安防、智能家居、遠(yuǎn)程醫(yī)療等需要完成物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求。ESP8266提供了高集成度的WiFi解決方案，具有低功耗、設(shè)計緊湊、性能可靠等特點(diǎn)。它提供了一個獨(dú)立且完整的WiFi網(wǎng)絡(luò)連接的單獨(dú)的系統(tǒng)，可以單獨(dú)工作完成聯(lián)網(wǎng)的任務(wù)，也能夠作為一個單片機(jī)系統(tǒng)中的一個網(wǎng)絡(luò)連接模塊接入到單片機(jī)上。當(dāng)此模塊載入了應(yīng)用并且在整個設(shè)備中擔(dān)任處理器的角色時，它可以從從flash中開始工作。它內(nèi)部擁有可以提高系統(tǒng)工作性能，并且降低內(nèi)存用量的高速緩沖存儲器。如果ESP8266在系統(tǒng)中起到無線網(wǎng)絡(luò)連接時的適配器的角色時，它能夠被連接到各種類型的微型處理器中，并且它在接入微型處理器時連接非常簡單，僅僅是將SPI/SDIO接口或者I2C/UART口接到單片機(jī)上就可以了。不但擁有WiFi連接的能力，ESP8266d的內(nèi)部還擁有TensilicaL106鉆石系列的32-bit處理器和一塊片上的SRAM，擁有非常高效的片上處理和相對來說巨大的存儲容量。ESP8266能夠利用GPIO口連接各種傳感器和一些不同的設(shè)備，能夠在很大程度上減少開發(fā)成本，并且其在運(yùn)行程序的過程中保證占用最少的系統(tǒng)資源。ESP8266具備了非常高的集成度，包括天線開關(guān)，功率放大器，低噪聲接收放大器，濾波器和電源管理模塊。要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接功能僅僅需要非常少的外部電路，這也在很大程度降低了占用PCB板上的空間。利用了ESP8266模塊所組成的開發(fā)體系擁有在睡眠和喚醒這兩種模式間迅速轉(zhuǎn)換的節(jié)能模式、配合低功率操縱的自適應(yīng)無線電偏置、前端信號的處理能力、快速故障排除和消除蜂窩/藍(lán)牙/DDR/LVDS/LCD干擾的無線電系統(tǒng)共存特性等明顯的優(yōu)勢。ESP8266的封裝方式是QFN32-pin，管腳的定義如圖3-6所示。圖3-6ESP8266管腳定義Fig.3-6ESP8266PindefinitionESP8266模組的所需要的器件僅僅是12個以內(nèi)的電容電阻電感、1個無源的晶振以及1個SPIflash搭建而成。尤其是在射頻部分實(shí)現(xiàn)了完全的內(nèi)部集成不需要任何外部電路，并且在內(nèi)部還擁有自動校準(zhǔn)的能力。因?yàn)镋SP8266擁有非常高的集成度的特點(diǎn)，這讓得設(shè)計它的外部電路變得相當(dāng)?shù)暮唵魏腿菀?。圖3-7為ESP8266的核心電路圖。ESP8266模組主要包括電源部分、上電時序和復(fù)位、flash、晶振、射頻、外置電阻和UART。Pin11和Pin17這兩個引腳被作為了數(shù)字電源的管腳。使用數(shù)字電源的供電方式就不需要在電路中使用濾波電容了。數(shù)字電源工作電壓范圍為：1.8~3.3V。ESP8266擁有5個模擬電源的管腳，在里面Pin1、Pin3、Pin4給內(nèi)部的PA和LNA提供電能，Pin29、Pin30給內(nèi)部的PLL提供電能。模擬電源管腳的工作電壓為2.5V~3.6V。在模擬電源部分尤其需要關(guān)注的是當(dāng)ESP8266在Tx工作時，產(chǎn)生非常大的瞬時電流，這經(jīng)常會非常容易的導(dǎo)致電源軌道塌陷，因此往往需要在模擬電源的電路中使用一個10uF的電容。此電容與0.1uF電容搭配使用。另外，Pin3、Pin4在靠近電源管腳還需要添加LC濾波電路，用于抑制高頻諧波，同時請注意該電感的額定電流最好在500mA及以上。復(fù)位：ESP8266的Pin32EXT_RSTB為復(fù)位管腳。當(dāng)這個管腳在低電平的時候工作時它內(nèi)部必須要具備一個上拉電阻。為防止外界干擾引起的重啟，建議EXT_RSTB的走線盡量短，并在EXT_RSTB管腳處增加一個RC電路。ESP8266的Pin7CHIP_EN為使能管腳，一旦這個管腳處于低電平狀態(tài)時，ESP8266會下電。這個管腳同樣可以當(dāng)做復(fù)位管腳使用，當(dāng)輸入電平低于0.6V并持續(xù)200us以上時，ESP8266會重啟。晶振：目前ESP8266固件可支持40MHz，26MHz及24MHz的晶振，使用時請注意在下載工具中選擇對應(yīng)晶振類型。晶振外部輸入輸出所加的對地調(diào)節(jié)電容C1、C2可不設(shè)為固定值，該值范圍在6~22pF，具體值需要通過對系統(tǒng)測試后進(jìn)行調(diào)節(jié)確定。選用的晶振自身精度需要±10PPM。外置電阻：RES12K(Pin31)需外接12K對地電阻，該電阻作為芯片bias控制電流的電阻對精度的要求比較高，建議采用12K±1%精度的電阻。UART：U0TXD線上需串聯(lián)499R電阻用于抑制80MHz諧波。圖3-7ESP8266核心電路圖Fig.3-7ESP8266Corecircuitdiagram3.3步進(jìn)電機(jī)模塊的選擇3.3.1步進(jìn)電機(jī)模塊介紹步進(jìn)電機(jī)是通過將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的一種裝置。對于步進(jìn)電機(jī)我們可以這樣理解：當(dāng)向步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器發(fā)送一個脈沖信號時，它即能夠驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按照預(yù)先設(shè)置好的方向轉(zhuǎn)動一個設(shè)定好的角度。如果要實(shí)現(xiàn)角位移量的準(zhǔn)確控制可以通過控制發(fā)送的脈沖信號個數(shù)來實(shí)現(xiàn)，這種方法可以實(shí)現(xiàn)的定位擁有比較高的精度；不僅如此還能夠利用脈沖信號的發(fā)送頻率來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動速度和加速度的控制，這樣既可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的效果。這本設(shè)計中所使用的步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動板，型號28BYJ-48減速步進(jìn)電機(jī)原理如3-8圖：它主要是由中間的轉(zhuǎn)子部分，一個永磁體以及在邊上的定子構(gòu)成。如果邊上的定子中的某個繞組接通電源后，它將生成一個特定方向的電磁場，假如定子通電后產(chǎn)生的磁場的方向和轉(zhuǎn)子的磁場方向不是在一條直線上，這樣定子和轉(zhuǎn)子就會在磁場的作用下產(chǎn)生使得定子轉(zhuǎn)動一個扭力。按照一定的方式改變定子上繞組的磁場，就能夠?qū)崿F(xiàn)控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的目的(比如通電次序?yàn)锳->B->C->D正轉(zhuǎn)，反之則反轉(zhuǎn))。如果使邊上的定子的磁場轉(zhuǎn)換的時間間隔發(fā)生改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的效果了，這就是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動過程，內(nèi)部構(gòu)造都是如此。圖3-828BYJ-48減速步進(jìn)電機(jī)原理Fig.3-828BYJ-48principleofdecelerationsteppingmotor1、相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。2、拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。3、步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度，以28BYJ-48四相五線步進(jìn)電機(jī)為例，步距角為5.625度圖3-9步進(jìn)電機(jī)參數(shù)Fig.3-9Stepmotorparameters3.3.2步進(jìn)電機(jī)模塊的控制圖3-10步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計Fig.3-10Steppermotordrivecircuitdesign步進(jìn)電機(jī)在工作的時候需要比較大的驅(qū)動電流，僅僅依靠單片機(jī)輸出的電流是無法直接驅(qū)動其工作的，在絕大多數(shù)情況下都是利用ULN2003達(dá)林頓陣列來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作。3.4溫度檢測模塊的選擇本設(shè)計需要溫度檢測模塊用于檢測豆?jié){機(jī)中豆?jié){的實(shí)時溫度，溫度檢測模塊中最重要的部分便是DS18B20這個集溫度檢測和模數(shù)轉(zhuǎn)換的傳感器了，下面對DS18B20的使用方法和測溫原理進(jìn)行詳細(xì)的描述。3.4.1DS18B20溫度傳感器DS18B20是美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)出的第一款可以實(shí)現(xiàn)“一線總線”接口的溫度傳感器，它具有微型化，低功耗，性能高，抗干擾能力強(qiáng)，易配微處理器等特點(diǎn)，它內(nèi)部擁有模數(shù)轉(zhuǎn)換的模塊可以將測量到的溫度模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后進(jìn)行輸出。測量的溫度范圍是-15℃~125℃，測溫誤差0.5℃?？梢赃_(dá)到的測量溫度的分辨率為0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃。對熱電偶溫度傳感器來說該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的過程為：靠光敏電阻檢測光照的大小，光的改變最終改變電阻大小，給電阻外加一個電壓，就改變了電壓的大小，再用PCF8951AD轉(zhuǎn)換器件檢測電壓的變化并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行下一步的處理例如實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制任務(wù)或者數(shù)碼管等不同顯示模塊的顯示等。DS18B20實(shí)現(xiàn)測溫和模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程相比較而言還是比較簡單容易的，它將測溫和模數(shù)轉(zhuǎn)換都集成到了傳感器內(nèi)部也就是說單片機(jī)能夠直接從DS18B20的數(shù)字信號輸出口直接獲取檢測到的溫度值，真正意義上實(shí)現(xiàn)了測溫的數(shù)字化。硬件電路圖如圖3-11所示。圖3-11DS18B20硬件原理圖Fig.3-11DS18B20hardwareschematicDS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，唯一不同的地方是分辨率不同時讀取到的溫度值不同，溫度轉(zhuǎn)換的效率也有了很大的提高由之前的2s到現(xiàn)在750ms。控制溫度系數(shù)的晶振在溫度發(fā)生改變時會產(chǎn)生比較明顯的波動，溫度系數(shù)的晶振生成的脈沖信號輸入了計數(shù)器2。計數(shù)器1和溫度寄存器一開始設(shè)置在-55℃所對應(yīng)的基數(shù)值。計數(shù)器1可以根據(jù)低溫系數(shù)晶振生成的脈沖信號執(zhí)行減法計數(shù)，一旦計數(shù)器1的設(shè)定好的被減到0的時候，溫度寄存器的值將進(jìn)行加1的操作，計數(shù)器1再一次被重新裝入設(shè)定好的預(yù)定值，重新執(zhí)行上述的操作，如此循環(huán)執(zhí)行一直等到計數(shù)器2的計數(shù)到0時，這個時候溫度寄存器中的值也就是測量出的溫度值。3.5濃度檢測模塊的選擇本設(shè)計不僅需要溫度檢測模塊用于檢測豆?jié){機(jī)中豆?jié){的實(shí)時溫度值，還需要濃度檢測模塊對豆?jié){機(jī)中的豆?jié){的濃度進(jìn)行檢測，通過豆?jié){的溫度和濃度這兩個參數(shù)判斷豆?jié){是否已經(jīng)磨好，因?yàn)橐后w的濃度傳感器一般都比較貴，由于本設(shè)計的成本有限，所以并沒有使用液體的濃度傳感器進(jìn)行測量豆?jié){的濃度，用了一個檢測煙霧濃度的傳感器來代替它，操作過程都是相同的，單片機(jī)循環(huán)讀取溫度傳感器和濃度傳感器的值，與設(shè)定好的值進(jìn)行比對，如果濃度或者溫度達(dá)到了預(yù)定值便可以停止豆?jié){機(jī)的工作。4系統(tǒng)軟件的設(shè)計系統(tǒng)軟件是按照系統(tǒng)硬件模塊來編制的，本系統(tǒng)的軟件編譯環(huán)境是KeiluVision4，KeiluVision4用來編寫代碼和生成.hex文件。程序軟件方面是主程序以及一些功能子程序。主程序主要完成系統(tǒng)的初始化，并使單片機(jī)進(jìn)入循環(huán)掃描狀態(tài)；子程序主要是針對各模塊的功能對各模塊進(jìn)行驅(qū)動。4.1開發(fā)環(huán)境4.1.1KeiluVision4開發(fā)環(huán)境介紹KeiluVision4IDE是基于Windows的開發(fā)平臺，包含一個高效的編譯器、一個項(xiàng)目管理器和一個MAKE工具。4.1.2KeiluVision4開發(fā)環(huán)境使用在Windows操作系統(tǒng)的“開始”菜單下的“所有程序”中找到“KeiluVision4”程序，然后點(diǎn)擊運(yùn)行后看到如圖4-1所示的KeiluVision4集成開發(fā)環(huán)境主界面。點(diǎn)擊“Project”菜單下的“NewuVisionProject…”，啟動一個新工程的建立。之后出現(xiàn)如圖4-2所示的新建工程窗口，為了便于工程管理，對于每個工程可以新建一個文件夾，比如本設(shè)計新建文件夾“Milk”，進(jìn)入該文件夾后再“文件夾(N)”后的文本框中輸入工程名稱。之后點(diǎn)擊【保存(S)】按鍵，出現(xiàn)如圖4-3所示界面，選擇目標(biāo)單片機(jī)的型號。圖4-1KeiluVision4集成開發(fā)環(huán)境主界面Fig.4-1KeiluVision4integrateddevelopmentenvironmentmaininterface圖4-2建立工程目錄及工程名Fig.4-2Establishprojectdirectoryandprojectname圖4-3選擇單片機(jī)型號Fig.4-3Choosethesingle-chipmodel在目錄樹中找到“ATMEL”公司產(chǎn)品項(xiàng)，點(diǎn)擊“ATMEL”之前的“+”號，展開目錄樹，在其中找到并選擇“AT89C52”型號單片機(jī)，點(diǎn)擊【確定】按鍵。出現(xiàn)如圖4-4所示窗口提示是否加載啟動代碼。圖4-4是否加載啟動代碼Fig.4-4Whethertoloadstartupcode點(diǎn)擊【否(N)】按鍵。出現(xiàn)建立工程后的集成開發(fā)環(huán)境主界面。界面中左側(cè)的項(xiàng)目工作區(qū)出現(xiàn)了“Target1”文件夾。點(diǎn)擊“Target1”之前的“+”展開“Target1”文件夾，出現(xiàn)下一級文件夾“SourceGroup1”。如圖4-5所示，點(diǎn)擊“File”菜單下的“New…”，建立工程所需的文件。圖4-5新建文件Fig.4-5Thenewfile在新建的文件中，編寫程序后如圖所示，點(diǎn)擊“File”菜單下的“Save”，保存文件，也可以先保存文件，在編寫程序，這樣可以使編寫程序中的關(guān)鍵字或常熟等以特殊顏色顯示。4.2主程序及子程序設(shè)計流程本設(shè)計的硬件按照功能劃分了不同的模塊，軟件的設(shè)計也按硬件的模塊進(jìn)行，下面將分別介紹主程序的設(shè)計流程和個功能子程序的設(shè)計流程。4.2.1主程序設(shè)計流程本設(shè)計主程序的設(shè)計流程是：首先初始化整個系統(tǒng)(包括WiFi模塊、溫度檢測模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊和系統(tǒng)時鐘等模塊的初始化)，然后STC89C52單片機(jī)輪詢WiFi模塊接受信息的標(biāo)志，如果WiFi模塊接收到信息判斷是啟動還是停止命令，如果是啟動命令，則啟動電機(jī)，再判斷是否豆?jié){溫度達(dá)到了設(shè)定的閾值，如果大于或等于閾值則關(guān)閉電機(jī)，WiFi接收標(biāo)志置零并繼續(xù)輪詢WiFi模塊接收信息的標(biāo)志；如果小于閾值，則繼續(xù)輪詢WiFi接收信息的標(biāo)志，如果是關(guān)閉電機(jī)命令，則關(guān)閉電機(jī)，WiFi接受標(biāo)志置零并繼續(xù)輪詢WiFi模塊接收信息的標(biāo)志。圖4-6所示為本設(shè)計主函數(shù)的流程圖。圖4-6主函數(shù)流程圖Fig.4-6Masterfunctionflowchart4.2.2WiFi模塊程序設(shè)計流程本設(shè)計采用ESP8266WiFi模塊接收來自移動端的命令，本設(shè)計的移動控制端可以通過微信關(guān)注的方式嵌入到手機(jī)微信，按照WiFi模塊與微信云之間通信協(xié)議，$0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,100,4200#作為本設(shè)計中啟動電機(jī)的命令，$0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,100,4200#作為本設(shè)計中關(guān)閉電機(jī)的命令。圖4-7所示為WiFi模塊的程序流程圖。圖4-7WiFi模塊程序設(shè)計流程Fig.4-7WiFimoduleprogrammingprocess4.2.3溫度檢測模塊程序設(shè)計流程圖4-8溫度檢測模塊程序設(shè)計流程Fig.4-8Temperaturedetectionmoduleprogramdesignprocess本設(shè)計的溫度檢測模塊主要是由DS18B20構(gòu)成，DS18B20模塊中包含A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)可直接讀取數(shù)字化的溫度值，然后在單片機(jī)中進(jìn)行相應(yīng)的處理和顯示。在本設(shè)計中單片機(jī)中的處理為判斷當(dāng)前的溫度值和設(shè)定的步進(jìn)電機(jī)關(guān)閉的閾值進(jìn)行比較，如果溫度值小于設(shè)定的閾值，則函數(shù)返回，步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)工作；如果溫度值大于或等于設(shè)定的閾值，則函數(shù)返回后，步進(jìn)電機(jī)停止工作。圖4-8所示為溫度檢測模塊的程序流程圖。4.2.4步進(jìn)電機(jī)模塊程序設(shè)計流程本設(shè)計利用步進(jìn)電機(jī)來模擬豆?jié){機(jī)磨漿過程，步進(jìn)電機(jī)的型號為28BYJ-48，在本設(shè)計中步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式為四相八拍即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。圖4-9所示為步進(jìn)電機(jī)模塊的程序流程圖。圖4-9步進(jìn)電機(jī)模塊程序流程Fig.4-9Stepmotormoduleprogramflow4.2.5濃度檢測模塊程序設(shè)計流程圖4-10所示為濃度檢測模塊的程序流程圖。圖4-10濃度檢測模塊程序流程圖Fig.4-10Concentrationdetectionmoduleprogramflowchart4.2.6移動端程序設(shè)計流程本設(shè)計利用的是在遙控小車?yán)锩嬉呀?jīng)開發(fā)好移動端控制界面，然后在這個移動端的基礎(chǔ)上選擇了兩個自定義的按鈕作為控制智能豆?jié){機(jī)的移動端。如圖4-11所示為移動端控制界面。圖4-11移動控制端界面Fig.4-11Mobilecontrolinterface5系統(tǒng)調(diào)試在本設(shè)計中，系統(tǒng)的硬件和軟件的都是按模塊化的方式進(jìn)行設(shè)計的，所以在調(diào)試時，也是按照模塊化的方式進(jìn)行。首先對各模塊進(jìn)行調(diào)試，各模塊調(diào)試完成后再進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，最后完成整個系統(tǒng)的調(diào)試。本章主要具體介紹了STC-ISP的使用和具體的調(diào)試過程。圖5-1所示為系統(tǒng)的整體實(shí)物圖。圖中為STC89C52單片機(jī)開發(fā)板，上面連接了ESP8266WiFi模塊、28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)模塊、DS18B20溫度檢測模塊和MQ-2煙霧傳感器。圖5-1系統(tǒng)整體實(shí)物圖Fig.5-1Theoverallphysicalpictureofthesystem5.1各功能模塊的調(diào)試在KeiluVision4IDE集成開發(fā)環(huán)境中完成代碼的編寫和編譯后，如果沒有錯誤就會在工程目錄下生成.HEX二進(jìn)制文件。打開STC-ISP燒錄軟件，將.HEX二進(jìn)制文件燒錄到單片機(jī)中便可以看效果。下面首先介紹一些STC-ISP燒錄軟件。在文件夾下找到“stc-isp-15xx-v6.85.exe”文件，雙加該文件運(yùn)行程序，出現(xiàn)如圖5-2所示的軟件界面。圖5-2STC-ISP軟件界面Fig.5-2STC-ISPsoftwareinterface在左上方的“單片機(jī)型號”的下拉菜單中選擇單片機(jī)型號STC89C52。在“COM：”表示后的下拉列表中選擇串口號，需要注意的是，這里選擇的串口號必須和計算機(jī)檢測到的串口號一致。點(diǎn)擊【打開程序文件】按鍵，出現(xiàn)如圖5-3所示的打開文件界面，打開工程文件夾，可以看到之前生成的.HEX文件，選中該文件，點(diǎn)擊【打開(O)】按鍵?；氐饺鐖D5-4所示軟件主界面。注意，如果在這一操作中，打開工程文件夾后，沒有發(fā)現(xiàn).HEX文件，可以核對之前是否在“Output”選項(xiàng)卡下勾選了“CreateHEXFile”選項(xiàng)。圖5-3打開軟件操作窗口Fig.5-3Openthesoftwareoperationwindow圖5-4裝載程序文件后的STC-ISP軟件界面Fig.5-4STC-ISPsoftwareinterfaceafterloadingprogramfiles裝載程序文件后，圖5-4軟件主界面的右上方，出現(xiàn)加載的十六進(jìn)制程序文件。這時，確定開發(fā)板未通電，及電源燈未點(diǎn)亮。點(diǎn)擊【下載/編程】按鍵，可以看到在STC-ISP界面左下方顯示下載信息。5.1.1WiFi模塊程序調(diào)試在KeiluVision4IDE集成開發(fā)環(huán)境完成WiFi模塊的程序編寫和編譯無錯通過后，生成.HEX二進(jìn)制文件，利用STC-ISP燒錄軟件將程序下載到單片機(jī)中進(jìn)行WiFi模塊接收信息的輪詢，因?yàn)閱纹瑱C(jī)讀取到的WiFi模塊接收的信息不容易觀察，所以在程序中設(shè)定，如果讀取到啟動命令，單片機(jī)點(diǎn)亮開發(fā)板上綠色LED燈；如果讀取到停止命令，單片機(jī)點(diǎn)亮開發(fā)板上紅色LED燈。經(jīng)過調(diào)試，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象跟設(shè)定一致，表示完成WiFi模塊程序的調(diào)試。5.1.2溫度檢測模塊程序調(diào)試與WiFi模塊的調(diào)試類似，完成程序的開發(fā)后，利用STC-ISP軟件將程序下載到單片機(jī)中進(jìn)行溫度檢測模塊溫度值的輪詢，將讀取到的溫度值顯示在數(shù)碼管上，與標(biāo)準(zhǔn)溫度計比較，如果顯示的溫度在誤差允許的范圍內(nèi)，表示完成了溫度檢測模塊的程序調(diào)試。經(jīng)過調(diào)試，溫度檢測模塊的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)想的一致，完成溫度檢測模塊程序的調(diào)試。5.1.3濃度檢測模塊程序調(diào)試與溫度檢測模塊的調(diào)試類似，利用STC-ISP軟件將程序下載到單片機(jī)中進(jìn)行濃度檢測模塊溫度值的輪詢，將讀取到的濃度值顯示在數(shù)碼管上，如果顯示的濃度在誤差允許的范圍內(nèi)，表示完成了濃度檢測模塊的程序調(diào)試。經(jīng)過調(diào)試，濃度檢測模塊的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)想的一致，完成濃度檢測模塊程序的調(diào)試。5.1.4步進(jìn)電機(jī)模塊程序調(diào)試對于步進(jìn)電機(jī)的調(diào)試實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也表較容易觀察，將程序通過STC-ISP軟件下載到單片機(jī)后，步進(jìn)電機(jī)按照一定的轉(zhuǎn)速工作表示步進(jìn)電機(jī)模塊調(diào)試完成。經(jīng)過調(diào)試，單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了開啟和關(guān)閉的操作，完成步進(jìn)電機(jī)模塊程序的調(diào)試工作。5.2系統(tǒng)整體調(diào)試完成了WiFi模塊、溫度檢測模塊和步進(jìn)電機(jī)模塊的程序調(diào)試后，接下來便是系統(tǒng)的整體調(diào)試，將各模塊成程序以子函數(shù)的形式寫到程序中，在主函數(shù)對子函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，經(jīng)過多次修改，實(shí)現(xiàn)了移動端發(fā)送開啟命令后，WiFi模塊成功接收，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)開始工作；在移動端按下停止按鍵，WiFi模塊接收到命令后，單片機(jī)停止了步進(jìn)電機(jī)的工作；在移動端不發(fā)送停止命令時，當(dāng)溫度檢測模塊或者濃度檢測模塊顯示溫度或者濃度已達(dá)到程序的預(yù)定值，單片機(jī)也停止了步進(jìn)電機(jī)的工作，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)，完成系統(tǒng)的整體調(diào)試。圖5-5所示為移動端未發(fā)送命令時，系統(tǒng)的狀態(tài)圖；圖5-6所示為移動端未發(fā)送命令時，系統(tǒng)的狀態(tài)圖。圖5-5移動端未發(fā)送命令時系統(tǒng)狀態(tài)圖Fig.5-5Systemstatusdiagramwhencommandisnotsentbymobileterminal圖5-5移動端發(fā)送命令時系統(tǒng)狀態(tài)圖Fig.5-5Systemstatusdiagramwhenmobileterminalsendscommands6技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析本文設(shè)計的是家用智能豆?jié){機(jī)，近些年來豆?jié){機(jī)的市場不斷的擴(kuò)大，豆?jié){機(jī)也開始往智能化、信息化和自動化的方向發(fā)展，一款智能化水平比較高的優(yōu)秀的家用豆?jié){機(jī)，不但會給家庭帶來每美味的豆?jié){，而且因?yàn)橹悄芏節(jié){機(jī)獨(dú)有的很多特性，也在相當(dāng)大的程度上提高了豆?jié){機(jī)的安全性、可操作性以及增加了相當(dāng)大的環(huán)保色彩，有著非常重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性意義。1)設(shè)計的控制器采用的是STC89C52這款性價比非常高的控制器，用這款控制器來搭建最小控制系統(tǒng)，僅僅需要非常少的外圍電路，外圍電路少也就意味著電路的集成度高，所以由這個控制器所搭建起來的最小控制系統(tǒng)不僅穩(wěn)定性高，而且性價比極，在非常大的程度上降低了設(shè)備的成本。2)家用智能豆?jié){機(jī)中用于接收遠(yuǎn)程終端發(fā)送的控制消息的WiFi模塊采用的是ESP8266，它具有非常高的性價比和優(yōu)秀的智能化操作，它能夠直接與單片機(jī)相連，不需要其他的外圍電路的設(shè)計，與最小控制系統(tǒng)一樣，集成度高意味著穩(wěn)定性高，性價比高，這又在很大程度上降低了設(shè)備的成本。3)家用智能豆?jié){機(jī)中采用的顯示模塊是LCD1602顯示模塊，此模塊不僅便于顯示一定數(shù)量的字符和數(shù)字信息，而且其與其他類型的顯示模塊相比對最大的優(yōu)勢就是功耗非常低，所以它可以在很大程度上降低功耗的成本，降低使用成本。4)采用單片機(jī)作為控制器，利用C語言完成開發(fā)，設(shè)備具有極高的集成度，所以像是改進(jìn)檢測算法等升級改進(jìn)時僅需要改進(jìn)程序即可不需要對硬件進(jìn)行更換，所以由極大地降低了設(shè)備的升級成本。7結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計的論文，描述了對智能豆?jié){機(jī)的設(shè)計過程，首先介紹了智能豆?jié){機(jī)的發(fā)展背景和意義以及目前國內(nèi)外智能豆?jié){機(jī)的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀，然后介紹了智能豆?jié){機(jī)的設(shè)計過程，包括硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和程序調(diào)試三大部分，硬件設(shè)計主要是從節(jié)約成本、環(huán)保和低功耗的角度出發(fā)進(jìn)行選擇，軟件設(shè)計主要是按模塊開發(fā)程序，程序調(diào)試的部分分別進(jìn)行了分模塊調(diào)試和系統(tǒng)的整體調(diào)試兩大項(xiàng)工作。此次所做的智能豆?jié){機(jī)還有很多可以改進(jìn)的地方。比如，如果時間充足，可以優(yōu)化移動端的設(shè)計，使界面UI不在生硬死板，真正開發(fā)出一個移動端的App，在移動端上架可在多平臺安裝，真正體現(xiàn)出智能豆?jié){機(jī)的移動端的智能化；在硬件部分還可以改進(jìn)一下系統(tǒng)的穩(wěn)定性和WiFi模塊聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定性等，可增加一個觸控面板，在面板上實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)、控制等可視化操作，便于用戶使用；軟件方面可進(jìn)一步優(yōu)化程序，可嘗試多線程操作，有利于各模塊精準(zhǔn)的實(shí)時控制。通過本次的畢業(yè)設(shè)計，使我自己對所學(xué)的專業(yè)知識有了更進(jìn)一步的了解。將自己大學(xué)四年期間所學(xué)的各方面的知識融會貫通，熟練掌握，讓自己知道本專業(yè)知識所應(yīng)用的領(lǐng)域，同時使得自己對即將面對的社會有了更加自信的底氣，相信在以后的工作生活中會以積極飽滿的熱情來迎接。致謝對于本次的畢業(yè)設(shè)計，首先要感謝知道我畢業(yè)設(shè)計的郭瑞老師，在他的悉心指導(dǎo)和監(jiān)督下，使我按時圓滿的完成了本次畢業(yè)設(shè)計。從最初的可以選擇，課題確定，再到開題報告，外文翻譯的書寫等給了我很大的幫助，在畢業(yè)設(shè)計的過程中，也是悉心為我答疑解惑，在此表示感謝。在這里還要感謝同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計中給與的極大幫助，解決諸多難題，正是有了他們的幫助，才讓我如此順利的完成本次的畢業(yè)設(shè)計，再次表示感謝。參考文獻(xiàn)[1]Jos.van.der.Loop.SmartPulse;DECT-basedTechnologyforSmartHomesApplications[Z].2013第三屆國際智能家居大會論壇文集,2013.[2]姜風(fēng)國,劉鵬.基于AT89C52單片機(jī)的全自動豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)[J].煙臺大學(xué)學(xué)報,2014,01:75～78.[3]楊永明.基于STC12C5A32AD的商用豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].湖北民族學(xué)院學(xué)報,2012,01:91～93.[4]岳倩倩.基于嵌入式技術(shù)的智能豆?jié){機(jī)的開發(fā)研究[J].青海師范大學(xué)學(xué)報,2018,02:20～24.[5]戴澤淼,王勝,梁繼會.基于ZigBee嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].吉林師范大學(xué)學(xué)報,2015,02:87～90.[6]朱小偉.淺析豆?jié){機(jī)穩(wěn)壓管降壓電路的設(shè)計方案[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2011,023:81～96.[7]張文靜.全自動家用豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].數(shù)碼世界,2017,03:91～92.[8]龔勝鵬,馮麒運(yùn).一種智能研磨型豆?jié){、制糊機(jī)的設(shè)計[J].家電科技,2011,10:84～85.[9]凌志勇,方旭群.智能豆?jié){機(jī)的設(shè)計[J].電子世界,2003,07:29.[10]李勇,賈佳,余永海.智能豆?jié){機(jī)手機(jī)端應(yīng)用的情感體驗(yàn)研究[J].設(shè)計,2016,01:130～131.[11]趙敏.智能家居遙控器:讓你的生活“一鍵輕松”[J].質(zhì)量與認(rèn)證,2016,07:88～90.[12]張向峰,張強(qiáng)軍,任宏濤.智能型豆?jié){機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)[J].洛陽工學(xué)院學(xué)報,2001,04:77～79.[13]張菁.智能型全自動豆?jié){機(jī)的發(fā)展技術(shù)綜述[J].中國新通信,2016,17:161.[14]黃敏.中國家用電器協(xié)會發(fā)布2009年行業(yè)報告豆?jié){機(jī)行業(yè)高速發(fā)展[J].電器,2010,06:54～56.[15]Dan.Ding,Rory.A.CooperandPaul.F.Pasquina.Sensortechnologyforsmarthomes[J].Maturitas,2011,2(69):131-136.附錄A譯文智能家居傳感器技術(shù)DanDinga,b,?,RoryA.Coopera,b,PaulF.Pasquinac,LaviniaFici-Pasquinad摘要智能家居是一種能夠觀察居民并提供主動服務(wù)的技術(shù)住宅。最近，它被作為一種潛在的解決方案引入，以支持殘疾人和老年人的獨(dú)立生活，并減輕家庭護(hù)理人員和衛(wèi)生提供者的工作量。智能家居的主要支持功能之一是能夠監(jiān)控居民的日常生活活動和安全，以及檢測他們?nèi)粘Ｉ钪械淖兓Ｓ捎诹畠r的低功耗傳感器、無線電和嵌入式處理器的可用性，目前的智能家居通常配備了大量的聯(lián)網(wǎng)傳感器，這些傳感器協(xié)同處理并根據(jù)所獲得的有關(guān)家庭狀態(tài)以及居民活動和行為的數(shù)據(jù)進(jìn)行推斷。本文綜述了傳感器技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了直接環(huán)境傳感和基礎(chǔ)設(shè)施介導(dǎo)傳感。文章還指出了不同傳感器技術(shù)的優(yōu)勢和局限性，并從臨床、技術(shù)和倫理的角度討論了挑戰(zhàn)和機(jī)遇。我們建議，智能家居的感應(yīng)技術(shù)應(yīng)切合所有利害攸關(guān)者的實(shí)際需要，包括最終用戶、他們的家庭成員和照顧者，以及他們的醫(yī)生和治療師。在將傳感器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活的住宅環(huán)境并成功集成到日常生活和醫(yī)療服務(wù)中之前，有必要對智能家居傳感器技術(shù)的適用性、實(shí)用性和成本效益分析提供更多的證據(jù)。介紹智能家居是指在住宅中增加傳感器，以觀察環(huán)境和設(shè)備/執(zhí)行器，提供主動服務(wù)，以改善居住者的體驗(yàn)。智能家居的概念最初是為了提供方便、提高安全性和節(jié)約能源而開發(fā)的。在過去的10年里，智能家居技術(shù)越來越多地針對因年齡增長或殘疾導(dǎo)致能力下降的人群進(jìn)行針對性的使用[1-3]。這種興趣的增加與智能家居的潛力有關(guān)，智能家居可以支持老年人和殘疾人在自己的家中獨(dú)立生活的能力，并減少家庭或?qū)I(yè)護(hù)理人員有時相當(dāng)大的努力。今天，全世界有許多智能家居[1-12]。這些住宅大多是企業(yè)展廳或研究實(shí)驗(yàn)室，不被普通居民占用，主要集中于技術(shù)能力的展示[4,7,8,12]。這些住宅中有一小部分是住宅，包括裝有傳感器的群體住宅，用于監(jiān)視居民行為和檢測異常事件[5,13]。智能家居最重要的支援功能之一，是監(jiān)察居民日常生活活動和安全的能力。與獲得的廉價低功耗傳感器、射頻芯片和嵌入式處理器,現(xiàn)有智能家居通常配備大量的網(wǎng)絡(luò)化傳感器協(xié)作過程和使扣除從獲得的數(shù)據(jù)在回家的狀態(tài)以及其居民的活動和行為。本文綜述了智能家居中使用的傳感器技術(shù)，討論了不同傳感器技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)材料和方法三種類型的傳感器技術(shù)演示了解決的挑戰(zhàn)的能力感知人類活動在智能家居中,包括可穿戴設(shè)備傳感器在哪里的居民,直接環(huán)境組件,傳感器分布式環(huán)境中,和基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng),傳感器安裝在現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施。居民佩戴的傳感器可以嵌入衣服、眼鏡、鞋子和手表中，也可以直接安裝在身體上[14,15]。它們監(jiān)測描述人的生理狀態(tài)或運(yùn)動的特征。例如，可穿戴加速度計通常用于活動識別，包括秋季探測[16]和可穿戴RFID(射頻識別)讀取器可用于檢測與標(biāo)記對象[17]的交互作用。直接環(huán)境組件通常由一組傳感器和相關(guān)聯(lián)的傳感器網(wǎng)絡(luò)(有線或非有線)組成，用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊斜O(jiān)控系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中進(jìn)行傳感器融合和活動推斷?；A(chǔ)設(shè)施介導(dǎo)的系統(tǒng)利用現(xiàn)有的家庭基礎(chǔ)設(shè)施，如管道或電氣系統(tǒng)，來介導(dǎo)事件[18]的轉(zhuǎn)導(dǎo)。本文主要關(guān)注直接環(huán)境組件和基礎(chǔ)設(shè)施介導(dǎo)的系統(tǒng)技術(shù)。本文獻(xiàn)綜述包括已發(fā)表的經(jīng)同行評審的作品。搜索范圍僅限于2000年至2010年間出版的英文期刊文章、期刊章節(jié)和會議記錄。關(guān)鍵字搜索在PubMed、IEEEXplore或谷歌搜索引擎中進(jìn)行。使用的關(guān)鍵詞是:“智能家居”、“智能環(huán)境”、“智能環(huán)境”、“傳感器技術(shù)”、“無處不在的傳感”、“無線傳感器網(wǎng)絡(luò)”、“基礎(chǔ)設(shè)施介導(dǎo)的傳感”、“RFID”、“活動識別”、“上下文識別”、“智能設(shè)備”、“運(yùn)動探測器”、“二進(jìn)制傳感器”、“接觸開關(guān)”、“視頻傳感器”、“隱私”、“道德問題”。這些關(guān)鍵字可以單獨(dú)使用，也可以組合使用。智能家庭使用的傳感器技術(shù)今天，許多智能家庭采用無處不在的傳感概念，其中傳感器網(wǎng)絡(luò)與處理設(shè)備網(wǎng)絡(luò)相集成，產(chǎn)生豐富的多模態(tài)數(shù)據(jù)流。對這些感官數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識別和監(jiān)測居民日常生活中的基本活動和儀器活動，如洗澡、穿衣、做飯和服藥。這種方法有潛力讓智能家居捕捉可能反映身體和認(rèn)知健康狀況的模式，然后識別模式何時開始偏離個性化規(guī)范，何時出現(xiàn)可能表明問題或需要干預(yù)的非典型行為。直接環(huán)境遙感直接環(huán)境感知通常是基于許多簡單的二進(jìn)制傳感器遍及整個家庭，攝像機(jī)和RFID技術(shù)。這種類型的感知可能提供對實(shí)際活動和上下文的有價值的洞察，但是伴隨著實(shí)際和復(fù)雜性的代價[18]。安裝和維護(hù)費(fèi)用高昂，特別是在現(xiàn)有住宅中安裝時。它也會引起隱私問題，特別是使用攝像機(jī)[20]。最后，僅使用儀表化環(huán)境還不足以檢測存在多個居民時的活動。3.1.1簡單的二進(jìn)制傳感器智能家居中常用的一種特殊類型的傳感器是二進(jìn)制傳感器，它只是用一個數(shù)字“1”或“0”檢測一個物體或運(yùn)動的狀態(tài)。各種類型的二進(jìn)制傳感器已被用于智能家居，包括運(yùn)動探測器、壓力傳感器和接觸開關(guān)。運(yùn)動探測器和壓力傳感器通常用于檢測居住者的存在和整個房子[21]的位置。例如，阿爾伯塔省的智能共管公寓使用了13個無源紅外運(yùn)動傳感器，這些傳感器分布在整個共管公寓中，用來在關(guān)鍵區(qū)域[12]定位居住者。TigerPlace是一個退休社區(qū)，幫助當(dāng)?shù)鼐用癜捕韧砟?。它在淋浴器上方的天花板上安裝了一個運(yùn)動傳感器，檢測淋浴活動[22]。日本無處不在的住宅在整個公寓地板上都安裝了18cm×18cm的二元壓力檢測裝置，以跟蹤住戶并檢測家具位置[6]。接觸開關(guān)通常安裝在智能家居的門上，例如前門、柜門和電器門，以提供居住者與物體和電器進(jìn)行特定交互的信息。例如，無處不在的家庭安裝了131個接觸開關(guān)來檢測門和抽屜[6]的打開/關(guān)閉狀態(tài)。馬吉德和布朗通過模糊規(guī)則將接觸開關(guān)和運(yùn)動傳感器記錄下來的數(shù)據(jù)分類為六大常規(guī)活動之一，比如睡覺、準(zhǔn)備和吃飯，以及接待訪客[23]。簡單二進(jìn)制傳感器的優(yōu)點(diǎn)包括低成本、易于安裝和低隱私問題。然而，這些傳感器只提供抽象級別的信息，因此在推斷活動[21]時受到限制。例如，僅僅知道內(nèi)閣的狀態(tài)是不可能推斷出從內(nèi)閣中刪除了什么項(xiàng)目的。3.1.2攝像機(jī)攝像機(jī)被認(rèn)為是高含量的傳感器，它為人類的觀察和計算機(jī)的解釋提供了豐富的信息來源。然而，與簡單的二進(jìn)制傳感器相比，它們通常會在存儲需求和信息提取方面帶來更多的技術(shù)挑戰(zhàn)，以及隱私方面的社會挑戰(zhàn)[20,24]。Tabar等人在一個房間里使用了一個由三個攝像頭組成的網(wǎng)絡(luò)，作為可穿戴加速計的補(bǔ)充，用于檢測跌倒。這些相機(jī)是根據(jù)加速度計信號檢測到墜落時觸發(fā)的，并使用實(shí)時圖像處理來分析數(shù)據(jù)和估計乘員的姿態(tài)。這種設(shè)置不僅在不需要傳輸視覺數(shù)據(jù)的情況下保護(hù)了居住者的隱私，而且有助于減少敏感的加速度計信號[25]引起的虛假警報。TigerPlace團(tuán)隊使用事件驅(qū)動的視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)跟蹤步態(tài)和運(yùn)動范圍的相關(guān)數(shù)據(jù)，并檢測跌倒[5]。為了保護(hù)居民的隱私，他們開發(fā)了算法來識別圖像中移動的人并提取輪廓。PlaceLab是一個研究家庭中無處不在的計算技術(shù)的活體實(shí)驗(yàn)室，在他們的公寓中使用了9個紅外攝像機(jī)、9個彩色攝像機(jī)和18個麥克風(fēng)，它們都放在櫥柜中，以及辦公桌和廚房柜臺等工作臺面上方。圖像處理算法用于從四種視頻流和一種音頻流中選擇最能捕捉居住者行為的視頻流，該視頻流基于環(huán)境中的運(yùn)動和相機(jī)布局。這些數(shù)據(jù)流與其他傳感器數(shù)據(jù)同步，并保存到便攜式磁盤驅(qū)動器[8]。3.1.3射頻識別(RFID)RFID是一種技術(shù)，通過無線電波在閱讀器和電子標(biāo)簽之間交換數(shù)據(jù)。當(dāng)RFID閱讀器詢問這些標(biāo)簽時，這些標(biāo)簽以唯一的標(biāo)識符和存儲在內(nèi)存中的信息進(jìn)行響應(yīng)。RFID標(biāo)簽通常有兩種類型，即，沒有電源的被動式標(biāo)簽，通常附在物件上，以偵測使用者與物件之間的互動;以及載有電池的有源RFID標(biāo)簽，可提供更大的范圍，并可由人攜帶，以作個人識別。RFID技術(shù)的主要限制之一是其可靠性和穩(wěn)定性，尤其是在讀取液體或金屬時。盡管如此，RFID標(biāo)簽?zāi)軌蚍胖迷谝暰€之外并跟蹤多人，這使得它們非常適合智能家居。本節(jié)提供兩個關(guān)于RFID標(biāo)簽和閱讀器以及標(biāo)簽如何嵌入到對象和環(huán)境中以檢測用戶-對象交互的例子。蓋特科技智能屋開發(fā)了一個智能插頭系統(tǒng)和一個基于RFID技術(shù)的智能手表系統(tǒng)。在智能插頭系統(tǒng)中，房子里的每個電源插座都配備了一個RFID閱讀器，電燈或收音機(jī)等電器的插頭都附有RFID標(biāo)簽。每當(dāng)設(shè)備插入插座時，插座中的RFID閱讀器讀取標(biāo)簽并將數(shù)據(jù)發(fā)送到主計算機(jī)。計算機(jī)可以直接識別每個設(shè)備及其位置，并控制設(shè)備[26]。監(jiān)測家用電器的使用可以提供有關(guān)居住者生活方式的有價值的信息，并有助于發(fā)現(xiàn)可能與功能下降有關(guān)的日常生活中的偏差。smarttwave系統(tǒng)是一種基于微波的普及烹飪系統(tǒng)，將一個RFID閱讀器放置在工作臺面下，通過RFID閱讀器判斷正在掃描哪個食物包，從數(shù)據(jù)庫中獲取烹飪指令，并根據(jù)指令[27]對微波進(jìn)行自動編程。3.1.3其他傳感器在智能家居中還可以部署多種其他傳感器，以幫助推斷活動并觸發(fā)自動服務(wù)[8,22,28-30]。這些傳感器通常比簡單的二進(jìn)制傳感器提供更具體的信息，但提供的細(xì)節(jié)比攝像機(jī)少。PlaceLab使用了34個溫度傳感器、10個濕度傳感器、5個光傳感器和1個氣壓傳感器來捕捉和調(diào)整他們的公寓[8]的內(nèi)部條件。TigerPlace使用一個床上傳感器，一個安裝在床上床單下的氣動條來檢測床上的存在、呼吸(正常/異常)、脈搏(低、正常或高)和運(yùn)動，并向遠(yuǎn)程護(hù)理人員報告床上的四種不安程度。他們報道了一個96歲的獨(dú)居女性的案例研究，她患有嚴(yán)重的心臟病。當(dāng)檢查她在事件發(fā)生前收集的床上傳感器數(shù)據(jù)時，檢測到bardycardia的顯著增加(每分鐘1-30次的慢脈搏率)，并注意到在[22]的同一時間段內(nèi)，床上所有級別的躁動都有所減少。Chen等人使用水槽附近的一個微型全方位麥克風(fēng)來檢測和分類浴室內(nèi)發(fā)生的主要活動，包括洗澡、刷牙、洗手、沖水和小便。初步結(jié)果令人鼓舞，大多數(shù)聲音類別的準(zhǔn)確率都在84%以上。他們的目標(biāo)是為護(hù)理人員和老年臨床醫(yī)生自動生成定制的個人衛(wèi)生行為報告。顯然，在像浴室這樣的空間里，使用視頻傳感器是不被社會接受的，聲音可以提供另一種信息來源[28]。3.2基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施中介系統(tǒng)作為一種不引人注目的、低成本的、實(shí)用的活動分類方法，最近在智能家居[31]中引起了相當(dāng)大的興趣。與在整個房子中安裝簡單的二進(jìn)制傳感器相比，基礎(chǔ)設(shè)施中介系統(tǒng)需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施上安裝一個或幾個傳感器，這大大降低了部署和維護(hù)[18]的成本和復(fù)雜性。但是，它可能沒有提供關(guān)于活動及其上下文[32]的足夠細(xì)節(jié)。Patel等人利用現(xiàn)有的集中供暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)的管道系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施來檢測整個房屋的總體移動和房間過渡。他們在暖通空調(diào)的空氣過濾器上安裝了五個壓力傳感器，每個壓力傳感器都在兩個方向上進(jìn)行感應(yīng)。所有傳感器的壓力變化幅度被用來識別人類在房間間活動(如一個人走過一個特定的門或打開或關(guān)閉一個特定的門)所導(dǎo)致的物理空間中氣流的獨(dú)特變化。初步結(jié)果表明，該方法可以對獨(dú)特的轉(zhuǎn)換事件進(jìn)行分類，準(zhǔn)確率可達(dá)75-80%。Froehlich等人開發(fā)了HydoSense，這是一種定制的壓力傳感器，可以安裝在家庭現(xiàn)有的水基礎(chǔ)設(shè)施的任何可接近的位置，比如室外水管龍頭和公用事業(yè)的水槽龍頭，用于活動傳感。對壓力的連續(xù)分析使他們能夠確定正在使用水的個別固定裝置，以及對正在使用的水量的估計。初步結(jié)果顯示，他們能夠以97.9%的總準(zhǔn)確度識別固定裝置事件，并以與公用事業(yè)供水水表[33]相當(dāng)?shù)腻e誤率估計用水量。帕特爾等人開發(fā)了一種電力線噪聲分析儀，可以插入普通的墻壁插座，檢測整個家庭的各種電氣事件。該分析儀可檢測住宅電力線上因電氣設(shè)備突然切換而產(chǎn)生的電氣噪聲以及某些設(shè)備在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲。該系統(tǒng)在一個家庭中進(jìn)行了數(shù)周的測試，每個家庭在5個家庭中進(jìn)行了一周的測試，結(jié)果表明，他們可以學(xué)習(xí)和分類各種電子事件，準(zhǔn)確度從85到90%不等。討論盡管在智能家居領(lǐng)域有越來越多的舉措，但智能家居傳感器技術(shù)的臨床、技術(shù)和倫理方面仍然存在挑戰(zhàn)。臨床考慮大多數(shù)已確定的關(guān)于智能家居傳感器技術(shù)的研究只表明了技術(shù)解決方案的潛力或可行性。初步評估還傾向于關(guān)注這些傳感器在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境或有限的基于社區(qū)的[24]環(huán)境中的技術(shù)性能。隨著技術(shù)進(jìn)步繼續(xù)使復(fù)雜的基于家庭的監(jiān)測解決方案成為可能，重要的是確保智能家居中傳感技術(shù)的設(shè)計和實(shí)施不僅取決于技術(shù)進(jìn)步，而且取決于利益攸關(guān)方包括最終用戶、護(hù)理人員和臨床專業(yè)人員的實(shí)際需求。目前，該領(lǐng)域缺乏關(guān)于智能家居傳感技術(shù)的適宜性、實(shí)用性、有效性或成本效益的廣泛證據(jù)[2,24,35]。TigerPlace在一定程度上展示了實(shí)際的居民、他們的家庭成員和醫(yī)療保健提供者如何參與智能家居開發(fā)的所有階段，包括設(shè)計、實(shí)現(xiàn)和測試。他們的評估模型包括觀察、焦點(diǎn)小組和與代表性涉眾的訪談。與居民舉行的焦點(diǎn)小組會議討論了許多問題，例如居民如何操作他們的傳感器系統(tǒng)，如何特別方便地使用，如何適應(yīng)不斷變化的需求，以及如何進(jìn)行維護(hù);信息對生活方式的影響;心理因素;系統(tǒng)可靠性;對其準(zhǔn)確性和性能的信任;以及對侵犯隱私的控制和關(guān)注。他們還觀察了居民們?nèi)绾卧谒麄冄b有儀器的家中做飯，并確定安裝在廚房的傳感器是否干擾了日?；顒樱蛘呤欠癖徽J(rèn)為是干擾[24]。Lee和Dey使用概念驗(yàn)證方法來確定嵌入式評估對老年人的潛在影響和有用性。他們向包括老年人、他們的照護(hù)者、醫(yī)生和治療師在內(nèi)的利益相關(guān)者展示了能夠監(jiān)測老年人日?；顒?如服藥、做飯和使用電話)執(zhí)行情況的傳感系統(tǒng)的場景。他們還提出了利益相關(guān)者與假設(shè),這些系統(tǒng)可以采集到的數(shù)據(jù)在過去的一年,問如何將這些數(shù)據(jù)將有助于各種利益相關(guān)者實(shí)現(xiàn)各自的目標(biāo),例如,獲得的意識變化的能力,診斷疾病,或應(yīng)用解決方案解決問題[36]。根據(jù)收到的反饋，他們開發(fā)了三個傳感系統(tǒng)來跟蹤藥物消耗、電話使用和咖啡機(jī)使用，并將該系統(tǒng)部署到兩個老年人的家中，為期四個月。這篇綜述文章的作者目前正在參與為受傷的戰(zhàn)士設(shè)計一個概念住宅。為了了解受傷戰(zhàn)士的需求和偏好，我們進(jìn)行了大量的實(shí)地工作，包括焦點(diǎn)小組和對受傷戰(zhàn)士、他們的家庭成員以及與受傷戰(zhàn)士一起工作的臨床專業(yè)人員的采訪。收集到的信息被用來指導(dǎo)概念住宅的技術(shù)設(shè)計，在那里傳感器正在被選擇和測試。4.2技術(shù)因素從技術(shù)的角度來看，大多數(shù)已確定的研究集中于監(jiān)測家庭內(nèi)部發(fā)生的活動或檢測日常生活中的變化。了解日常任務(wù)的執(zhí)行情況(如時間延遲、缺少步驟、可恢復(fù)或不可恢復(fù)錯誤)的工作是有限的[36,39]。這項(xiàng)評估傳統(tǒng)上依賴于實(shí)驗(yàn)室或家庭環(huán)境中臨床醫(yī)生的觀察，所獲得的性能信息對早期發(fā)現(xiàn)和治療功能減退的[40]非常重要。Cook和Schmitter-Edgecombe[39]開發(fā)了一個智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以識別那些活動在他們的智能家居測試床上執(zhí)行，但也確定執(zhí)行活動中的錯誤和不一致。Lee和Dey跟蹤了兩個老年人服藥和使用電話的各個步驟，歷時四個月。為了追蹤服藥的步驟,他們使用現(xiàn)成的碉堡增強(qiáng)與接觸開關(guān)知道哪個門都打開了,多長時間,和一個加速度計監(jiān)控個人如何處理碉堡,碉堡是否倒(一個常見的策略消除了藥丸,老年人,因?yàn)樗麄兊氖种附?jīng)常不舒服地裝進(jìn)盒子)[36]。另一個技術(shù)挑戰(zhàn)是，目前的工作大多局限于單住戶的情況下[41]。隨著智能家居技術(shù)進(jìn)入現(xiàn)實(shí)生活的住宅環(huán)境，特別是臨床環(huán)境，這一限制必須得到充分的解決。RFID技術(shù)可能是解決方案的一部分，但它要求人們攜帶標(biāo)簽。日本的AwareGroupHome專為多名癡呆癥患者設(shè)計，他們開發(fā)了一套RFIDmat傳感器系統(tǒng)，可以為每個人檢測出群體家中特定位置的事件。他們將無源射頻識別標(biāo)簽嵌入居民的拖鞋中，并在地毯的特定位置(如衛(wèi)生間前和走廊沿線)植入天線片。該系統(tǒng)能夠?yàn)槊總€住院醫(yī)生生成一個活動日志，并將不典型行為告知護(hù)理人員[13]。坦帕退伍軍人醫(yī)院(TampaVAHospital)最近啟動了一個項(xiàng)目，包括改造5套公寓，為10名患有創(chuàng)傷性腦損傷的退伍軍人提供先進(jìn)的患者跟蹤和定位系統(tǒng)、設(shè)備傳感器和屏幕，以提供視頻剩余物。為了跟蹤工作人員和病人，使用了一個商業(yè)實(shí)時定位系統(tǒng)(UbisenseLtd.，Cambridge,UK)，每個人都戴著一個腕帶，可以傳輸超寬帶無線電信號連接到嵌在墻上的固定傳感器網(wǎng)絡(luò)。標(biāo)簽的位置是根據(jù)信號的到達(dá)延遲和到達(dá)角來確定的。即使有RFID或類似的技術(shù)來支持個人身份識別，當(dāng)前基于單住戶案例的活動識別算法設(shè)計也不能簡單地推廣到多個個體上，尤其是當(dāng)多個居民在場且活動交織在[42]中時。Singla等人設(shè)計并評估了建立活動概率模型的算法并使用它們來識別復(fù)雜情況下的活動，即多個居民在相同的環(huán)境[42]中并行執(zhí)行活動。還有其他技術(shù)問題，如實(shí)時數(shù)據(jù)分析、從大量感官數(shù)據(jù)生成突出摘要、傳感器不確定性管理以及長期可靠性、魯棒性和維護(hù)問題。在傳感器技術(shù)獲得成功之前，必須解決這些技術(shù)問題部署到現(xiàn)實(shí)生活的住宅設(shè)置[43]。4.3道德的考慮傳感器技術(shù)能否成功地融入日常生活，在很大程度上取決于終端用戶對該技術(shù)的接受程度及其對日常生活的影響。隱私是智能家居中傳感器技術(shù)最常引起關(guān)注的問題[20,44]。Demiris采訪了居住在社區(qū)的老年人及其家人非正式的照護(hù)者和家庭成員對他們感知的隱私和干擾的關(guān)注與直接環(huán)境感知和基礎(chǔ)設(shè)施感知技術(shù)有關(guān)。大多數(shù)老年人表達(dá)了他們對基礎(chǔ)設(shè)施傳感技術(shù)的偏好，因?yàn)檫@對游客來說似乎不那么明顯，而且作為一個人自身弱點(diǎn)的持續(xù)提醒，這種技術(shù)并不明顯。有幾位與會者認(rèn)為，直接環(huán)境系統(tǒng)可能能夠根據(jù)實(shí)際上下文提供更詳細(xì)的信息，如果它支持真正的需要[32]，則不會介意它們的可見性。TigerPlace團(tuán)隊采訪了一些年紀(jì)較大的成年志愿者，詢問他們是否愿意接受攝像機(jī)的監(jiān)控。他們發(fā)現(xiàn)，盡管這些志愿者原則上不喜歡相機(jī)的概念，但他們更喜歡參與者在觀看自己的視頻[24]時，通過定制算法提取出來的不那么具有侵入性的模糊輪廓。訪問數(shù)據(jù)集是另一個常見的問題。Lee和Dey對兩名老年人進(jìn)行了為期四個月的案例研究，發(fā)現(xiàn)案例研究中的用戶愿意與他們的親屬分享收集到的數(shù)據(jù)。然而,他們擔(dān)心別人會誤解他們看似erroroneous但可辯解的行為不安全的[37]。結(jié)論隨著殘障人士數(shù)量的增加，以及不斷增長的老年人口尋求適當(dāng)?shù)睦淆g化，智能家居技術(shù)可能會提供一個解決方案，以減輕家庭護(hù)理人員和衛(wèi)生保健提供者繁重的護(hù)理工作量，并支持獨(dú)立生活。然而，對目前智能家居傳感器技術(shù)的綜述表明，大多數(shù)已確定的研究只是證明了技術(shù)解決方案在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的可行性。智能家居的傳感器技術(shù)必須滿足所有利益攸關(guān)方的實(shí)際需求，包括最終用戶、他們的家庭成員和護(hù)理人員，以及他們的醫(yī)生和治療師。我們還沒有足夠的證據(jù)表明，智能家居的傳感器技術(shù)能夠有效地檢測日常生活中與功能或認(rèn)知衰退相關(guān)的變化，并幫助檢測身體狀況的變化。我們也不知道哪種傳感器組合最適合特定的殘疾群體或個人，以及如何適當(dāng)?shù)乜刂?、總結(jié)和向不同的利害攸關(guān)者提供收集到的信息。在傳感器技術(shù)能夠成功地集成到人們的實(shí)際家庭或臨床環(huán)境之前，需要解決一系列的技術(shù)、臨床和倫理挑戰(zhàn)。附錄Ｂ外文文獻(xiàn)SensortechnologyforsmarthomesDanDinga,b,?,RoryA.Coopera,b,PaulF.Pasquinac,LaviniaFici-PasquinadAbstractAsmarthomeisaresidenceequippedwithtechnologythatobservestheresidentsandprovidesproactiveservices.Mostrecently,ithasbeenintroducedasapotentialsolutiontosupportindependentlivingofpeoplewithdisabilitiesandolderadults,aswellastorelievetheworkloadfromfamilycaregiversandhealthproviders.Oneofthekeysupportingfeaturesofasmarthomeisitsabilitytomonitortheactivitiesofdailylivingandsafetyofresidents,andindetectingchangesintheirdailyroutines.Withtheavailabilityofinexpensivelow-powersensors,radios,andembeddedprocessors,currentsmarthomesaretypicallyequippedwithalargeamountofnetworkedsensorswhichcollaborativelyprocessandmakedeductionsfromtheacquireddataonthestateofthehomeaswellastheactivitiesandbehaviorsofitsresidents.Thisarticlereviewssensortechnologyusedinsmarthomeswithafocusondirectenvironmentsensingandinfrastructuremediatedsensing.Thearticlealsopointsoutthestrengthsandlimitationsofdifferentsensortechnologies,aswellasdiscusseschallengesandopportunitiesfromclinical,technical,andethicalperspectives.Itisrecommendedthatsensortechnologiesforsmarthomesaddressactualneedsofallstakeholdersincludingendusers,theirfamilymembersandcaregivers,andtheirdoctorsandtherapists.Moreevidenceontheappropriateness,usefulness,andcostbenefitsanalysisofsensortechnologiesforsmarthomesisnecessarybeforethesesensorsshouldbewidelydeployedintoreal-worldresidentialsettingsandsuccessfullyintegratedintoeverydaylifeandhealthcareservices.IntroductionAsmarthomereferstoaresidenceaugmentedwithsensorstoobservetheenvironmentanddevices/actuatorstoprovideproactiveserviceswiththegoaltoimprovetheoccupant’sexperience.Thesmarthomeconceptwasoriginallydevelopedwiththeprimaryfocusonprovidingconvenience,improvingsecurity,andsavingenergy.Overthepastdecade,smarthometechnologyhasincreasinglytargetedusebypeoplewithreducedcapabilitiesduetoagingordisability[1–3].Thisincreaseininterestisrelatedtothepotentialforsmarthomestosupporttheabilityofolderadultsandpeoplewithdisabilitiesto