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建筑百科丨探秘智能家居(一)

学问交流
2018-02-07

智能化,这个科技感十足的词,已经逐渐从让人望而生畏的“高冷女神”,变成了人人见之可亲的“邻家小妹”。生活在大都市,几乎每天都能接触到各种各样和智能化有关的产品,低头不见抬头见的智能手机,帮助打扫卫生的清洁机器人,用于航拍的遥控无人机……智能化用它的十八般武艺使大家的生活更方便更舒适。家居装饰中,智能化也有十分广泛的应用,本系列文章将从笔者的工作实践出发,与大家探讨一下智能家居及智能照明。

智能照明控制系统是利用先进电磁调压及电子感应技术,对供电进行实时监控与跟踪,自动平滑地调节电路的电压和电流幅度,改善照明电路中不平衡负荷所带来的额外功耗,提高功率因素,降低灯具和线路的工作温度,达到优化供电目的的照明控制系统。在家居环境中,智能照明控制较多地应用于配合特定情境下的照明要求,例如配合家庭影院设备的使用,以及在书房办公阅读环境下对自然采光的补偿等。

通常,控制系统需要主从设备间通过数据线或无线方式进行设备状态的查询与数据交互。然而在家居环境中,使用者通常能够直观地感受到受控设备的状态改变,无需像在公共场合环境中实时注重同步各设备的运行状态。

智能家居不等同于智能家电。智能家电只是采用了一些智能化的系统或技术,是相对于传统家电而言的。像是新世纪之后风靡全球的智能手机,虽然包含智能化技术,但它终究还是手机。智能家居是一个平台,其本身就是一个智能化的控制系统。在这个平台上,所有的家电和门窗开关都可以被远程控制,实现智能化的应用体验。用户可以完全自定义设置,根据需求进行各种各样的智能控制,这才是真正的智能家居。

当然,很多时候也不是仅仅能够进行简单的智能控制就可以被称为智能家居了。大家所需要的智能应该能够切实帮助大家解决实际需求并提供方便快捷人性化的使用体验。因此,判断到底智能与否,最终还是要通过大家自己来实际体验,只有适合自己、真正提升自己生活品质的智能化产品才是好的智能化产品。

下面以一个常见的住宅户内平面图为例,来看看在哪些地方,智能家居可以为大家省心省力。

常见住宅户内平面图

 

从上图中可以看出,该住宅内可能需要智能家居的场所有:主卧室、书房、阳台、以及客厅。可能需要使用到智能化的功能有:灯光调节、电动窗帘控制、植物自动浇水、空气质量监测等。传统智能家居采用有线技术,布线复杂,造价昂贵,用户体验非常不好。新一代基于互联网的智能家居,利用无线传感技术,结合目前最热门的移动互联网技术,采用智能终端远程控制,可以明显提升舒适度。不过考虑到只是入门案例,大家还是暂且使用最简单易行的有线方式。

明确了需求,接下来需要思考的就是如何实现上述功能了。依前文所述,智能家居首先需要搭建一个有良好扩展性的平台,这里大家选择STM32开发板来完成平台的搭建工作。

 

ARM芯片开发版界面

 

上图是一款市面上常见的STM32开发版。作为一款低功耗ARM芯片开发版,其上集成了很多可用于智能家居功能开发的模块,例如带触控功能的液晶显示屏、SD卡卡槽、足够多的I/O接口供串口通信及挂载其他功能模块。开发版的供电只需使用220V/12V变压器即可达到要求,在板子上也留有±5V,±3.3V的电源接口供外部模块使用。同时,一块纽扣电池作为STM32芯片的备用供电,以保证系统稳定。

大家以阳台智能窗帘控制及植物自动浇灌功能为例来看一看智能家居平台是如何具体实施各种智能化操控的。绿色植物让环境更宜居,受到大家的喜爱。但不少上班族长期忙于工作,往往没有足够的时间打理阳台上的绿色植物。智能家居可以成为一个很棒的“助理园丁”,智能家居平台将在水分和光照两方面对植物进行及时有效的照顾。要完成这个目标,除了作为智能系统核心的STM32开发板,大家还需要进行信号采集和动作输出。

温湿度及光照信号的采集需要一些外部组件。本着简单易行的原则,在这里大家分别选用湿敏电阻和光敏电阻来检测环境中的湿度及光照程度。温度信息虽然也可以通过加装温度传感器来获取,但由于STM32芯片本身自带芯片温度检测功能,获取的芯片自身温度与环境温度的差值仅为0.2摄氏度左右,因此可以将此测量值视为环境温度。且由于STM32芯片本身是一款低功耗芯片,基本不会出现过热的情况。

以上三个信号量里,除了芯片自身读取的温度数据是数字量,其他两个信号都还需要进行AD转换(模拟量/数字量转换)才能被智能系统识别。STM32芯片自带3个8通道AD转换器,只需利用开发板的3.3V直流电压引脚,分别将光敏电阻、湿敏电阻接入,并将电阻的另一端接入STM32的其中一个AD转换器的两个输入引脚,即可实现系统对湿度和光照的检测。

智能系统的动作输出需要实现窗帘的自动开关及对植物的自动浇灌。其中电动窗帘常用的电机需要220V电压供电,而STM32引脚的输出电平为0~5V。为了控制电机,加装一个5V/220V继电器,就可通过改变芯片引脚的电平高低控制电机的运行。同理,也可以通过继电器带动220V的微型水泵实现自动灌溉。

完成后的智能系统,加上外接的时钟芯片,可以实现在每日的特定时段对当前阳台的温湿度进行检测,再以采集到的数据为根据,决定对植物进行何种程度的补水。每隔半个小时或一个小时会对阳台的光照程度进行检测,若光照过强,则启动窗帘电机,调节阳台光照,避免一些娇嫩的植物被强烈的阳光伤害。如果光照减弱,则再次启动窗帘电机,拉开窗帘。整个过程都可根据用户的实际需要调节系统动作方式及电机运行的时间,用户只需一个星期补充一次水泵的储水即可。如此,阳台成为了一个真正的智能化家居空间。

 

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第三建筑设计院

刘涛

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