论文总字数：16744字

摘 要

本文首先对智能家居的概念、发展、应用与不足等多方面进行了简要介绍，进而引出智能家居中较为关键的部分即定位系统；接着对定位系统作各方面的介绍，包括概念、意义、分类、算法与应用等；随后简要介绍热释电传感器的工作原理；最后联系基于传感器的相关课程，如单片机、模拟电路等，设计出合适的定位算法，并且对简单的室内定位系统进行构思设计，对其中关键点包括传感器的布局、整体电路设计、程序设计等进行了阐述，并且最终通过单片机与液晶的并口连接实现显示功能。

关键词：智能家居 定位系统 热释电传感器 非基于终端

The Design and Application Of Pyroelectric Sensor

Abstract

This article first briefly introduces the concept, development, application and insufficiency of smart home.The most critical part of the smart home is the positioning system.Then we introduce various aspects of the positioning system, including concepts, meanings, classifications and applications, algorithms.Next,how the pyroelectric sensor works is introduced.Finally, we design a suitable positioning algorithm based on related courses, such as single-chip microcomputers, analog circuits, etc..In addition, the concept and design of a simple indoor positioning system are described. The key points including the layout of sensors, overall circuit design, and program design are explained.Finally, the display is realized in the liquid crystal which is connected with the single-chip microcomputer.

Keywords: smart home;positioning system;pyroelectric sensor;non-terminal

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章、 智能家居的简介 1

1.1概念与特征 1

1.2发展进程 2

1.3应用与不足 3

1.4智能家居与传感器 3

第二章、定位系统 5

2.1定位的概念与意义 5

2.2定位的分类与应用 5

2.2.1室外定位分类与应用 5

2.2.2室内定位的难点 6

2.2.3室内定位分类与应用 6

2.3定位算法 7

第三章、设计思路 9

3.1热释电传感器简介 9

3.2目标区域的传感器序列分布设计 9

3.3电路设计与电路图 10

3.4流程图与程序设计 12

3.5液晶显示包括取模与连接 16

总结 20

参考文献 21

智能家居的简介

1.1概念与特征

Facebook创始人马克·扎克伯格在2016年给自己定了一个目标：靠自己的力量完成对贾维斯的设计与打造。贾维斯想必大家都不陌生，他是电影《钢铁侠》中小罗伯特·唐尼最忠实的管家与最亲密的搭档，当然还有最为特殊的一点，他是专属斯塔克的人工智能系统。于是，便出现了以下这一系列日常生活的情景。早晨，当扎克伯格从睡梦中醒来时，贾维斯会告诉他：早上好，马克，今天是周六，所以你只有五个会议要开，房内温度设置在凉爽的68华氏度（20℃）。不仅如此，贾维斯还会提前为扎克伯格做好早餐。当马克需要开视频会议，只要他语音要求，视频影像很快就会显现在他面前。当家里有人要来，贾维斯会在家门口实现人像扫描并确认身份告知马克。贾维斯还会与马克的女儿互动，甚至传授一些简单的中文；当女儿走出房门到某些危险区域，贾维斯会立刻发出警告并通知父母…什么是智能家居？这可以说是智能家居最直观清楚的体现。凯文·凯利说过，什么是最深刻的技术，最深刻的技术看不见摸不着，但他却能融入你的生活中，以无形但强大的力量影响你的生活，便利你的行动[^[1]]。显然，在智能家居领域中，这种技术随处可见。

那到底智能家居的本质，或者说是它最基本的概念是什么？智能家居最初指的是将家里一切与信息相关的设施，诸如电器、通信设备或者是监控器之类的安防装置，通过某种技术全部连接到一个家庭信息总网中，进行统一的监管与信息处理，使它们与周围环境相互协调，融为一体[^[2]]。简单的说，就是将家里能搜集到的各类信息统一收集在同一个系统里实现统一的处理与管理。但又有许多概念与之类似，譬如“家庭自动化”、“家庭网络”、“数字家庭”等等，而之所以智能家居能区别于前者，都源于它的特征。

智能家居能实现家庭的统一控制，但它决不局限于控制[^[3]]。实现智能家居，最终目标是要能提升生活质量，设备与家庭网络的连接与集成仅仅是途径而不是目的，所以智能家居做的不单单是把空调遥控器、电视遥控器合二为一，他还需要知道什么时候设置成什么温度，甚至是几点播放什么节目。而要想做到这一点，就必须要了解住户的生活习惯，家庭中各人各物的实时状态。所以智能家居相比于其他概念，最重要的特征之一就是他能通过长时间的积累学习了解户主生活习性，最终实现自动运行，亦即通过实时监控，实现即时反应。

1.2发展进程

每一个新概念的提出往往都需要时间的积淀，也必将经历时间的洗礼最终日益成熟或者消失殆尽。智能家居，这一熟悉而又陌生概念的形成要追溯到2000年以前，而最为人所熟知的应该是微软维纳斯计划，尽管以失败告终，但有更多人开始接触这一概念，为之后智能家居的发展奠定基础[^[4]]。2000-2005年，由于国外智能商品品牌的涌入，国内开始代理经销智能产品，这里不得不提深圳红树西岸这一楼盘项目，在国内楼盘项目中它是首次提出智能家居这一概念的，这也意味着国内智能家居逐渐开始在发展。2005-2008年，我国国内智能家居经历了第三个阶段：市场摸索期。智能灯控、家庭背景音乐、家庭安防等产品开始逐渐出现，国内智能家居领域的产品制造商们终究还是向着迷雾勇敢迈出了第一步。尽管局限于当时的技术与资源，很多这一时期的厂商我们早已看不见了，但他们的出现令人激动与欣慰，而且具有十分重要的意义。紧接着，2008-2012，智能家居迎来了又一重要的发展时期：厂商关注期。包括家电、电气、楼宇对讲、安防等企业都开始向智能家居方向发展，并开始拓展自己的业务，甚至是高端楼盘推销宣传都开始大量引用智能家居，能不能实现先不谈，至少让我们觉得智能家居离我们越来越近。随着物联网概念的兴起以及各类元器件和电子技术的飞速发展，国内智能家居同样也迎来了全面、快速的发展。2012-2016年，前半段称为技术沉淀期，在这一时期，轻智能与智能单品快速发展，由此带来的效应便是智能家居更加亲民，不再是可望而不可即，可望而难即。无论是在价格方面还是在普及度方面都有了很可观的改变[^[5]]。与此同时，APP和Wi-Fi也为传统家电的智能化开辟出一条新的道路。到了后半段，生态圈又成了人们所关注的词汇，如何建立生态圈，是否能借助智能家居来更好地理解并完善生态圈，这成了各企业关注的重点，包括互联网、手机、家电都纷纷希望能以实现智能家居的形式来体现并发展自身价值。

1.3应用与不足

回顾过去智能家居的发展至今，回过头来想想，智能家居究竟是一个系统还是一种产品？经过十几年的发展，智能单品层出不穷，但真正意义上的一套完整的智能家居系统我们却未曾看见。这首先取决于智能家居的概念，它本身就是整个家庭设备的整合与统一运行，包含的范围、涉及的行业太广太大，越去追求系统的完整性，发现的问题也就越多，因此当今主流依旧是以统一的智能系统为目标，以单一或多个目标的共同实现为主体。基于此，智能家居的应用也不尽相同，包括智能安防的监控与报警、智能锁、智能灯控、智能影音控制、中央空调智能家居集成控制等多种功能。每个系统有侧重但不独立，比如来说说智能灯控系统。模拟以下四个情景：清晨起床，晚上就寝，晚餐以及假期。清晨天未亮起床时，智能灯控会根据设定时间缓慢调亮较为柔和的灯光让户主更好地起床，同时打开盥洗室的灯光以便户主洗漱；晚餐时间，可设置成灯光闪烁提醒家人吃饭，这样就不需要扯大嗓门喊了；晚上就寝，系统根据户主的习惯或者是设置，将各处的灯光或是熄灭，或是保留，或是减弱，同时也能控制室内温度以保证舒适的睡眠；放假出门游玩，户主也可以设置成假装家里有人，定时开关灯并加强安保系统以减少屋内被窃的风险。当然，每样东西都不可能完美，智能家居虽然能给人们带来便利，但同时也存在着些许不足，主要包括这两方面：安全问题与兼容性问题[^[6]]。智能家居内的网络与物联网有着密不可分的关系，因此任何与网络有关的问题，智能家居同样存在。黑客通过网络破坏产品原有的功能，或者是直接破坏家居，更严重的是窃取用户资料与隐私，这些每个用户在使用智能家居时都需要防范，并且对于网络防护这一块丝毫不能松懈。而兼容性问题产生于生产厂家、生产规范、生产组件的技术不同，当一个智能家居系统想要实现多个功能时，各个家居产品必须要能联动，这就要求各产品之间需要有一个安全的解决方案。

1.4智能家居与传感器

智能家居是如何把人与家居结合起来？智能家居各种监管技术层出不穷，但其中最为基础且重要的元件之一当属传感器。传感器，顾名思义，传递感应的器件，智能家居通过对人们感官的收集、处理与统计才能更好地实现人工智能。比如你刚剧烈运动完，回到家便将空调开到低温，这时系统对人体温度的检测拒绝你行为的实施，便会发出警告甚至是直接否定，这就是我们要的智能家居。所以传感器好比智能家居的感知器官，十分重要。

第二章、定位系统

2.1定位的概念与意义

定位，顾名思义，就是确定位置，它的对象可以是人，可以是自然界的其他生物，也可以是某种物体。抛开现代科技，自然界生物本能的定位本领要比我们人类强得多。例如，通过特训的警犬可以利用嗅觉精准地嗅出毒品或者是武器所在的位置；信鸽则通过体内的生物钟依靠太阳的位置进行定位，从而来保证自己离开到数百千米之外仍不会迷路；许多需要长距离迁徙的候鸟之所以能够精准往返于两地之间，是因为它们通过地球磁场来定位与导航，从而使自己的迁徙不会偏离航线；蝙蝠能发出超声波，通过接受反射回来的超声波对周围环境进行障碍判断。嗅觉、生物钟、地球磁场、超声波，这不得不让我们佩服自然界的强大与神奇。定位对于自然界的生物是必不可少的，对于我们人类，定位同样有着举足轻重的作用。广义上讲，鼠标光标的定位、手机屏幕触屏的定位、拍照时的对焦等等，定位随处可见；而就确定人在地球上的位置这一狭义概念讲，定位更是无比重要[^[7]]。我们不具备对地球磁场的感知能力，没有灵敏的嗅觉，也无法通过超声波定位，但我们同样需要长距离的移动，同样需要通过定位来满足别的需求，于是基于位置的服务应运而生，其中最为人所熟知的便是GPS即全球定位系统。联系上面介绍的智能家居，对住户在家中的定位是智能家居提供有效精确服务必不可少的一环。对住户的当前状态监测与分析并实时作出最正确的反应，这是智能家居最显著的特点，其中最重要的就是对住户状态的监测，也就是定位。

2.2定位的分类与应用

2.2.1室外定位分类与应用

先来全局介绍一下定位技术。定位技术多种多样，但通过对场景不同的划分，大致可分为两个大类，一类为室内定位技术，另一类为室外。上一节提到的GPS定位系统大部分运用于室外定位，当然室外定位包含的种类有很多，包括卫星定位、基站定位、混合定位、量子定位。室外定位技术应用范围也十分广，除了对人或物体的定位比如物流配送、共享单车等，在测绘勘探等方面也有着显著成效，比如大地测量、航空摄影测量、地壳运动监测、资源勘查、海洋开发等领域[^[8]]。由于本课题需要，室外定位技术仅简要介绍，下面来具体谈谈室内定位技术。

2.2.2室内定位的难点

通过全球导航卫星系统，室外环境下可以达到很高的定位精度，但我们大部分时间都是在室内度过的，这就要求定位系统在室内要有同样的定位精度。但在实际定位中发现，环境对定位的影响太大。

首先是墙体等遮蔽物对信号的削弱作用明显，当依旧通过卫星定位系统对室内进行定位时，由于信号的削弱，定位精度将大大降低，所以卫星定位并不适用于室内定位。

请支付后下载全文，论文总字数：16744字