智能家居养老系统

智能家居养老 系统

乔羽，饶博颖，吴菲

天津职业技术师范大学 自动化与电气工程学院， 天津， 300222

摘要：当前社会老龄化的现象愈发严重，很多老年人都不得不面对独自生活的现象，老年人独自在家存在一定的安全隐患，智能家居养老系统就是基于此现象而提出的方案，该系统可以解决以上问题。

关键词：智能家居；养老；单片机

1. 引言

随着社会老龄化的加剧，很多老年人由于子女长期不在身边，他们必须面临自我独立生活的现状，这一群体在老年人当中是十分庞大的，因此居家养老智能化就显得非常重要，针对老人的需求，以及结合物联网的发展，从而形成软硬件结合的智能家居控制系统，是探索智能家居的新模式。

2. 系统设计

2.1. 设计背景

为提高老人的生活质量解决老年人独立生活的困难，本文提出了以STM32单片机为主控制器的智能家居养老系统。该系统为老人提供照明控制、温湿度监测和烟雾检测的功能以及可编程定时控制等多种功能和手段，与普通家居相比，智能家居具有网路通信，设备自动化，提供全方位的信息交互等功能。实现了智能调控室内温度，一键发送报警短信功能，语音播报提醒功能，实时时间显示功能，智能语音控制家具，将智慧家居与智慧物联网结合起来，有着成本低廉，用户操作简单，可扩展性强，实用性强等特点，真正地为独居的老年人提供了便利，对社会有着重大意义。

2.2. 系统总体结构

本方案采用STM32开发板作为本项目的MCU，通过与其他模块连接进行数据传递，从而控制各个模块，分别包括GSM模块、温湿度模块、语音识别模块、烟雾监测模块、视频模块、红外模块、Wifi模块、灯光照明模块和显示模块，如图1所示。

2.3. 模块器件选型

在本文设计中，我们采用了以下器件：

1. 针对GSM模块，使用SIM800A芯片接收指令，用来实现老人一键发送求救短信，室内有害气体浓度过高时实现自动报警功能；

2. 针对温湿度模块，使用DHT11传感器收集室内温湿度数据，通过OLED屏幕显示采集到的数据，并将采集到的数据和预先设置好的数据进行比对，从而控制电机模拟调节室内温湿度；

3. 针对视频监测模块，使用OV7725摄像头实时采集室内数据，观察老人在家时的状态；

4. 针对红外模块，使用1838红外接收传感器，并用相应的红外遥控器控制家用电器；

5. 针对语音播报模块，使用LD3320芯片进行语音播报，通过接收相应的语音指令来控制家用电器，并提醒老人按时吃药；

6. 针对烟雾检测模块，使用MQ2烟雾检测传感器，采集室内有害气体浓度并通过OLED屏幕显示当前室内有害气体浓度，结合GSM模块进行及时报警；

7. 针对Wifi模块，使用ESP8266芯片将视频模块采集到的数据传递到客户端，从而便于用户观察老人居家时的状况；

8. 针对显示模块，使用ILI9341屏幕显示当前室内温湿度、时间、烟雾浓度等状态，便于用户查看；

9. 针对灯光模块，使用LED灯模拟家用电灯。

3. 程序设计

本文设计将各功能代码模块化，以便使用，其中语音识别模块写入51单片机内，其他模块写入STM32内部，充分利用STM32的闲置GPIO，达到使用不冲突，减少复用的目的。

图1、系统结构框图

4. 实物调试

选取一个房间，将各模块组装起来并将程序下载到STM32内，通过屏幕观察室内温湿度数据变化，通过语音控制家用电器，测试按键短信报警，使用打火机模拟有害气体释放观察数值变化以及自动报警。

5. 结论

本文是以STM32为主控制器的智能家居养老系统，使用ARM控制器，与其他控制器相比可扩展性更强，兼容的通信方式更多，采用32位处理器，在AD转换方面速度更快，精度更高。

该系统实现了智能家居养老的基本需求，包含智能调控家用电器调节室内温湿度，一键发送求救信息，语音播报提醒老人吃药和控制家用电器，屏幕显示当前时间，上位机显示视频监控录像，红外遥控家用电器等功能。将家用电器与物联网结合起来，实现居家养老智能化，为老人的生活提供了安全舒适的环境。

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作者简介：

乔羽,男,2000年生,天津人,天津职业技术师范大学本科在读,测控技术与仪器专业

基金项目：天津职业技术师范大学2020级大学生创新创业训练计划项目，项目编号：202010066072