一种基于Arduino的智慧助老抗健忘装置的制作方法

本发明型涉及智能家居技术领域，尤其涉及一种抗健忘装置，具体为一种基于arduino的智慧助老抗健忘装置。

背景技术：

随着年龄的逐渐增长,身体机能的不断衰退,越来越多的老人记忆力下降,智力水平也同时变低,健忘现象经常出现。这不仅给老年人的生活带来诸多不便，降低了生活质量，同时还伴随着一定的安全隐患，甚至影响生命安全。

技术实现要素：

针对由于老年人健忘所引发的不便，甚至安全隐患的的问题，本发明型的目的在于提供一个智慧助老抗健忘装置，及时发现问题，主动告警提示，借助科学技术智慧对抗健忘。该装置操作简单，安装方便，准确度高。

为了实现本发明型的目的，所提供的基于arduino的智慧助老抗健忘装置包括壳体和数据采集模块(门控信号采集、红外信号采集、水流量采集和水蒸气采集，所述壳体和数据采集模块之间通过导线连接；所述壳体表面上设置有显示区、指示灯、按键组和喇叭，壳体侧面上设置天线、电源接口和数据采集模块输入端口；所述壳体具有容纳腔，所述容纳腔内部设置有控制电路板和电源转换模块，所述控制电路板上设置有arduino控制器、时钟模块、gprs模块、语音模块以及液晶显示模块；所述喇叭通过所述语音模块与所述arduino控制器的数字信号输出端连接，所述显示区通过所述液晶显示模块与所述arduino控制器的数字信号输出端连接，所述指示灯与所述arduino控制器的数字信号输出端连接，所述天线通过所述gprs模块与所述arduino控制器的数字信号输出端连接，所述按键组与所述arduino控制器的信号输入端连接，所述时钟模块与所述arduino控制器的数字信号引脚连接；所述数据采集模块(门控信号采集、红外信号采集、水流量采集和水蒸气采集)通过所述导线经数据采集模块输入端口与所述arduino控制器的信号输入端连接；所述电源转换模块的输出分别与所述arduino控制器的电源端，所述时钟模块的电源端、所述gprs模块的电源端、所述语音模块的电源端、所述液晶显示模块的电源端、所述门控信号采集模块电源端、所述红外信号采集模块的电源端、所述水流量采集模块的电源端以及所述水蒸气采集模块的电源端连接。

本发明型所提供的智慧助老抗健忘装置集成了arduino控制器、水蒸气模块、水流量模块、红外热释电模块、门控模块、时钟模块、液晶显示模块、gprs模块、语音模块、按键组、多彩led指示灯和喇叭，可实现烧水沸腾、开/关门、用水未关闭等提醒，如没有得到及时处理，立即向监护手机发送消息告警。整个装置安装方便，操作简单，通过按键即可分别实现各功能的设定、调节、开闭，并且准确度高。

进一步的，所述壳体上还设置有与所述电源转换模块的输入端连接的电源接口。外部的适配器将交流电220v转换成直流9v，通过所述的电源接口为整个装置供电。

具体的，所述电源接口为dc母线接口。

具体的，所述喇叭为3w4ω喇叭。

具体的，所述指示灯为多彩高亮快闪5mm圆头发光二极管。

具体的，所述天线为小辣椒天线，与所述的gprs模块连接，所述的gprs模块为sim800c。

具体的，所述按键组为gadgeteeradkey按键模块，包括开闭键、模式键、数据“+”键和数据“-”键。

具体的，所述液晶显示模块包括显示屏和驱动芯片，所述显示屏与驱动芯片的信号输出端连接，所述驱动芯片的信号输入端与所述arduino控制器的信号输出端连接，所述驱动芯片为ili9486，所述显示屏为3.5吋tft彩屏，分辨率为320×480，提供iic/spi接口。

具体的，所述水蒸气模块为20mm×30mm的pcb板，所述的pcb板设计见附图2，所述水流量模块为rb-02s034，所述红外热释电模块为rb-02s017a，所述门控模块为rb-02s026a。

具体的，所述语音模块为by8301，所述时钟模块为ds1302。

具体的，所述电源转换模块的稳压芯片为lm2596s-5.0。

本发明型至少具有以下有益效果：

1、烧水沸腾时，及时发出语音和灯光提醒；

2、家中用水超过设定时间且水的流速不变，及时发出语音和灯光提醒；

3、进家中，没有及时关门，发出语音和灯光提醒；

4、外出开门，发出语音(携带钥匙)和灯光提醒；

5、如语音和灯光提醒得不到及时处理，立即向监护手机发送消息告警。

附图说明

图1为本发明实施例示出的智慧助老抗健忘装置结构示意图；

图2为图1所示的智慧助老抗健忘装置中的pcb板设计示意图；

图3为图1所示的智慧助老抗健忘装置中的控制电路板的电路模块示意图。

图中：1-喇叭，2-显示区，3-指示灯，4-天线，5-电源接口，6-数据采集模块输入端口，7-按键组，8-门控信号采集，9-红外信号采集，10-水流量采集，11-水蒸气采集，12-导线。

具体实施方式

为了使本发明型的目的及优点更加清楚明白，下面将结合本发明型实施例中的附图，对本发明型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明型，并不用于限定本发明型。

结合图1、图2和图3，一种基于arduino的智慧助老抗健忘装置，包括壳体和数据采集模块(门控信号采集8、红外信号采集9、水流量采集10和水蒸气采集11)，壳体侧面的数据采集模块输入端口6装有15位固定式板式压线接线端子，接线端子与壳体的容纳腔内的控制电路板连接；每个数据采集子模块(门控信号采集8、红外信号采集9、水流量采集10和水蒸气采集11)上都装有3位固定式板式压线接线端子，数据采集模块输入端口6的接线端子和各数据采集子模块的接线端子之间通过导线12连接，构成壳体和数据采集模块之间的连接。

此外，在壳体的表面上设置有显示数据信息的显示区2、灯光提醒的指示灯3、用于设置和操控的按键组7和喇叭1；壳体侧面上设置用于信号收发的天线4、电源接口5和数据采集模块输入端口6；壳体的容纳腔内部设置有控制电路板和电源转换模块，控制电路板上设置有arduino控制器、时钟模块、gprs模块、语音模块以及液晶显示模块；喇叭1通过语音模块与arduino控制器的数字信号输出端连接，安装在显示区2的液晶显示屏通过液晶显示模块与arduino控制器的数字信号iic接口连接，指示灯3与arduino控制器的数字信号输出端连接，天线4通过gprs模块与arduino控制器的数字信号uart接口连接，按键组7与arduino控制器的信号输入端连接，时钟模块与arduino控制器的数字信号spi接口连接；电源转换模块的输出端分别与arduino控制器的电源端、时钟模块的电源端、gprs模块的电源端、语音模块的电源端、液晶显示模块的电源端、门控信号采集模块电源端、红外信号采集模块的电源端、水流量采集模块的电源端以及水蒸气采集模块的电源端连接为其提供所需的工作电压；电源转换模块的输入端与电源接口5的dc母线接口连接，外部的适配器将交流电220v转换成直流9v，通过电源接口5为整个装置供电。

其中，电源转换模块与控制电路板之间通过专用的导线实现连接，控制电路板的各功能模块之间数据交换则通过pcb板上的印制导线实现连接。

此外，本实施方式中所提供的智慧助老抗健忘装置还包括电源接口5数和据采集模块输入端口6；电源接口5可以设置于壳体的任何一个侧面(前、后、左、右)上，数和据采集模块输入端口6可以设置于前侧面或后侧面，也可设置于壳体的上表面。

本实施方式中所记载的喇叭1为1个3w4ω喇叭，用于播放语音提醒。指示灯3为一个多彩高亮快闪5mm圆头发光二极管，用于灯光提醒。按键组7采用的是gadgeteeradkey按键模块的简化版，提供了开闭键、模式键、数据“+”键和数据“-”键，用于相关功能的设置和操控。

在本实施方式中，水蒸气模块为附图2所设计的pcb板，用于采集水蒸气的变化值，安装在烧开水的水壶附近，本实施方式中安装在灶台附近的墙面上，为了有很好的监测效果，烧开水时，水壶的出气嘴应对着水蒸气模块；水流量模块为rb-02s034，用于采集水流量的变化值，串联安装在供水管路中，本实施方式中安装在家中总进水管的最前端，这样可以监测家中所有用水情况，包括破损老化、非人为因素引起的漏水事件；红外热释电模块为rb-02s017a，本实施方式中安装在家中、进户门附近，用于检测判断是否有人进门或出门；门控模块为rb-02s026a，用于监测房门开/闭状态，本实施方式中磁铁安装在房门的顶端，干簧管安装固定在房门顶端的门框上。

在本实施方式中，gprs模块采用的是sim800c模块，sim800c模块可以低功耗实现语音、sms(短信)、mms(彩信)、蓝牙和gprs数据信息的传输，相关功能的配置和实现可以通过at指令的操作完成。

arduino控制器采用的是arduinomega2560，以atmega2560单片机芯片为控制器核心，语音模块为by8301，时钟模块采用ds1302。

所记载的液晶显示模块包括显示屏和驱动芯片，显示屏与驱动芯片的信号输出端连接，驱动芯片的信号输入端与arduino控制器的信号输出端连接。其中，本实施方式中驱动芯片为ili9486，显示屏为3.5吋tft彩屏，分辨率为320×480，提供iic/spi接口。液晶显示模块中的显示屏设置于显示区2中，显示区5的形状与尺寸与显示屏相匹配，用于显示提醒信息和时间，方便使用者的查看。

所记载的电源转换模块可以采用现有的任何一款具有降压稳压且输出电流1a以上的电路结构，本实施方式中稳压电路所采用的是由稳压芯片lm2596s-5.0及其外围电路构成。

本发明型所提供的智慧助老抗健忘装置的实施流程为：

1.初始化。通电，电源转换供电模块首先开始工作，为系统各个模块提供直流9v、5v工作电压；arduino控制器复位，系统各个功能模块相关芯片复位。

2.初始状态。①arduino控制器每0.5s检测一次水蒸气模块采样值，在连续的10s中，若水蒸气采样值没有明显的变化，则没有烧水沸腾事件发生；②arduino控制器每20s检测一次水流量模块采样值，在连续的300s中，若水流量采样值为零，或者不为一个近似不变的值，则无用水没有及时关闭事件发生；③门控模块初始状态为门关闭状态，红外热释电模块初始状态为无人状态；如若门控模块监测到门状态为开，则立即触发arduino控制器，监测红外热释电模块的状态，如为无人状态，不会引起关门提醒事件发生；如若红外热释电模块监测到状态为有人，则立即触发arduino控制器，监测门控模块的状态，如为关闭状态，不会引起出门提醒事件发生。

3.语音和灯光提醒。①在连续的10s中，水蒸气采样值有明显的变化，判断有烧水沸腾事件发生；②在连续的300s中，若水流量采样值为非零，且为一个近似不变的值，则用水没有及时关闭事件发生；③若首先门控模块监测到门状态为开，随即触发arduino控制器，监测红外热释电模块状态为有人，则触发关门提醒事件发生；如若先是红外热释电模块监测到状态为有人，随即触发arduino控制器，监测门控模块状态为开，则触发出门提醒事件发生。

4.发送告警消息。①烧水沸腾引起语音和灯光提醒超过60s；②用水没有及时关闭引起语音和灯光提醒超过90s；③关门或出门引起语音和灯光提醒超过30s。

arduino控制器作为整个装置的管理中枢，一方面控制并协调管理水蒸气模块、水流量模块、红外热释电模块、门控模块、实时时钟模块、gprs模块、语音模块、液晶显示模块、灯光模块、adkey按键模块；还需对各种数据进行运算、分析及处理，进而给出各种提醒，直至告警信息。其控制及管理功能通过串行接口及gpio口实现，arduino控制器通过spi串行口与实时时钟模块相连接；通过uart串行口与语音模块相连接；通过iic串行口与液晶显示模块相连接；通过i/o口与水蒸气模块、水流量模块、红外热释电模块、门控模块、adkey按键模块连接。arduino控制器的型号为arduinomega2560，具有54个数字输入/输出端口(其中15个可提供pwm输出)，16个模拟输入端口，输入工作电压dc7v～12v，时钟频率为16mhz，采用atmega2560单片机作为处理器的核心。

时钟模块的主要功能是提供精准的时间信息。ds1302是一款具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片，提供秒、分、时、日、星期、月、年计数功能，具备闰年补偿功能，可配置为24小时格式或12小时格式。芯片独立工作，不受外界影响，计时准确。

液晶显示模块的主要功能是提醒信息和时间的显示。采用3.5吋tft彩屏，亮度高，对比度大，分辨率为320×480，提供iic/spi接口，节省i/o口，支持dc3.3v/5v电源供电，驱动芯片为ili9486。

语音模块的主要功能是播放语音提醒。by8301是一款小巧的新型高品质mp3模块，支持mp3、wav双格式文件，模块内置spi-flash存储器，并配有microcusb接口，不需上位机软件，通过数据线直连电脑就可自由更换flash的音频内容；支持通过标准uart串口实现语音播放、暂停、上下曲、选曲、音量加减等操作；自带3w功放，具有30级音量可调，工作电压3.6v-5.0v。

gprs模块主要实现向监护手机发送告警消息。模块采用sim800c，一款高性能工业级gsm/gprs模块，主要工作在850/900/1800/1900mhz频率，具有以下优点：①满足gsm2/2+标准，支持gsm/gprs与at指令控制；②多样化的硬件接口可方便地与单片机或plc进行通讯，支持双sim卡，可低功耗实现sms和数据信息的传输；③工作电压范围超宽，支持5v～24v电源供电；④性能稳定，外观小巧，性价比高。

电源转换供电模块为装置各个模块提供工作电源。gprs模块工作电压为9v，直接由外输入的电源供电，其余各系统模块工作电压为5v，系外部输入电源输出经lm2596s-5.0转换得到。

以上所述仅是本发明型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明型的保护范围。