【《基于单片机的智能家居系统设计（论文）》13000字】.docx

基于单片机的智能家居系统设计目录1绪论21.1 研究背景21.2 智能家居的发展历史和主要功能3121智能家居发展史3122智能家居的主要功能41.3 智能家居的研究现状4131国内智能家居的发展4132国外智能家居的发展42系统设计62.1 整体介绍62.2 设计的主要内容和功能63系统硬件设计83.1 系统功能设计83.2 ST89C52RC机无述83.3 按键控制电路93.4 电源电路93.5 报警电路103.6 1CD12864液晶显示电路113.7 SIM800模块电路113.8 温度传感器模块电路123.9 人体红外传感器模块电路133.10 传感器及处理电路133.10.1 红外线传感器133.10.2 信号处理电路143.11 烟雾检测模块144系统软件设计174.1 软件主程序架构174.2 温度、烟雾控制174.3 防盗功能184.4 1CD12864显示流程图194.5 串口GSM函数流程图204.6 温度检测流程图204.7 按键子程序214.8 报警流程图214.9 烟雾浓度程序流程图225系统的实现与测试235.1 总体实现步骤235.2 焊接调试235.3 功能调试236结论与展望276.1 结论276.2 展望27参考文献28附录301绪论1.1 研究背景智能家居通过将家庭为平台，将建筑与自动智能化合为一体的高效、便捷、舒适的居家环境。智能家居的出现使得建筑的功能不再仅仅作为居住使用，而是成为利用时间的工具，使人们的生活环境更为舒适、高效、安全和节能。物联网因其巨大的应用场景，所适用的环境也越来越多，智能家居就是物联网行业应用中家庭信息化产业的重要组成部分随着局域网络的普及，智能家居的功能逐渐多样起来，例如供远程控制空调的开关以保持屋内温度的恒定，远程开关热水器。自动控制照明系统以及窗帘的自控等。同时可以提升安全等级例如防盗报警监测室内人员流动、火灾自动灭火报警等，使生活更加舒适、便利和安全。随着当前集成电路技术的不断进步，单片机也逐步走向微型化，集成化，性能化。单片机技术运用到智能家居中不仅可以让家居更舒适、便捷和安全，也更加直接的体现出了科技带给人们日常生活的便捷。本文为应用单片机技术来制作智能家居。1.2 智能家居的发展历史和主要功能1.2.1 智能家居发展史第一幢有智能家居参与其中的楼宇出现在美国，之后欧洲等西方国家紧接着提出了各自的智能家居。同时在这些国家以及亚洲的部分国家都开始将智能家居应用到建筑中。在新加坡进行的“九八亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会上新加坡提出了新型的家庭智能化系统。它的主要技术功能应用范围主要包括自动抄写报表、安防防盗自动警报、视频自动对讲、家用家庭电子电器设备自动控制、住户管理消费者个人信息管理保存以及留言、有线电视系统接入、计算机有线电话系统接入、家用电子智能化家庭控制面板、智能化家用布线盒、宽带无线互联网系统接入及家用软件系统配置等。在美国，当时的主流产品是X-IO,该产品主要针对单体别墅以及旧房改造。这个产品在美国销售量巨大但由于受到技术限制等因素，这些产品并不适宜在我国直接进行应用。与此同时，在韩国，三星集团也推出了自己的智能家居产品和系统解决方案。该公司的智能家居管理系统主要目标就是通过互联网将家电的信息化、自动化管理、安全预防、监测以及警报等与其他行业相关的技术交叉融合在一起，形成一个完整的专门针对家居人员的智能控制管理网络。时间到了二十一世纪，人们通过家庭电视机、收音机、报纸、期刊杂志、网络等各种信息平台开始了解智能家居这个概念并渐渐接受。某些房地产商也开始打着“智能化”作为其房产建筑的一个“卖点”来宣传，同时对智能家居市场表现出积极的态度。一部分企业和科研机构认为这将会有着巨大市场潜力的蛋糕，都着手研究和开发相关的系统和产品。在2001年初，智能家居产品行业迎来了一次井喷，被誉为''研究开发年在2001年我国人民已经有一定程度地了解并接受智能家居管理系统。在此一年里诸多公司与研究机构都开始更深入地进行研发。对于智能家居的研发而言，在硬件、软件的开发和研究方面都是具有一定困难的，在时间有限的条件下进行智能家居的开发是很有难度的。不过这些年，国内许多公司和机构开始借鉴一些国外的经验。到了2003年，国内一些中高端小区和大型私人住宅，在对楼宇的控制和对楼层管理等各个方面都已经开始逐步实现了智能化、自动化的场景。国内市场和国外一些产品也开始有了较大的规模在国内市场。2004年至2007年，应用于智能家居的网络已经进入到了一个普及和推广的阶段，这时国内已经拥有了一批由国外专业技术人员自主设计和研制的更加完善的网络管理系统，与国外同类型的智能家居产品在其性能上已经基本保持相似。与此同时，我国自行开发和设计制造的一些互联网家电设备将拥有相当大的市场规模。我国企业自主开发的系统和技术产品与欧美发达国家相关的技术水平日渐适应，国产的系统和产品逐渐占据主导地位。122智能家居的主要功能当前阶段智能家居的主要功能分为两方面，一方面在于提升居家舒适性方面，例如室内温度、湿度恒定以及屋内光线随时间或使用场景的调整等。另一方面在于保护人身财产安全，例如防盗报警，火灾报警，煤气报警等也舒适性可以通过屋内各个电器以及物件的联动来实现，安装温度光线等传感器实时监测室内温度光线等，通过电器空调、灯光以及物件电动窗帘等实时保持室内的舒适性。也可通过远程控制端对电器热水器等控制，方便人们的日常生活以达到“以人为本”的全新生活体验。安防性可以通过安装电子摄像头、人体红外线传感器、烟雾报警器、温度报警器等来实时的监测室内的安防，并进行安防联动监测到烟雾是开启水泵以及报警等。可以远程控制并查看室内情况，以达到“安心生活”的目的。1.3 智能家居的研究现状131国内智能家居的发展在改革开放之后，我国智能家居行业逐渐兴起。智能化建筑建设率先在我国的上海、深圳等沿海城市开放，并逐渐向内陆发展口支二十世纪初，建设部联合多部门组织实施了全国住宅小区智能化技术示范工程意味着我国住宅转向智能化的开始。智能化的家居设备随着家庭信息网络技术委员会的成立，也逐渐有了专业统一的标准。目前为止，我国将有70%以上的家庭拥有Internet入网设备，大中城市中50%的住宅要实现智能化口，1.3.2国外智能家居的发展1984年，世界上第一幢新型设备智能化的大型建筑在当年美国康涅迪格洲正式竣工落成。这栋新型的并且具有重大历史性和国际意义的新型建筑只是对一座大型老旧办公大楼的重新结构设计和一定程度的翻新改造才能顺利完成的口为它只是一种通过采用智能计算机监控系统实时地对整栋大楼建筑中的暖气空调、电梯、照明等各种智能设备实时进行监测，并为大楼客户实时提供了包括语音视频聆听、电子邮件、情报和大数据等各个方面的实时信息和通讯服务口明2000年整，新加坡已经统计拥有了将近30个家庭居民和每户社区，其中的约5000户常住人口全部都被采用到了家庭安装智能化居民系统，美国的家庭安装式智能居民系统住户更是多在当地统计超过了高达4万户。2003年，网络化以及智慧智能家居的快速发展为其前期建设项目提供了一个高达4500亿美元的宏观市场经济价值，这其中约等于有3700亿美元的市场价值已经占据了中国智能家居及其相关的软硬件服务产品的整个市场份额，而其余的市场份额部分主要是由于相关软件和服务技术上的支撑以及服务的投入成本口文2系统设计2.1 整体介绍本次设计控制核心为STC89C52芯片，温度、湿度等传感器做信息采集源，数据显示用1CD12864液晶屏，机短信为接收信号数据来源，并通过手机短信进行远程控制。2.2 设计的主要内容和功能本次设计的主要内容有两点内容其中一种为实现家居温度以及烟雾浓度并进行风扇以及水泵等操作降低室内温度和烟雾浓度，目的在于提升居家的舒适性和安全性。另一内容为防盗模式功能，即家中无人时，防盗模式开启，当有人进入时，报警电路进行声光报警并发送短信到手机端，重点体现了智能家居中的安防功能，保障人身财产安全。本次设计的主要功能包括温度检测、人体红外监测、按键设置电路、GSM短信发送、烟雾浓度检测以及控制功能。温度检测：(1)采用DS18B20数字温度传感器进行检测。(2)将检测到的结果通过引脚发送给单片机。人体红外检测检测：(1)采用人体红外传感器检测当前是否有人。按键设置电路：(1)通过按键设置温度报警上限和防盗模式。(2)实现布防撤防。GSM短信发送：(1)当检测到的烟雾温度大于报警值时，单片机发送报警短信。(2)当检测到的人体红外报警值时，单片机发送人体红外报警短信。(3)可以发送指令给单片机，直接获取数据。烟雾浓度检测：(1)通过烟雾传感器检测当前空气中烟雾浓度含量。(2)通过ADCo832进行模数转换。控制功能：(1)当温度过高时，通过开启风扇进行降温。(2)当烟雾浓度较高时，继电器驱动水泵进行灭火。图2-1智能家居系统框图在当前科技不断发展的条件下，智能家居的发展也进入到了发展的快车道口，本题目设计了基于51单片机的智能家居控制系统，重点研究于提升家居的舒适性于安全性，提升居住生活水平。家居中的烟雾、温度、是否有人通过等信息可以通过SIM800短信模块将数据发送到手机中方便远程查看与控制。3系统硬件设计3.1 系统功能设计本次设计功能的实现采用模块化设计，将多个功能进行多个模块化操作。含有单片机主控制模块对其它模块发送来的数据进行分析以及控制其它模块的工作等。按键控制电路来设置温度烟雾功能的上限值以及防盗功能开关的控制等。电源电路为对主电路以及其它各个模块进行供电操作。报警电路是反馈电路，用来反馈当温度烟雾浓度超过设定上限以及检测到有人时的声光报警。1CD12864显示器实时显示当前温度,烟雾浓度等信息。温度传感器模块用来感应当前温度数值。烟雾传感器模块用来感应当前烟雾浓度数值。人体红外传感器模块为防盗模式功能的组成部分之一。3.2 ST89C52RC概述本设计所需采用的单片机型号为STC89C52RCo这个是由宏晶科技公司倾力推出的新型高速/低负载功耗/超强抗干扰智能单片机，指令和硬件代码都与传统8051单片式主机相同，相较于传统的STC89C51单片机，拥有更大的RAM和存储器。STC89C52RC单片机的烧录也非常简单，通过TX和RX,采用对应的编译器就可以将程序烧录进去。是一款便宜、简单和高性能的单片机口纥STC89C52RC单片机拥有40线引脚，为双列直插式。单片机的引脚联通了单片机和传感器等外设，提供了一个沟通的渠道，通过引脚，单片机才可以和传感器等外设进行信息的交互。但是单片机的引脚个数是有限的，如何最大限度的发挥单片机的功能，是非常有研究意义的。目前通过改善引脚体积和外观，采用双功能或者多功能的引脚，丰富单片机的功能，提高单片机的可用性口力。图3-1STC89C52单片机封装引脚图主电源引脚：(I)VCC引脚一40号引脚，作为输入电源的正极，输入电压为5V本次由于加入Sim800元件所选电源为5V2.1Ao(2) VSS引脚一20号引脚，作为GND引脚，用于接地，连接电源负极。时钟源：(I)XTA11引脚一19号引脚，用来连接晶振的一端，本次连接的是外部震荡的晶振，所以此引脚要接地。(3) XTA12引脚一18号引脚，与XTA11引脚连接方式相同，本次引脚接地。多功能I/O：(1) STC89C52RC单片机有