【基于單片機的智能家居控制系統(tǒng)設計6300字（論文）】

IIPAGEIII基于單片機的智能家居控制系統(tǒng)設計摘要：智能家居技術作為我國家庭生活信息化的一種主要實現(xiàn)手段和方式，已經逐漸成為我國經濟社會信息化進步和發(fā)展的重要基礎和組成部分，物聯(lián)網(wǎng)因其廣泛的應用和發(fā)展前景，將被認為是我國智能家居行業(yè)在技術創(chuàng)新和發(fā)展的過程中一個更加比較現(xiàn)實的技術突破口，對于智能家居行業(yè)的未來和發(fā)展也具有十分重大的意義。本文基于容易實現(xiàn)、方便簡單操作、貼近實際使用的設計思路和技術理念，采用STC89C52單片機作為其主控系統(tǒng)，BELL蜂鳴器、MQ-2煙霧監(jiān)測器、DS18B20溫度傳感器、DYP-ME003人體紅外物監(jiān)測等元件組成，能夠及時監(jiān)測到室內溫度和煙霧是否達到設置上限以及屋內是否有盜賊。一旦發(fā)現(xiàn)煙霧和溫度超過上限值時就會立即進行聲光報警并通過發(fā)送短信的形式將數(shù)據(jù)發(fā)送到業(yè)主的手機里。其中溫度和煙霧超過上限值會開啟風扇水泵的設備進行挽救措施。當紅外人體感應系統(tǒng)檢測到有盜賊入侵時，立即進行聲光報警并發(fā)送短信到業(yè)主手機中，實時報警。伴隨著科學水平的不斷提升，智能家居也在不斷的進步和發(fā)展，智能家居在提供一個舒適的居住環(huán)境的同時也為人們的生活安全提供了一種保障，極大的提高了人們的居住舒適度。目錄204461引言 1193922系統(tǒng)硬件設計 2129832.1系統(tǒng)功能設計 2133582.2報警電路 2312682.3LCD12864液晶顯示電路 2166102.4SIM800模塊電路 3316672.5溫度傳感器模塊電路 3213272.6傳感器及處理電路 4217002.7煙霧檢測模塊 556933系統(tǒng)軟件設計 692713.1軟件主程序架構 6223413.2溫度、煙霧控制 6272933.3LCD12864顯示流程圖 783843.4串口GSM函數(shù)流程圖 832683.5溫度檢測流程圖 9165403.6報警流程圖 950833.7煙霧濃度程序流程圖 1026814系統(tǒng)的實現(xiàn)與測試 12244494.1總體實現(xiàn)步驟 12225134.2焊接調試 12249534.3功能調試 128200總結 1730685參考文獻 18PAGEPAGE33PAGE301引言伴隨著時間一天天向前推進，人類文明的發(fā)展也從未間斷，科技的發(fā)展進步也不曾停下腳印，人類也正在向全球智能化邁進，伴隨著科技文明的進步，各行各業(yè)都取得了巨大的進步，人們也有了更多的機遇與挑戰(zhàn)。人類需要更加智能更加快捷的系統(tǒng)來服務于生活，現(xiàn)代社會也在向智能化邁進。物聯(lián)網(wǎng)是發(fā)展的趨勢，賦予物智能化，讓他們更好的為人們服務是我們的追求，無論是智能養(yǎng)殖，還是智慧農業(yè)，都離不開物聯(lián)網(wǎng)智能化的技術支撐。物聯(lián)網(wǎng)技術的實現(xiàn)為物聯(lián)網(wǎng)時代的到來打下了基礎，時代的潮流已經從互聯(lián)網(wǎng)逐漸轉向線上線下全面互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)時代，所有的設備都接入網(wǎng)絡，各種器件都可以被監(jiān)測和控制，大大促進了社會的發(fā)展，同時也為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)話提供了一個強有力的技術支撐。物聯(lián)網(wǎng)技術日益成熟，已經廣泛應用在生活和工作中，本次就采用GSM技術作為安防報警系統(tǒng)的技術支撐。在日常生活中，，安防報警系統(tǒng)已經成為各個場所的重點關注對象，無論是酒店，電影院，學校，辦公樓還是居民樓，防火防盜與我們的生活息息相關，用人體紅外感知和溫度傳感器進行監(jiān)測，檢查到有人或者溫度過高或者煙霧濃度過高，就會進行報警操作。為了明白其工作流程，更好的研究安防報警系統(tǒng)的工作原理，設計了一款基于單片機的智能家居系統(tǒng)。智能家居系統(tǒng)的單片機采用STC89C52單片機，此單片機比傳統(tǒng)的AT89C52芯片價格便宜，速度更快，性能更高，功能豐富，操作更加簡便。采用體積小，抗干擾能力強的DS18B20溫度采集傳感器作為本系統(tǒng)的溫度傳感器。這里采用普通震動模塊的震動傳感器，單片機控制三極管驅動震動器震動，進行報警提示。系統(tǒng)采用5v繼電器繼電器，因為其動作快，功能穩(wěn)定，使用壽命長等優(yōu)點。在使用時操作簡單，只需要確定繼電器的耐壓值>=5V就可以工作。系統(tǒng)采用這樣的設計充分利用了資源，能帶來更大的收益。智能家居系統(tǒng)操作起來十分的方便，只需要通過按鍵設置報警溫度和煙霧濃度上限，打開防盜模式，當檢測到有人，溫度或者濃度超過上限，系統(tǒng)會震動并報警，通過無線模塊發(fā)送短息。LCD來顯示當前的溫度煙霧和是否有人的信息。顯示當前的溫度.當前的煙霧濃度，短信是否發(fā)送成功等信息。LCD顯示屏可以自由調節(jié)屏幕亮度，達到省電的效果，節(jié)省資源

2系統(tǒng)硬件設計2.1系統(tǒng)功能設計本次設計功能的實現(xiàn)采用模塊化設計，將多個功能進行多個模塊化操作。含有單片機主控制模塊對其它模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù)進行分析以及控制其它模塊的工作等。按鍵控制電路來設置溫度煙霧功能的上限值以及防盜功能開關的控制等。電源電路為對主電路以及其它各個模塊進行供電操作。報警電路是反饋電路，用來反饋當溫度煙霧濃度超過設定上限以及檢測到有人時的聲光報警。LCD12864顯示器實時顯示當前溫度，煙霧濃度等信息。溫度傳感器模塊用來感應當前溫度數(shù)值。煙霧傳感器模塊用來感應當前煙霧濃度數(shù)值。人體紅外傳感器模塊為防盜模式功能的組成部分之一。2.2報警電路本次報警電路中由3部分組成，一部分是一個1KΩ的電阻（為防止三極管直接被導通無法控制，增加1KΩ的限流電阻），第二部分是一個PNP三極管（低電平導通），最后一部分就是蜂鳴器和LED燈。三極管采用PNP三極管，其主要功能是放大電流和電平特性，因為單片機電路的電流非常小，無法提供蜂鳴器所需的電流，經過三極管放大驅動電流后，電流放大200倍，放大后電流大約為500mA驅動蜂鳴器報警，同時增加1kΩ電阻防止LED燈被燒壞，完成聲光報警的功能。圖2-1蜂鳴器報警電路2.3LCD12864液晶顯示電路本次設計LCD12864液晶顯示屏上展示檢測到的煙霧溫度、人體等信息。圖2-2LCD12864液晶顯示電路圖2.4SIM800模塊電路本設計采用的通信模塊為SIM800L，此模塊具有體積小，價格便宜，發(fā)送短信時間快等特點。被廣泛的運用在通信用途的設置中。本次實驗中如果檢測到超過設置的溫度或者煙霧上限值時，STM89C52RC單片機就會通過P3.0寫入引腳將發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送到SIM800短信模塊中的讀入端口，然后再發(fā)送到設定的手機接收端上。圖2-3sim800模塊電路2.5溫度傳感器模塊電路本次設計采用DS18B20溫度傳感器模塊。單片機將檢測到的數(shù)據(jù)與設置的溫度上限進行比較，若超出上限單片機進行下一步工作通過P2.0引腳發(fā)送給報警電路進行聲光報警同時將溫度數(shù)據(jù)通過P3.1引腳發(fā)送給SIM800短信電路通過短信發(fā)送到手機端，同時單片機信號通過P1.7引腳開啟風扇進行降溫。圖2-4溫度傳感器電路2.6傳感器及處理電路紅外輻射傳感器檢測是一種非激光接觸檢測形式的人體監(jiān)視輻射檢測。利用機器采集人體內所隨時發(fā)出的輻射光譜和紅外輻射，并將通過監(jiān)視檢測到的紅外光譜和輻射人體內的輻射檢測信息轉變成人體相應的激光電壓和輻射頻率檢測信號。檢測對象檢測對象菲涅爾透鏡熱釋電紅外傳感器信號處理電路Vm圖2-5人體檢測電路組成框圖在紅外傳感器接收到人體發(fā)出的輻射后，會將信號發(fā)送到BIS0001芯片中級信號處理模塊，其作用為去除干擾并進行放大處理，然后產生高平信號，之后將信號發(fā)送到單片機中。BIS0001芯片由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成。圖2-6BIS0001的引腳圖OP1運算放大器的作用為將紅外傳感器的輸出信號作第一級放大，然后C3耦合給運算放大器OP2進行第二級放大，再經由電壓比較器COP1和COP2構成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號VS去啟動延遲時間定時器，輸出信號V0經晶體管T1放大驅動繼電器然后信號通過引腳輸入到單片機中進而單片機通過引腳將信號發(fā)送到報警電路進行聲光報警以及短信發(fā)送電路進行短信發(fā)送。2.7煙霧檢測模塊在本產品設計中所需要采用的MQ-2型煙霧監(jiān)測報警器所用的導體材料主要為一種二氧化錫半導體，它們所采用的材料是一種表面的離子式N型半導體。例如，當空氣溫度保持在200~300°C時，空氣間隙中的硫化氧被一種新的二氧化錫所直接驅動吸附，吸附著這種硫化氧的錫是正負離子，減少了其中的電子密度，進而增加了它的電阻值。圖2-7煙霧傳感器模塊如圖所示當單片機信號從引腳P1.4發(fā)出后，繼電器磁力回路工作，接口4變?yōu)榻涌?水泵開啟。JDQ-5為繼電器，接口3為其供電，當水泵開啟時開關調到5水泵開啟工作，在開關調整的瞬間電壓會突然增大，為防止元件損壞，增加一個二極管單向導電。三極管的作用為當P1.4引腳輸出低電平時通往繼電器的線路導通，LED燈被點。圖2-8繼電器電路圖

3系統(tǒng)軟件設計3.1軟件主程序架構本次實驗軟件程序根據(jù)硬件原理圖進行編寫，本次軟件程序主要有兩個功能，一個是溫度、煙霧濃度控制另一個為防盜功能的開啟。主程序設計首先進行各電子器件的初始化，然后開啟溫度、濃度控制程序，當此程序運行結束之后進行防盜功能程序的運行，當防盜功能開啟時，防盜功能程序運行。若沒有開啟則循環(huán)上述程序等待防盜功能的開啟。圖3-1主程序流程圖3.2溫度、煙霧控制啟動步驟為：GSM模塊初始化，溫度傳感器監(jiān)測當前溫度，煙霧傳感器監(jiān)測當前煙霧濃度，LCD12864顯示。按鍵設置溫度上限和煙霧濃度上限。當超出溫度或濃度時LED燈閃爍并報警發(fā)送短信。圖3-2溫度、煙霧控制子程序流程圖3.3LCD12864顯示流程圖為了更加直觀的顯示溫度信息，遂采用LCD12864顯示器作為本次設計的顯示端，首先進行硬件初始化，然后將硬件存儲信息清除，使其初始化后顯示為初始信息，之后程序執(zhí)行信息導入，單片機對顯示器進行內容導入，顯示器顯示數(shù)據(jù)。按鍵功能可以對顯示器進行操作，當在設置溫度和人體紅外報警值上限時，根據(jù)按鍵操作，屏幕上實時變換數(shù)值。單片機操控寫入引腳寫入要顯示內容的命令。之后顯示屏執(zhí)行指令，將內容顯示出來。圖3-3LCD顯示子程序流程圖3.4串口GSM函數(shù)流程圖當GSM模塊和單片機連接好后，插入一張SIM卡，進行供電，按下GSM模塊的開關，電源指示燈亮起。首先進行串口初始化，這時LCD12864液晶顯示屏上顯示GSMINIT，之后單片機開啟總中斷，當有信號輸出后，進入總中斷，然后開啟串口中斷，當需要發(fā)送短信時，進入串口中斷。之后啟動定時器1，一定時間后發(fā)送報警短信，然后設置串口的工作方式，這里設置1，最后給定時器設置初值，整個流程進行完畢。串口的作用是單片機和SIM800模塊之間進行通信，將報警短信發(fā)送給設定的手機號。串口初始化流程圖如圖3-4所示：圖3-4GSM串口初始化流程圖3.5溫度檢測流程圖開啟開關電源后，溫度傳感器開始工作，首先將溫度傳感器放置在空氣中，然后進入溫度監(jiān)測子程序中，溫度傳感器將空氣中的溫度轉換成電信號進行輸出，單片機接收到數(shù)據(jù)后進行計算，之后顯示在LCD12864液晶顯示器上。DS18B20數(shù)字溫度測溫模塊首先初始化，然后讀取DS18B20數(shù)字溫度測溫模塊序列號，發(fā)送跳過RAM信號，之后進行溫度轉換，隨后復位DS18B20數(shù)字溫度測溫模塊，若無中斷，則讀取數(shù)據(jù)，若有中斷，則繼續(xù)回歸到復位操作。圖3-5溫度檢測流程圖3.6報警流程圖當主程序執(zhí)行完成之后，開始執(zhí)行報警子程序。報警子程序一直檢測來自單片機輸出的電平信號，當單片機發(fā)出出發(fā)報警信號時，程序觸發(fā)報警，開啟聲光報警。圖3-6報警流程圖3.7煙霧濃度程序流程圖當煙霧采集到當前的數(shù)據(jù)后，把模擬量傳輸給ADC0832進行處理，然后ADC0832進行初始化，然后進行讀取數(shù)據(jù)，把當前讀取的信息轉換為數(shù)字量，換算成當前的電壓值。圖3-7通信模塊流程圖

4系統(tǒng)的實現(xiàn)與測試4.1總體實現(xiàn)步驟實現(xiàn)的過程中首先對整個電路的原理框圖和工藝流程圖進行了繪制，通過AltiumDesignerRelease10軟件直接進行了電路圖的繪制，之后進行實物焊接。然后再根據(jù)所接線路的原理圖對所接的線路進行編程，之后把這些文件直接加載到工程中，生成"*.hex"的文件。最后將AT89C52芯片直接插到一個需要下載的開發(fā)板中，然后再次打開需要下載的軟件，通過其中的"*.hex"進行運動和編譯，載入并連接到下載的芯片上即可。4.2焊接調試首先根據(jù)所設計的功能程序將所需元器件準備好，然后準備電路板和焊接工具等。再根據(jù)用AD軟件繪畫的電路原理圖對應元器件的擺放規(guī)劃好位置，然后將元件安放在電路板上。接下來焊接電源電路，電源由開關電路和供電電路組成，在焊接好之后接著焊接單片機的插線排，在焊接好插線排之后，將52單片機放入。查看焊接的接口接線是否是正確是否出現(xiàn)漏焊的情況。根據(jù)電路原理圖焊接顯示器的位置，本次設計中顯示器的單片機引腳為P0引腳，所以需增加上拉電阻，首先將上拉電阻焊接好與單片機P0引腳相連，之后將顯示器通過導線與單片機相連。接下來焊接單片機的其它電路，短信發(fā)送電路，報警電路，按鍵控制電路，人體紅外感應模塊電路，風扇控制電路以及水泵控制電路等。在電路連接完成之后進行實物調試工作。首先打開電腦中已經生成好的“*.hex”文件，打開單片機燒錄程序，將其燒錄到單片機中。本次實物圖因為有SIM800模塊，所以用5V2A的電源進行供電。接通電源，按下電源開關，發(fā)現(xiàn)顯示屏點亮，并顯示煙霧濃度值以及溫度值和防盜模式的開啟狀態(tài)觀察其它元器件的情況，沒有發(fā)熱短路現(xiàn)象。最后硬件電路連接完成。4.3功能調試在硬件電路連接完成后接下來進行實物的功能調試，首先接通電源，開啟開關，發(fā)現(xiàn)顯示器的屏幕亮起以及SIM800元件的指示燈點亮，顯示器出現(xiàn)“CSMINIT”式樣。等待一段時間后發(fā)現(xiàn)顯示器沒有變化，之后通過排查發(fā)現(xiàn)SIM800沒有插入移動卡，硬件一直處于調試狀態(tài)，關閉電源，插入移動卡之后重新打開電源，顯示器顯示溫度值，煙霧值，防盜模式的開啟提示。初始化成功。圖4-1通電初始化圖LCD12864顯示屏頁面分為四行，上面顯示測得的溫度和煙霧濃度，單位是攝氏度和百分比，下面顯示防盜模式的狀態(tài)。圖4-2LCD12864顯示接下來進行溫度煙霧值超過上限報警功能測試。首先按下按鍵開關K2，設置溫度值的上限，然后按K4將溫度上限減少到26度（為方便測試將溫度設置為易于達到值）。圖4-3溫度上限設置在設置完溫度上限之后按下K2按鍵設置煙霧上限值，按下K4煙霧濃度上限減少，將煙霧濃度設置為15%（為方便測試將煙霧濃度設置為易于達到值）。之后按下K2進入正常界面，顯示器顯示當前溫度和煙霧值。圖4-4煙霧上限設置手握住DS18B20傳感器，通過熱傳遞將手的溫度傳遞到單片機中，看顯示器發(fā)現(xiàn)溫度值在不斷的上升，當溫度達到26度時報警電路正常工作進行聲光報警，短信模塊也正常工作發(fā)送溫度超標短信，風扇開啟主動降溫功能。當溫度低于26度時停止聲光報警，風扇停止工作。圖4-5溫度報警短信對著煙霧傳感器哈氣，顯示器顯示煙霧濃度，哈氣可以提升煙霧濃度，當煙霧濃度超過設定的15%時，進行聲光報警，短信模塊也正常工作發(fā)送溫度超標短信，同時水泵開始工作，進行煙霧濃度的稀釋，待煙霧濃度達到設置的合理范圍值時，水泵停止工作，蜂鳴器停止報警，LED燈熄滅。圖4-6煙霧濃度報警短信紅外報警有兩種控制模式，當按下K1鍵開啟防盜模式時，人體紅外感應裝置開始工作，用手接近紅外傳感器，蜂鳴器報警，LED報警燈亮起，單片機通過SIM800發(fā)送短信到手機上，可以看到手機接收到短信。關閉防盜模式時在按下K1鍵可以關閉防盜模式LED報警燈熄滅，蜂鳴器停止報警。圖4-7防盜模式報警手機遠程控制防盜模式的開啟和關閉可以通過發(fā)送短信進行。開啟防盜模式手機發(fā)送“開啟防盜”防盜模式開啟。圖4-8短信開啟防盜模式關閉防盜模式手機發(fā)送“關閉防盜”防盜模式關閉。圖4-9短信關閉防盜模式至此，所有功能測試完成。

總結本設計論文系統(tǒng)地描述了基于STC89C52單片機的防火防盜報警系統(tǒng)功能和思路以及對各個芯片的相關說明和使用方法。在實物的連接中有一些問題，例如煙霧傳感器模塊在連接工作中過度發(fā)熱，監(jiān)測濃度顯示直接達到90%以上，立即斷電仔細排查后發(fā)現(xiàn)是煙霧傳感器排線問題，修改后監(jiān)測正常。在本設計中還有很多的缺陷，例如溫度檢測時僅僅監(jiān)測溫度的上限值，沒有設置溫度的下限值，導致此設備無法在溫度較低的地區(qū)使用僅適合用于溫度較高的地區(qū)有局限性。當前設計后的產品還不成熟，還可以額外增加藍牙模塊或者WIFI模塊并設計APP應用程序更加具體的直觀的實時將監(jiān)測結果遠程發(fā)送到手機端進行展示并進行遠程控制。這樣整體功能更加豐富，也為以后防火防盜報報警系統(tǒng)打下了未來的走向。

參考文獻[1]陳國嘉.智能家居[M].人民郵電出版社:，2016.05.242.