《基于單片機的智能空調(diào)控制系統(tǒng)設計（任務書+開題報告+論文）》14000字

任務書專業(yè)通信技術(shù)學號姓名×××課題名稱：基于單片機的智能空調(diào)控制系統(tǒng)設計主要技術(shù)指標：1、可以檢測環(huán)境中的濕度指標；2、可以通過液晶顯示屏隨時觀看當前環(huán)境濕度檢測數(shù)值；3、可以利用APP功能對此類設備進行遠程操控；4、能夠以繼電器的形勢控制常用的幾類電器，并對外圍電路的開關(guān)驅(qū)動。工作內(nèi)容和要求：本課題根據(jù)實際需要，設計了智能空調(diào)系統(tǒng)，開發(fā)了智能傳感器節(jié)點，并對其進行相應的研究，該研究成果是基于單片機的智能空調(diào)控制系統(tǒng)。討論了利用單片機技術(shù)和無線通信模塊，結(jié)合現(xiàn)有的傳感器技術(shù)，實現(xiàn)一種簡單實用的智能空調(diào)系統(tǒng)，使人們的家庭生活更加舒適、安全。解決核心電路模塊、電子硬件電路、關(guān)鍵軟件程序等相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)的遠程控制功能可以控制手機應用軟件實現(xiàn)空調(diào)開關(guān)控制、溫濕度檢測等基本功能。在系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，首先設計研究圖，使其控制對象，然后確定硬件部分與原理圖相匹配，最后根據(jù)邏輯模塊進行各個模塊的設計完成了功能集成，是一個比較完整的操作系統(tǒng)。主要參考文獻：（注：以下為舉例，至少列5篇）陶躍進,李雪純,廖冰潔,等.智能空調(diào)自調(diào)整溫度控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].成都工業(yè)學院學報,2020,23(2):5.張艷玲,張慶林.基于STM32微處理器的空調(diào)末端控制器的設計[J].數(shù)字化用戶,2018.劉守超.關(guān)于智能空調(diào)控制系統(tǒng)探討[J].幸福生活指南,2018(13):1.宋艷芳,熊百川.基于PLC的智能空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的設計[J].絲路視野,2018(15):1.宋陽柳,易藝,郝建衛(wèi),等.基于STM32的智能空調(diào)溫度控制器的設計[J].國外電子測量技術(shù),2018,37(2):4.王立彪,李超凡.一種基于51單片機的智能室內(nèi)溫控系統(tǒng)設計[J].中國科技信息,2020(11):3.吳越,盧新輝,楊晨曦,等.基于STC89C52單片機的智能水杯測控系統(tǒng)設計[J].科學大眾：科技創(chuàng)新,2020(2):2.樊戰(zhàn)亭.基于單片機的溫度測量和控制系統(tǒng)設計[J].電子世界,2018(20):2.王亞.基于單片機實現(xiàn)環(huán)境溫度測控的設計[J].2021(2015-30):73-75.李先利,張家為.基于51單片機的溫度控制系統(tǒng)設計[J].2021(2013-30):105-105.

開題報告專業(yè)通信技術(shù)學號姓名×××設計（論文）題目基于單片機的智能空調(diào)控制系統(tǒng)設計選題的背景和意義：美國和歐洲研發(fā)的一系列產(chǎn)品已經(jīng)投入了市場，其中具有代表性的產(chǎn)品有IBP的“家居主任”和摩托羅拉的“居所之門”等。在亞洲，日本、韓國等國家的企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域投入了大量的精力，開展對智能家居系統(tǒng)的研究和產(chǎn)品的應用推廣。較為具有代表性的一家跨國公司叫霍尼韋爾，其市場份額占有率較大的兩個項目是系統(tǒng)研發(fā)和安防設備，在業(yè)內(nèi)，其智能家居操作系統(tǒng)技術(shù)處理領(lǐng)先地位。已開發(fā)的智能家居系統(tǒng)有：門禁安防報警系統(tǒng)、實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能燈光感應控制系統(tǒng)、窗簾感應控制系統(tǒng)、多媒體交互系統(tǒng)等。通過紅外方式操作電視、新風機、空調(diào)、投影儀等設備來實現(xiàn)系統(tǒng)的操控，通過ZigBee網(wǎng)絡自動感應或手動操作智能燈光、電動窗簾、掃地機器人、燃氣或電熱水器、電水壺等家電設備，還可以操作RGB燈泡，達到不同色彩的燈光操作的目的，以及不同場景的模式切換，例如休閑模式、學習模式、瑜伽模式等。施耐德智能家居操控系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線的方式達到各設備被直接操控以及協(xié)調(diào)有序的運行，將溫度、濕度、新風、燈光、窗簾等對象進行控制。實現(xiàn)了使用最易于操作的系統(tǒng)，達到了最多樣化的控制體驗，將智能家居的操控感帶來更舒適的體驗。我國智能家居系統(tǒng)的研究以及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)開展時間較晚一些，智能家居系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展道路與國外相比也較為落后。現(xiàn)階段的技術(shù)研究還處在打磨階段，與高新技術(shù)的融合演變，尚未形成統(tǒng)一的技術(shù)標準。2000年可謂我國智能家居的理念之年，經(jīng)過媒體宣傳，一部分人開始知曉智能家居的概念。隨著我國智能化產(chǎn)品企業(yè)的迅速發(fā)展，各大公司進入智能家居發(fā)展行列。海爾智能家電、智能家居在國內(nèi)智能家居研發(fā)領(lǐng)域?qū)儆谧钕冗M行的企業(yè)之一，通過計算機控制整個系統(tǒng)，將各個電器都整合起來，最初，從控制協(xié)議到交互式應用，如今已實現(xiàn)了通過使用手機App對家庭智能設備進行遠程操控，甚至未來的人工智能。清華同方推出的“e-home”數(shù)字家園產(chǎn)品在嵌入式技術(shù)的基礎上設計整合了面向智能家居的系統(tǒng)整合方案。不過目前我國在智能家居領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)品，大多數(shù)都是面向家電類的系統(tǒng)方案，沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準，每一家的系統(tǒng)可以支持的家電設備都是受限的，因此在用戶看來就缺乏人性化而沒有購買欲望，因此產(chǎn)品的發(fā)展也較為緩慢。傳統(tǒng)的家居產(chǎn)品雖然能滿足人們對于居住地舒適性、便利性、安全性的基本要求，但傳統(tǒng)家居的基礎功能無法吸引年輕一代的目光，而室內(nèi)溫、濕、亮度的人工操作以及自動調(diào)節(jié)，門禁、窗戶的安防以及監(jiān)控等項目，將成為智能家居行業(yè)在未來的主流產(chǎn)品。因此智能監(jiān)控與報警系統(tǒng)的研發(fā)作為信息化時代的高科技需求應運而生。在移動通信的基礎設施和高新技術(shù)飛速發(fā)展的趨勢下，相關(guān)新興技術(shù)的快速迭代，智能家居向傳統(tǒng)產(chǎn)品發(fā)起挑戰(zhàn)。作為生活的主要環(huán)境，以自動控制為基礎，以解放雙手、享受家居生活為目的的智能家居提高了人們對家居生活的滿意度。同時，智能家居可以提供監(jiān)督功能，并提供實時的數(shù)據(jù)傳輸，保障居家安全；可以提前開啟智能家居控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)整個房間的舒適度，達到最好的家居體驗。家居中各種電器設備通過網(wǎng)絡連接起來，提供更加方便的控制方式，簡化家居中的維護操作，成為常態(tài)化訴求。智能家居系統(tǒng)的主要框架是搭建一個可以涵蓋家居住宅中各種電器設備和信息設備的網(wǎng)絡，通過設計好的方案或者個性化的配置和控制來實現(xiàn)各種設備的自動運行，將原有家居環(huán)境組建成一個既安全又舒適，既科技又溫馨的現(xiàn)代化環(huán)境。當前市面上關(guān)于智能家居的產(chǎn)品，更新了傳統(tǒng)的家居產(chǎn)品，例如燈具亮度的自動調(diào)節(jié)，窗簾的自動展開和收疊，視頻監(jiān)控以及部分電器上的智能化操作。在滿足基本需求的前提下，一定程度上提升了整體家居生活體驗，但與大眾對室內(nèi)家居設備更加人性化、自動化、智能化的日益增長的需求相比，仍有待發(fā)展。因此，本文基于單片機的智能空調(diào)控制系統(tǒng)的設計，提供更加便捷的智能終端，加強了空調(diào)的全領(lǐng)域適應性和高度統(tǒng)一的智能化水平，提升智能空調(diào)的信息化程度，對于空調(diào)產(chǎn)品在實現(xiàn)更便捷。課題研究的主要內(nèi)容：本課題根據(jù)實際需要，設計了智能空調(diào)系統(tǒng)，開發(fā)了智能傳感器節(jié)點，并對其進行相應的研究，該研究成果是基于單片機的智能空調(diào)控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，首先設計研究圖，使其控制對象，然后確定硬件部分與原理圖相匹配，最后根據(jù)邏輯模塊進行各個模塊的設計完成了功能集成，是一個比較完整的操作系統(tǒng)。具體內(nèi)容：本文第一部分對研究研究背景、研究意義以及研究內(nèi)容和方法進行了歸納，充分梳理了本文的研究思路；第二部分是系統(tǒng)方案設計，闡述系統(tǒng)設計的目標、硬件架構(gòu)設計以及主要部件方案設計；第三部分是系統(tǒng)硬件設計，對主要控制器、顯示電路等進行設計；第三部分是軟件設計，主要包括軟件總體設計、溫濕度檢測軟件設計等，最后一部分是系統(tǒng)測試。主要研究（設計）方法論述：本文設計了一種基于單片機技術(shù)、傳感器技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)等現(xiàn)代科技技術(shù)的簡易智能空調(diào)系統(tǒng)。整個系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分。硬件部分中，數(shù)字式溫濕度傳感器是其核心部件，由STC89C52單片機和DHT11系統(tǒng)構(gòu)成。軟件部分包括溫濕度編程、WiFi通信編程、屏幕編程、按鍵編程等部分構(gòu)成。因此，整個系統(tǒng)的功能包括環(huán)境溫濕度測量、空調(diào)控制、按鈕操作、Wi-Fi連接、顯示、報警等功能用C語言編程開發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過傳感器實時采集溫濕度數(shù)據(jù)，當采集的溫濕度數(shù)據(jù)超過設定的閾值時，會發(fā)出告警，同時按下按鈕調(diào)整數(shù)值到達合適的區(qū)間，以此來消除警告。該系統(tǒng)采用單片機作為操作芯片，具有功耗低、性能高、穩(wěn)定性強、整體成本低等特點，以此深受該領(lǐng)域的企業(yè)喜愛。××××××××××××××××四、設計（論文）進度安排：時間（迄止）日期工作內(nèi)容2022.8.1-2022.8.5查找資料確立選題2022.8.6-2022.8.15完成開題報告2022.8.16-2022.8.31智能空調(diào)控制系統(tǒng)方案設計大綱擬定2022.9.1-2022.9.30撰寫論文2022.10.1~2022.10.15畢業(yè)設計答辯2022.10.16~2022.10.18根據(jù)答辯小組和指導老師意見修改論文，力爭在內(nèi)容和格式上符合畢業(yè)設計規(guī)范要求。五、指導教師意見：××××××××××××××××，同意開題指導教師簽名：×××2012年10月8日六、系部意見同意開題系主任簽名：×××2012年10月9日（注：開題報告由做畢業(yè)設計的學生負責填寫）

基于單片機的智能空調(diào)控制系統(tǒng)設計摘要：20世紀90年代以來，我國的整體經(jīng)濟由于全球化、現(xiàn)代化的發(fā)展，讓我國人民的整體生活質(zhì)量得到了提升，并且國民經(jīng)濟也迅速發(fā)展，與此同時人民物質(zhì)需求增加，對生活水平的需求也在不斷的提高。為了滿足人民的生活品質(zhì)需求，本文設計了一種基于單片機技術(shù)、傳感器技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)等現(xiàn)代科技技術(shù)的簡易智能空調(diào)系統(tǒng)。整個系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分。硬件部分中，數(shù)字式溫濕度傳感器是其核心部件，由STC89C52單片機和DHT11系統(tǒng)構(gòu)成。軟件部分包括溫濕度編程、WiFi通信編程、屏幕編程、按鍵編程等部分構(gòu)成。因此，整個系統(tǒng)的功能包括環(huán)境溫濕度測量、空調(diào)控制、按鈕操作、Wi-Fi連接、顯示、報警等功能用C語言編程開發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以通過傳感器實時采集溫濕度數(shù)據(jù)，當采集的溫濕度數(shù)據(jù)超過設定的閾值時，會發(fā)出告警，同時按下按鈕調(diào)整數(shù)值到達合適的區(qū)間，以此來消除警告。該系統(tǒng)采用單片機作為操作芯片，具有功耗低、性能高、穩(wěn)定性強、整體成本低等特點，以此深受該領(lǐng)域的企業(yè)喜愛。關(guān)鍵詞：單片機空調(diào)控制傳感器WIFI通信目錄TOC\o"1-3"\h\u25541緒論 1265991.1研究背景 1115911.2研究意義 231031.3研究現(xiàn)狀 3157141.4本文研究內(nèi)容 4287112系統(tǒng)方案設計 5134032.1系統(tǒng)設計目標 54172.2硬件架構(gòu)設計 5322232.3主要部件方案 620272.3.1主控制器方案 6114282.3.2溫濕度采集方案 7307972.3.3顯示模塊方案 883192.3.4WIFI通信方案 872523系統(tǒng)硬件設計 10188883.1主控制器設計 1092213.2溫濕度檢測電路 10238603.2.1DHT11溫濕度傳感器 10191693.2.2電氣特性 1190553.2.3串行接口 11117223.2.4溫濕度檢測模塊電路 12106293.3顯示電路 1285223.3.1液晶引腳說明 1313553.3.2液晶顯示模塊電路 1348083.4WIFI通信電路 14111403.5報警電路 1552923.6指示燈電路 1567323.7空調(diào)控制電路 16298423.8按鍵電路設計 16227844軟件設計 17296714.1軟件整體設計 1794234.2溫濕度檢測軟件設計 18160464.3顯示軟件設計 1958834.4WIFI通信軟件設計 20228524.5按鍵控制程序 20148555系統(tǒng)測試 21177485.1實物組裝 21279985.2液晶顯示上電測試 22244125.3系統(tǒng)上電測試 2313119結(jié)語 248940參考文獻 26PAGEPAGE11緒論1.1研究背景傳統(tǒng)的家居產(chǎn)品雖然能滿足人們對于居住地舒適性、便利性、安全性的基本要求，但傳統(tǒng)家居的基礎功能無法吸引年輕一代的目光，而室內(nèi)溫、濕、亮度的人工操作以及自動調(diào)節(jié)，門禁、窗戶的安防以及監(jiān)控等項目，將成為智能家居行業(yè)在未來的主流產(chǎn)品。因此智能監(jiān)控與報警系統(tǒng)的研發(fā)作為信息化時代的高科技需求應運而生。自2000年開始，智能設備進入家居行業(yè)以來，形成了現(xiàn)如今的智能家居。智能家居發(fā)展至今，市場上各大生產(chǎn)商已經(jīng)推出品類繁多、功能多樣的智能化家居設備，市場信息化的普及、信息的對稱，引導智能家居產(chǎn)品逐步走向低價格、高性能、質(zhì)量趨勢。人們想要更好的生活質(zhì)量，這一點要求往往體現(xiàn)在家庭的電氣設備、房屋裝修、家用電器、通訊設備和其他安全設施等方面可以體現(xiàn)而出。隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡通信等信息和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，我國現(xiàn)代人民的家庭變得越來越智能化。人們也更加期待更加智能化的家用電器。同時，人們可以遠程實時監(jiān)控智能家居環(huán)境和附近的安全狀態(tài)，體驗智能家居下的生活和工作是如何的便利以及安全。本課題還包括了一個智能空調(diào)溫度控制系統(tǒng)的設計，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡交互技術(shù)，將自動化與傳感器相結(jié)合，打造一個基于現(xiàn)代智能家居信息的平臺。不同的家庭系統(tǒng)相互集成，如房間電源控制、安全報警、家用電器自動控制等。智能家居信息源管理系統(tǒng)對信息進行全面的管理，使喜歡智能家居的用戶可以輕松地從家居設備中獲取自己需要的信息，體現(xiàn)了家居信息源的通用性。然而，目前傳統(tǒng)的家庭溫控系統(tǒng)存在很多缺點，例如空調(diào)只能在用戶回家后通過空調(diào)面板開啟，需要很長時間才能達到室內(nèi)溫度達到舒適的溫度，才能讓用戶感到舒適。還有例如傳統(tǒng)電加熱器加熱時間長，不能保證在用戶需要的時候有熱水，用戶體驗顯著降低。例如，當用戶只有一個人時，忙碌了一天的工作準備下班回家，這時候就可以發(fā)送特定指令讓數(shù)據(jù)處理模塊計算室溫和估計時間用戶回家，然后發(fā)送一個開關(guān)信號空間終端傳感器，讓智能家居在用戶到家前徹底完成運轉(zhuǎn)，以此滿足人們在家里享受舒適的體驗，同時又能達到省時、節(jié)能的效果。隨著我國移動終端和互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的進一步發(fā)展和成熟，物聯(lián)網(wǎng)時代正式到來，人們對這一需求的迫切呼聲也越來越高。積極實施重點培育和發(fā)展移動物聯(lián)網(wǎng)基礎產(chǎn)業(yè)作為戰(zhàn)略性大型新興產(chǎn)業(yè)。國內(nèi)外大型家電廠商，以及幾家生產(chǎn)工藝主機廠自主研發(fā)的高品質(zhì)智能家電，已逐步開始預留網(wǎng)絡接口，用于管控物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡安全，為信息快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)時代做好準備。智能家居也是家國物聯(lián)網(wǎng)時代當今行業(yè)不可或缺的一部分，也是家國移動物聯(lián)網(wǎng)家居應用領(lǐng)域的重要組成部分。此外，我國房地產(chǎn)開發(fā)市場近年來發(fā)展迅速，智能家居正逐漸呈現(xiàn)出人們熟悉的應用形式所展開相應的發(fā)展，以此滿足人民的生活高品質(zhì)需求。1.2研究意義在移動通信的基礎設施和高新技術(shù)飛速發(fā)展的趨勢下，相關(guān)新興技術(shù)的快速迭代，智能家居向傳統(tǒng)產(chǎn)品發(fā)起挑戰(zhàn)。作為生活的主要環(huán)境，以自動控制為基礎，以解放雙手、享受家居生活為目的的智能家居提高了人們對家居生活的滿意度。同時，智能家居可以提供監(jiān)督功能，并提供實時的數(shù)據(jù)傳輸，保障居家安全；可以提前開啟智能家居控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)整個房間的舒適度，達到最好的家居體驗。家居中各種電器設備通過網(wǎng)絡連接起來，提供更加方便的控制方式，簡化家居中的維護操作，成為常態(tài)化訴求。智能家居系統(tǒng)的主要框架是搭建一個可以涵蓋家居住宅中各種電器設備和信息設備的網(wǎng)絡，通過設計好的方案或者個性化的配置和控制來實現(xiàn)各種設備的自動運行，將原有家居環(huán)境組建成一個既安全又舒適，既科技又溫馨的現(xiàn)代化環(huán)境。當前市面上關(guān)于智能家居的產(chǎn)品，更新了傳統(tǒng)的家居產(chǎn)品，例如燈具亮度的自動調(diào)節(jié)，窗簾的自動展開和收疊，視頻監(jiān)控以及部分電器上的智能化操作。在滿足基本需求的前提下，一定程度上提升了整體家居生活體驗，但與大眾對室內(nèi)家居設備更加人性化、自動化、智能化的日益增長的需求相比，仍有待發(fā)展。因此，本文基于單片機的智能空調(diào)控制系統(tǒng)的設計，提供更加便捷的智能終端，加強了空調(diào)的全領(lǐng)域適應性和高度統(tǒng)一的智能化水平，提升智能空調(diào)的信息化程度，對于空調(diào)產(chǎn)品在實現(xiàn)更便捷。1.3研究現(xiàn)狀美國和歐洲研發(fā)的一系列產(chǎn)品已經(jīng)投入了市場，其中具有代表性的產(chǎn)品有IBP的“家居主任”和摩托羅拉的“居所之門”等。在亞洲，日本、韓國等國家的企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域投入了大量的精力，開展對智能家居系統(tǒng)的研究和產(chǎn)品的應用推廣。較為具有代表性的一家跨國公司叫霍尼韋爾，其市場份額占有率較大的兩個項目是系統(tǒng)研發(fā)和安防設備，在業(yè)內(nèi)，其智能家居操作系統(tǒng)技術(shù)處理領(lǐng)先地位。已開發(fā)的智能家居系統(tǒng)有：門禁安防報警系統(tǒng)、實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能燈光感應控制系統(tǒng)、窗簾感應控制系統(tǒng)、多媒體交互系統(tǒng)等。通過紅外方式操作電視、新風機、空調(diào)、投影儀等設備來實現(xiàn)系統(tǒng)的操控，通過ZigBee網(wǎng)絡自動感應或手動操作智能燈光、電動窗簾、掃地機器人、燃氣或電熱水器、電水壺等家電設備，還可以操作RGB燈泡，達到不同色彩的燈光操作的目的，以及不同場景的模式切換，例如休閑模式、學習模式、瑜伽模式等。施耐德智能家居操控系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線的方式達到各設備被直接操控以及協(xié)調(diào)有序的運行，將溫度、濕度、新風、燈光、窗簾等對象進行控制。實現(xiàn)了使用最易于操作的系統(tǒng)，達到了最多樣化的控制體驗，將智能家居的操控感帶來更舒適的體驗。我國智能家居系統(tǒng)的研究以及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)開展時間較晚一些，智能家居系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展道路與國外相比也較為落后。現(xiàn)階段的技術(shù)研究還處在打磨階段，與高新技術(shù)的融合演變，尚未形成統(tǒng)一的技術(shù)標準。2000年可謂我國智能家居的理念之年，經(jīng)過媒體宣傳，一部分人開始知曉智能家居的概念。隨著我國智能化產(chǎn)品企業(yè)的迅速發(fā)展，各大公司進入智能家居發(fā)展行列。海爾智能家電、智能家居在國內(nèi)智能家居研發(fā)領(lǐng)域?qū)儆谧钕冗M行的企業(yè)之一，通過計算機控制整個系統(tǒng)，將各個電器都整合起來，最初，從控制協(xié)議到交互式應用，如今已實現(xiàn)了通過使用手機App對家庭智能設備進行遠程操控，甚至未來的人工智能。清華同方推出的“e-home”數(shù)字家園產(chǎn)品在嵌入式技術(shù)的基礎上設計整合了面向智能家居的系統(tǒng)整合方案。不過目前我國在智能家居領(lǐng)域的相關(guān)產(chǎn)品，大多數(shù)都是面向家電類的系統(tǒng)方案，沒有統(tǒng)一的行業(yè)標準，每一家的系統(tǒng)可以支持的家電設備都是受限的，因此在用戶看來就缺乏人性化而沒有購買欲望，因此產(chǎn)品的發(fā)展也較為緩慢。1.4本文研究內(nèi)容本課題根據(jù)實際需要，設計了智能空調(diào)系統(tǒng)，開發(fā)了智能傳感器節(jié)點，并對其進行相應的研究，該研究成果是基于單片機的智能空調(diào)控制系統(tǒng)。討論了利用單片機技術(shù)和無線通信模塊，結(jié)合現(xiàn)有的傳感器技術(shù)，實現(xiàn)一種簡單實用的智能空調(diào)系統(tǒng)，使人們的家庭生活更加舒適、安全。解決核心電路模塊、電子硬件電路、關(guān)鍵軟件程序等相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)的遠程控制功能可以控制手機應用軟件實現(xiàn)空調(diào)開關(guān)控制、溫濕度檢測等基本功能。在系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，首先設計研究圖，使其控制對象，然后確定硬件部分與原理圖相匹配，最后根據(jù)邏輯模塊進行各個模塊的設計完成了功能集成，是一個比較完整的操作系統(tǒng)。PAGEPAGE12系統(tǒng)方案設計2.1系統(tǒng)設計目標基于智能氣候環(huán)境的應用背景，實現(xiàn)對空調(diào)的無線遙控。根據(jù)功能設計目標，主要要點如下：1、隨時可以檢測環(huán)境中的濕度指標；2、可以通過液晶顯示屏隨時觀看當前環(huán)境濕度檢測數(shù)值；3、當出現(xiàn)溫度異常時，可隨時進行警告處理，以此來解決異?，F(xiàn)象的發(fā)生；4、可以隨時利用APP功能對此類設備進行遠程操控；5、能夠以繼電器的形勢控制常用的幾類電器，并對外圍電路的開關(guān)驅(qū)動。2.2硬件架構(gòu)設計系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。整個系統(tǒng)的功能包括環(huán)境溫濕度測量、開關(guān)控制、按鈕控制、Wi-Fi連接、顯示、報警、指示燈。系統(tǒng)實時采集溫濕度數(shù)據(jù)。在選擇各個功能系統(tǒng)之前，分析設計各個功能之間的關(guān)系，收集不符合控制功能部分的數(shù)據(jù)，隨后對整個系統(tǒng)架構(gòu)進行整體設計，設計系統(tǒng)功能之間的邏輯關(guān)系。這兩大部分所有的工作均由主控制來完成，在實現(xiàn)了功能模塊化后，使得后期設計更加方便。當采集的溫濕度數(shù)據(jù)超過設置的閾值時，會產(chǎn)生告警。報警值可通過按下按鈕進行調(diào)整。同時，可通過將手機連接到Wi-Fi網(wǎng)絡來調(diào)整告警值，并可操作空調(diào)開關(guān)。圖2.1系統(tǒng)總體設計圖2.3主要部件方案2.3.1主控制器方案單片機是整個系統(tǒng)的核心，單片機的加密算法效率高，不能以任何技術(shù)方式讀取單片機中的用戶代碼，保護了產(chǎn)品的技術(shù)。所有的功能都需要單片機的支持才能完成。該單片機具有強大的計算功能，軟件編程靈活，自由度高。它能夠通過軟件編程執(zhí)行各種邏輯功能，并具有計時器和計數(shù)器，可用于計時和計算。使用STC89C52實現(xiàn)系統(tǒng)功能。單片機電路有不同的配置，如數(shù)據(jù)存儲、代碼存儲、定時功能、中斷功能、串行通信功能等。該單片機兼容MCS-51指令，單片機采用51芯，軟件采用C語言設計。STC89C52具有功耗低、穩(wěn)定性強的特點。該核心是系統(tǒng)的基礎核心，開發(fā)和操作簡單方便。STC89C52是每個工程師都要學習的一種單片機，所以很多產(chǎn)品都是使用該單片機進行開發(fā)和設計的。單片機中存儲的用戶程序為8K。當用戶代碼數(shù)量超過8K時，可以增加一個外存來存儲8K以上的用戶代碼。該單片機算法性能強，工作速度快，在惡劣的工作條件下仍能很好地繼續(xù)工作。STC89C52的價格低，開發(fā)周期成本低，這也是為什么很多工程師都安排它，所以很明顯很多產(chǎn)品都選擇了這種單片機作為技術(shù)解決方案。因此，STC89C52無論在成本、性能還是開發(fā)難度上都是一種非常實惠的技術(shù)解決方案?；谝陨戏治?，根據(jù)圖2.2，提出使用STC89C52微控制器作為控制器的方案。圖2.2STC89C52單片機2.3.2溫濕度采集方案實際情況如圖2.3所示。在設計智能室內(nèi)氣候控制系統(tǒng)時，需要采集環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并選擇DHT11傳感器。DHT11屬于數(shù)字式溫濕度測量傳感器。內(nèi)部數(shù)字溫度、濕度數(shù)據(jù)為標定數(shù)字輸出信號。傳感器的溫度測量用于繪制NTC的測溫圖，傳感器濕度測量應用于濕度傳感器裝置。該產(chǎn)品性能穩(wěn)定，傳感器成本低，溫濕度采集速度快。只要將輸出數(shù)據(jù)發(fā)送到單片機，即可采集到溫濕度數(shù)據(jù)。單片機和傳感器只需要一根數(shù)據(jù)電纜進行數(shù)據(jù)傳輸，傳感器的功耗很低，信號電纜的長度可達到20米以上，對應不同的業(yè)務場景。圖2.34DHT11傳感器實物圖2.3.3顯示模塊方案系統(tǒng)需要顯示環(huán)境溫度、濕度等信息。LCD1602有兩個操作系統(tǒng)，一種是串行輸入控制系統(tǒng)，另一種是并行數(shù)據(jù)輸入操作系統(tǒng)。盡管串行輸入控制系統(tǒng)所采用的界面很少，但是該軟件設計代碼較為復雜，要用很多代碼才能控制。并行數(shù)據(jù)錄入操作系統(tǒng)能夠更快實現(xiàn)對液晶的控制，且軟件操作方便，所以，使用并行數(shù)據(jù)輸入操作系統(tǒng)。工作電壓液晶屏芯片：4.5~5.5V。工作電流：2.0uA(5.0V).模塊的最優(yōu)工作電壓：5.0V，字體大?。?.95mm×4.35mm(寬×高)。實際情況如圖2.4所示。圖2.4LCD1602液晶實物圖2.3.4WIFI通信方案系統(tǒng)的WiFi通信選擇WiFi模塊ESP8266。該模塊是由安新科團隊研發(fā)設計的一款WiFi模塊，能夠進行無線WiFi的數(shù)據(jù)傳輸。開發(fā)者通過WiFi模塊對網(wǎng)絡進行添加，從而完成網(wǎng)絡通信。模塊內(nèi)有一個32位的處理器，同時其還具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，當作控制器來使用。另外，模塊的備用模式分為多種，在最長的待機模式下，模塊電流為20uA。并且單片機也能夠通過AT命令，對WiFi模塊進行控制。ESP8266模塊的體積較小，能夠控制AT命令，可用來研制WiFi模塊。詳見圖2.5。圖2.5ESP8266WiFi芯片實物圖PAGEPAGE13系統(tǒng)硬件設計3.1主控制器設計本設計使用的控制芯片是單片機，這種單片機是由STC技術(shù)公司制造的。單片機STC89C52具有以下兩種優(yōu)點：一是功耗低；二是性能好。其有32位I/O端口，8K字節(jié)的閃存以及WDT看門狗定時器。微控制器內(nèi)還有一個內(nèi)置的4KBEEPROM。型號STC89C52單片機的末端編號為2，程序存儲空間為2×4K。就該設計而言，首先選擇了STC89C52單片機、STC89C51以及STC89C52AT89S51單片機微控制器,正是因為STC89C51和51-core單片機AT89S51單片機微控制器屬于相同，但只有4k記錄空間，具有相同的功能?；诖耍詈筮x擇了STC89C52單片機。單片機STC89C52內(nèi)置8K容量的可編程flash存儲器。單片機最小系統(tǒng)包括電源、復位、振動電路及擴展元件。圖3.1是系統(tǒng)的最小示意圖。圖3.1單片機最小系統(tǒng)3.2溫濕度檢測電路3.2.1DHT11溫濕度傳感器DHT11傳感器是廣州奧松電子有限公司制造的，該傳感器具有耐久性強、可靠性高的特點。采用傳感器采集技術(shù)，將溫濕度與數(shù)字相結(jié)合，又稱混合溫濕型Anur。DHT11傳感器具有產(chǎn)品質(zhì)量高、響應速度快、抗戶外故障能力強、價格實惠的特點，數(shù)字信號內(nèi)部校準，信號傳輸準確，并能結(jié)合性能優(yōu)越的單片機，它包括溫度測量元件和電阻式濕度傳感器元件。因校準室的校準是按照極其精確的標準進行的，采用單線串行接口，使傳感器系統(tǒng)的操作更加簡單。信號處理能力大于20m。與此同時，它體積小、功耗極低等特點確保了該傳感器能夠在很多復雜、極端的環(huán)境中很好地運行。傳感器引腳中有4個引腳，包裝比較簡單，界面操作簡便，也能夠按照用戶計劃的要求進行調(diào)整。3.2.2電氣特性VDD=5V，T=25℃，除非特殊標注。表3.1電氣特性表3.2.3串行接口數(shù)據(jù)的目的是在單片機處理器和傳感器之間使用單總線數(shù)據(jù)格式進行同步和通信。4毫秒是一次數(shù)據(jù)傳輸所需的時間，數(shù)據(jù)可以分為正整數(shù)和小數(shù)點，階位優(yōu)先，40位是整個數(shù)據(jù)量的結(jié)果。數(shù)據(jù)格式為：8位總濕度數(shù)據(jù)+8位十進制濕度+8位總溫度+8位十進制溫度+8位溫度校驗和。在發(fā)送數(shù)據(jù)無誤的情況下，校驗和數(shù)據(jù)等于結(jié)果8位總濕度+8位濕度十進制+8位總溫度+8位溫度十進制的最后8位。在微控制器發(fā)出第一個信號后，傳感器從低功耗模式切換到高功耗模式。在信號結(jié)束時，傳感器發(fā)送一個40位的數(shù)據(jù)響應信號，同時激活傳感器采集信號。收集相關(guān)信息的任務。此時，如果需要，用戶可以讀取一些信息。當傳感器處于從屬模式時，當接收到啟動信號時，溫度和濕度傳感器功能被激活。若傳感器未收到從單片機發(fā)出的啟動信號就不會采集數(shù)據(jù)，從而使傳感器處于節(jié)電模式。3.2.4溫濕度檢測模塊電路在智能空調(diào)控制系統(tǒng)中，溫度和濕度測量設計選擇DHT11-sensor進行。這種傳感器具有以下性能和特點：采用DALLAS方法，只要一條線就可以和計算機雙向通信。DHT11傳感器可以封裝為各種不同的形式，數(shù)字信號以信號的形式輸出，尺寸較小，抗干擾能力強、精度高、硬件成本低。供電方式便捷，供電電壓不超過5.5V，溫度測量范圍-55-125度，通常來說，溫濕度測量的誤差不能高于0.5度，精度需要保證為0.1度。當電源的電壓極性反轉(zhuǎn)時，具有負電壓特性的設備可以保護設備不被燒壞。9-12位數(shù)字讀數(shù)可通過軟件實現(xiàn)，轉(zhuǎn)換速度高，溫度和濕度的9位轉(zhuǎn)換時間僅需93.75ms。該傳感器對各種微處理器或者系統(tǒng)都有廣泛的應用，甚至還能隨著實際的變化而變換外觀，能夠較好地滿足不同條件的使用要求。圖3.2是溫濕度測量電路。圖3.2溫濕度檢測接口電路圖3.3顯示電路LCD1602的液晶顯示屏是工業(yè)字符構(gòu)成，能顯示16x02或32個字符。LCD數(shù)控電路模塊廣泛應用于許多高端消費類電子產(chǎn)品中，如智能數(shù)字電子單片機與智能無人機的通訊接口，專用數(shù)字電子計算器，萬能機電表或電度表等。液晶顯示器作為一種輸出器件，在單片機系統(tǒng)中具有以下優(yōu)點：由于一個熒光信號接收器每次得到一個熒光發(fā)射信號后，LCD的每個熒光發(fā)射線節(jié)點都必須始終保持相同熒光顏色和它的照明節(jié)點亮度，因此它的顏色照明節(jié)點亮度必須是恒定的，照明是穩(wěn)定的，LCD具有較高的圖像質(zhì)量和無閃爍。字符型液晶顯示器是以LCD1602為顯示單元。本裝置采用5V電源作為供電源，顯示電路容易構(gòu)建，顯示的信息量大。因性價比高而得到了廣泛的應用。液晶顯示器屬于尺寸較小、重量輕、功耗低的顯示設備。3.3.1液晶引腳說明LCD1602的字符顯示屏腳注如下：3.3.2液晶顯示模塊電路液晶顯示模塊的接口電路接線圖見圖3.3。引腳1和引腳2被用作輸入等級，為LCD顯示供電，電路的接地線連接到LCD模塊的引腳1上。電路的電源線連接到LCD模塊的2引腳上。在電路的質(zhì)量頭和引腳3之間連接一個電阻值為10k的電位器。如果要調(diào)整液晶顯示的對比度，可以通過電位器進行調(diào)整。即LCD4。這個引腳連接到微控制器，并連接到P27引腳。讀取控制器，即4腳LCD顯示屏，必須連接到p26腳MCU上。LCD顯示屏的6pin與單片機的P25引腳相連。8位總線，即LCD引腳7和8，連接到單片機的P0口。背光的電源引腳，即LCD引腳15和LCD引腳16，分別與單片機電源端口、接地線相連。液晶顯示電路如圖3.3所示。圖3.3液晶接口電路圖3.4WIFI通信電路WiFi模塊ESP8266與單片機串口通信，實現(xiàn)手機對系統(tǒng)的控制，所以系統(tǒng)必須開啟Wi-Fi通信。STATE是一個無線狀態(tài)信號輸出接口，不使用藍牙功能的話，界面會產(chǎn)生低電平。藍牙連接后，該界面輸出高電平，所以你可以設計一個LED電路表示藍牙連接狀態(tài)。RXD作為無線模塊串口數(shù)據(jù)的接收接口，連接P31TXD連接器，傳輸來自單片機的串口數(shù)據(jù)。TXD是無線模塊的串行數(shù)據(jù)傳輸接口，通過單片機的RXD接口與P30的接收串口相連。GND是模塊的電源連接，VCC是模塊的電源，電源要求為3.2-6V，系統(tǒng)選擇的電壓為3.3V，Wi-Fi模塊的電源設計需要具有塊切換功能，該模塊實現(xiàn)反向供電過程中的自我保護，Wi-Fi模塊串口可以直接接入單片機串口，不需要處理電平移位問題。Wi-Fi連接如圖3.4所示。R3R31K12345678JP23V3GNDRXDESP8266TXD圖3.4WiFi通信電路圖3.5報警電路系統(tǒng)報警電路啟動蜂鳴器發(fā)出警報，蜂鳴器的電源為直流。在很多電子產(chǎn)品上都得到了廣泛的應用。如果發(fā)現(xiàn)溫度和濕度未處于設定的溫度和濕度范圍時，報警電路進行報警，警報開關(guān)圖見圖3.5。圖3.5蜂鳴器報警電路圖3.6指示燈電路由檢測電路對系統(tǒng)采集的溫、濕度進行顯示。若溫度數(shù)據(jù)恢復正常則LED1亮；若溫度數(shù)據(jù)恢復正常則LED2亮。如果溫濕度信息恢復正常，則LED3亮起；如果溫濕度信息恢復正常，LED4亮起。探測器電路如圖3.6所示。圖3.6指示燈電路圖3.7空調(diào)控制電路本設計采用一個5V的電磁繼電器來控制電磁效應，由空調(diào)開關(guān)控制繼電器。當線圈被激活時，它會產(chǎn)生一個磁場來吸引錨，錨桿收集的電磁力大于接觸彈簧的彈性力，錨與鐵芯結(jié)合在一起。靜態(tài)觸點一定是吸進去的；斷開線圈后鐵芯上不再有電磁力和觸點彈簧往里的拉力將錨點拉離靜態(tài)觸點，回到原點，動、靜態(tài)觸點斷開。繼電器在錨桿鐵芯的作用下向內(nèi)拉、分離，實現(xiàn)斷路器。一般來說，繼電器作為低壓控制電路，控制高壓工作電流中的低壓，溫濕度控制電路圖見圖3.7。112345J2JD2IN4007VCCR21KQ1855012J11KR1D1LEDP36圖3.7空調(diào)控制電路3.8按鍵電路設計對本系統(tǒng)的關(guān)鍵電路進行設計時，通過三個按鈕對數(shù)據(jù)報警值進行設置。從左到右分別為：減號、加號、設置。按鍵控制的詳細說明是當按下setup鍵時，系統(tǒng)切換到setup模式。當?shù)谝淮伟聪略O置按鈕時，LCD指示燈保持在溫度設定值，此時可設置溫度報警值。同時再次按Set鍵移動位置，可使用Minus和Plus鍵更改警報。在設定步驟結(jié)束時，可以繼續(xù)按下setup鍵，使光標的位置右移到濕度報警值設定的點上，同時再次按下設置鍵進行數(shù)值設置，可通過加減鍵和1位大小改變10位報警值，確定濕度報警值，K2是在微控制器P2上掃描的設置選擇按鈕，K3是微控制器P2上掃描的加號按鈕，而K4是微控制器P2上掃描到的負鍵。按鈕電路如圖3.8所示。K2K2K3GNDP15K4P16P17圖3.8按鍵電路圖4軟件設計4.1軟件整體設計首先，該系統(tǒng)初始化了環(huán)境溫濕度的測量界面、空調(diào)控制接口、按鈕控制接口等，并實時采集溫濕度數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)超過設定的閾值時，系統(tǒng)會發(fā)出告警，并可通過按鍵調(diào)整告警值。同時可通過連接WiFi的手機調(diào)節(jié)報警值，圖4.1是系統(tǒng)軟件的設計流程圖。圖4.1軟件設計流程圖4.2溫濕度檢測軟件設計章節(jié)2.3.3和3.3分析DHT1溫濕度傳感器的基本數(shù)據(jù)，可借助軟件編程來實現(xiàn)。單片機P3.7引腳連接DHT1溫濕度傳感器中的數(shù)據(jù)，單片機讀取傳感器數(shù)據(jù)。當該模塊工作時，將信號發(fā)送到單片機P3。單片機發(fā)出信號后，傳感器接收到啟動信號。同時，傳感器將40位的數(shù)據(jù)傳輸給單片機。微控制器接收來自傳感器的溫度和濕度數(shù)據(jù)，并執(zhí)行一個驗證過程，以確定它們正常與否。如果數(shù)據(jù)正常，則傳輸至LCD進行顯示。若數(shù)據(jù)不正常，錯誤數(shù)據(jù)不會被接收，單片機再發(fā)出信號，傳感器重發(fā)數(shù)據(jù)。最后對數(shù)據(jù)進行了對比，對比接收數(shù)據(jù)和報警值，若大于報警值，蜂鳴器不會發(fā)出警報。溫濕度測量軟件的設計流程如圖4.2所示。圖4.2溫濕度檢測軟件流程圖4.3顯示軟件設計將編碼后的展示信息進行錄入，并通過錄入指令完成系統(tǒng)所需要的展示內(nèi)容。首先通過并口選擇數(shù)據(jù)錄入方式，然后設置基本指令，擦除LCD屏幕，重置LCD屏幕上的光標，轉(zhuǎn)動LCD屏幕顯示功能，設點無燈光效果。DDRAM內(nèi)存清楚可見。對LCD顯示內(nèi)容的地址進行設置，執(zhí)行地址書寫功能，輸入LCD顯示內(nèi)容，執(zhí)行信息書寫功能。LCD軟件結(jié)構(gòu)如圖4.3所示。圖4.3LCD1602顯示流程圖4.4WIFI通信軟件設計WiFi模塊ESP8266性價比較高，屬于Wi-FiSOC模塊。Wi-Fi管理單元支持TCP/IP協(xié)議棧，用戶可以通過這組模塊在本地網(wǎng)絡上部署無線通信。ESP8266模塊有AP、STA和STA+AP三種通信方式。用戶可以通過手機掃描并登錄相關(guān)的Wi-Fi信號，并設置密碼登錄連接，以此方便后續(xù)的相關(guān)操作，與此同時，通過串口控制系統(tǒng)實現(xiàn)了WiFi通信功能，單片機僅需要通過串口對無線模塊進行控制。位置數(shù)據(jù)為512字節(jié)，以實現(xiàn)對通信數(shù)據(jù)的遠距離采集，WiFi通信軟件的設計流程如圖4.4所示。圖4.4WiFi通信軟件流程圖4.5按鍵控制程序按鈕控制程序主要起設定報警值的作用。在設定的過程中，應當指出，按鍵實際操作無規(guī)律，所形成的高低電平顯示了導致程序不能正常運行的故障。由于人工振動和機械結(jié)構(gòu)振動在所難免，因此要有平穩(wěn)的旋鈕移動，并進行一種抗振動處理。目前應用最為廣泛的減振方法為延遲重復掃頻法。發(fā)現(xiàn)按鈕運行后，應當減緩和檢查首次探測的信號。在幾毫秒的延遲之后，評估函數(shù)是否工作，表示這是一個普通的擊鍵函數(shù)。鍵掃描軟件設計過程見圖4.5。圖4.5按鍵控制流程圖5系統(tǒng)測試5.1實物組裝在進行物理焊接之前，必須根據(jù)接線方案采購全部設備和有關(guān)工具。工具有焊接彎頭、萬用表和焊絲等。在電路圖設計基礎上，第一，電流連接電路焊接，因為電源在電路的其他部分中是必不可少的，試驗只在具備電源時進行。在對單片機系統(tǒng)的電路進行焊接之后，另一部分則須采用單片機進行控制，因此其他功能只能用單片機部分來測試。第二，在制作電路的時候首先要對電源進行測量，使用萬用表測電源有無短路現(xiàn)象，若正常，請插在電源后面，使用萬用表測得合適的電源電壓。在對電路其他功能部件進行焊接時，經(jīng)過功能電路的設計，需要使用單片機系統(tǒng)來檢測短路的發(fā)生，檢測電壓的正確性以及測試功能的正確性，物理焊接完成后，可以對系統(tǒng)功能進行測試。系統(tǒng)配置的物理示意圖如圖5.1