智能家居控制系统(总汇).doc

精品文档一摘要该系统以AT89S52单片机为核心，可以通过液晶屏或PC机实时监控家居内各模块的运行状态，也可通过遥控器或PC机对各模块进行无线控制。本系统功能模块可分为：门禁模块、无线遥控模块、水流量及水温计模块、智能照明模块、防盗报警模块、室内恒温控制模块、太阳能供电模块、上位机控制模块。本系统推崇“智能、节能、环保”的科学发展观念，符合当今社会主流，有很强的市场推广前景。关键词：单片机、水流量计、温度计、光控、热释、无线遥控二系统简介随着现代社会的进步，经济的发展，人们对精神领域的追求更高了，对生活水平的要求更高了。现代的家居生活是一种高品位、高质量、个性化、智能化的方式。本系统就是基于AT89S52单片机控制的智能家居系统，可以实际监控室内各种不同的家电设备，并能通过液晶屏动态显示当前工作状态。该系统与传统的智能家居系统相比，具有功能多样化、成本造价低等优点，且符合当今社会智能、节能、环保的发展观念，并在人们享受高品位、高质量、个性化、智能化生活的同时提高人们的节约意识。本系统采用Atmel公司的AT89S52单片机为主控制器。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。且S系列的单片机可以在线编程、调试，方便地实现程序的下载与整机的调试。该系统采用比赛提供的E_PLAY万能实验板。三智能家居房屋模型设计为了更加形象生动的演示出该智能家居系统优越的功能性，本系统还另设计、构建了房屋模型。该模型模拟真实的小型别墅1：1200的比例建造，更具有真实性，实用性。对于房屋模型材料的选择，经过多次比较，选择了铝塑板和挤塑板相结合的设计模式，铝塑材料具有轻巧、坚固、防火、安装节省、简便、环保、高度平整的优点，用于制作房屋模型的主体结构，用铝塑材料比塑料更牢固，美观，相对于木质板跟易裁剪，方便了制作过程；挤塑板用于房屋模型的外部装饰结构，具有抗高压、防潮、不透气、不吸水、耐腐蚀、导热系数低、轻质、使用寿命长等优质性能，是一种优质的环保材料，提醒人们环保节约意识。窗户的制作选择了具有易于切割、轻巧、坚固、环保等优点的有机玻璃作为制作材料。模型分为两层，其中第一层装有正门、窗户及一个小屋；第二层装有窗户、窗帘及排风设施。二层之上装有类似于瓦砾的屋顶，在其上方装有太阳能设施。整个房屋的门窗的开启与关闭均由电机控制来完成。房屋模型一层正门的设计利用了涡轮蜗杆的工作原理，将电机加入其中，具有反自锁功能，只有在上电后才开始工作，正门的开关由门上的电机的转动来实现；门右旁装4*4的矩阵键盘，用于输入密码，正门右上方装有液晶显示屏用于输入密码，确认密码；正门上方有红、绿灯检测装置，检测并判断密码输入是否正确且是否可进入屋内。一层左右两侧分别各装有一扇用合叶、有机玻璃制作的两面开窗户，增加了整套房屋模型的观赏性。房屋一层正面右侧的小屋用于安装水流量计设备，用来演示水流量计模块所实现的功能，小屋内的水管中装有温度传感器及水流量传感器，温度传感器用于水温的测量，水流量计用于测量当前水的流量；房屋二层左右两侧都各装有一扇用合叶、有机玻璃制作的两面开窗户，作为室内通风功能模块的一部分，窗户边装有电机，利用电机的转动来智能控制其开启或关闭；窗户内侧装有窗帘，其旁安装了红外及光敏传感器等设备继而构成了光控窗帘模块。一层窗户旁边则安装了热释传感器用于反馈窗户周围的安全，窗户上方还装有门窗强行进入报警信号器，构成了窗户防盗功能模块，用于安防报警；二层窗户上侧装有通风风扇设施（模拟空调），作为通风模块，用于调节室内温度并让其保持在一定范围内。房屋模型屋顶装有太阳能板，构成太阳能供电模块，晴天时可通过蓄电池储存电能用于整个系统的供电，在意外断电的情况下是仍能使整个系统正常工作，并节约了能源，提倡了节能意识。此外，整个系统的所有电路板均装于房屋内部顶层，既方便系统的布线又增强了整个模型的观赏性。房屋模型背面装有一扇用合叶及有机玻璃制作的单面开设施，方便了对房屋内部结构及系统功能的观察和了解。下图为房屋模型的框架图：四工作原理及设计思路 水流量模块当打开水龙头时，根据主控器（51单片机）的指令，水流量计传感器和数字温度传感器DS18B20实时采集水流量状态和水温的数据。当主控器（51单片机）扫描到水流量计传感器的脉冲数，经过主控器（51单片机）处理，计算出所采集的水流量后，通过液晶屏TX-1602能动态显示当前水流量，水费及水温（由于条件的限制我们这里采用气流代替水流）。系统由主控器（51单片机）向温度传感器DS18B20发出测量温度的命令，DS18B20测量出高精度的温度值后，主控器（51单片机）向DS18B20发出读取温度值的命令，并读回被测点的的温度值，经主控器（51单片机）处理运算读回的温度值后，由液晶屏TX-1602能动态显示当前测得的水温。本模块符合当今国家提倡的节约型和谐社会，能不时提高人们节约用水的意识。 门禁模块主控器（51单片机）采用矩阵键盘扫描，把按键按行列组成矩阵，在行列交点上都对应有一个键，这样使用的按键要少，为判定有无键被按下以及被按键的位置，这种称为键扫描法。采用矩阵键盘扫描节约了单片机大量的I/O口，免去了上拉电阻为焊接带来了方便，提高了整块电路板的美观度。首先判定有没有键被按下，然后再判定被按键的位置，因为键盘矩阵有键被按下时，被按键处的行线和列线被接通，使得开关之间接通。当扫描表明有按键被按下之后，紧接着应是进行去抖动处理，当确定有按键被按下时，相应的显示出所按数值，并液晶屏TX-1602显示所按下数据，当输入密码正确时，主控器（51单片机）接收到信号，然后发出指令，使绿灯I/O口为低电平并驱动ULN2003，通过芯片ULN2003低压控制高压驱动12V电机的转动，则绿灯点亮并能使电机转动，把门打开；当输入密码错误时，主控器（51单片机）使红灯I/O口为高电平，则红灯点亮。报警电路用两个555接成，前者产生一定的报警延时，通过改变RC的值可改变延时时间，后者为多谐振荡器通过电位变化，产生相应的输出频率。输出端产生的脉冲经三极管驱动后接扬声器，就能发出报警声音。每一按下按键，输出的脉冲传给主控器（51单片机），主控器（51单片机）发出指令给蜂鸣器让其产生按键的声音，可提醒人们所按次数是否正确。此外，在屋内也可对门进行控制，当有客人来时，只需按下按键，则大门打开。 光控窗帘模块 本模块由光控部分，电机驱动以及红外接收来实现对窗帘的控制。两个等量电阻构成的分压器中点接运算放大器LM358的反向输入端，从而使放大器的输出电压为1/2U。白天有光照时，光敏电阻传感器对外部环境进行采光，此时阻值小，反向端电压高于正向端，则运算放大器LM358输出端输出高电平，使控制窗帘部分的电机驱动；反之天黑时，光敏电阻传感器阻值大，正向端电压高于反向端，运算放大器LM358输出端输出低电平，则电机不转动。因此，当光敏电阻传感器采集的模拟信号通过运算放大器LM358传给主控器（51单片机）后，主控器（51单片机）驱动电机，实现天亮时窗帘自动打开；天黑时窗帘自动关闭同时打开室内的灯。当窗帘拉开或收回到一边时，左右两侧的红外二极管接收信号，把信号传给主控器（51单片机），主控器（51单片机）再发出停止指令给电机，电机则停止转动。通过用红外二极管停止电机的转动能防止电机不停空转而被憋坏，且用红外控制窗帘的停转，能防止突然断电再被开启时，电机再次转动固定转数而烧坏电机。 窗户防盗模块 本模块采用了被动式红外报警器热释电红外传感器KDS9。这种热释电红外传感器能以非接触形式检测出人体辐射的红外线，并将其转变为电压信号，同时，它还能鉴别出运动的生物与其它非生物。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有：不需要用红外线或电磁波等发射源；灵敏度高、控制范围大；隐蔽性好，可流动安装的特点。当人体辐射的红外线被聚焦在KDS9的探测元上时将输出电压信号，由于电压十分微弱，所以用运算放大器LM358对其进行两级放大，以获得足够的增益。当放大后将这个高低电平变化的信号的下降沿信号作为555连接成的单稳态电路的触发信号，让其输出脉宽为5s的低电平信号。再用这一脉宽信号作为555多谐振荡器报警电路得输入控制信号，产生5s的报警信号，最后用三极管8550再次对电信号放大，使其有足够大的电流来驱动喇叭发出报警声。热释电红外传感器设计的监控报警系统具有结构简单成本低等优点经过多次测试,该系统工作情况稳定 通风模块用数字温度传感器DS18B20测量，主控器（51单片机）向温度传感器DS18B20发出测量温度的命令，DS18B20实时测量出高精度的室内温度值，主控器（51单片机）向DS18B20发出读取温度值的命令，并读回测得的被测点的DS18B20传回的温度值，经主控器（51单片机）处理运算读回的温度值，当检测到室内温度达到一定上限阈值，主控器（51单片机）向直流电机电机发出指令，控制直流电机转动，使风扇打开，液晶显示屏显示开启状态。通风一段时间后，若室内温度达到一定下限阈值时，则主控器（51单片机）控制电机使其停止转动，从而风扇停转，液晶显示屏显示关闭状态。 无线通讯遥控器模块 该模块由发射端与接收端组成，无线发射装置连接上位机（主机）串口通讯与无线接收装置连接主控器（51单片机）的串口能进行无线通讯。通过上位机里的智能家居系统用户界面的相应控制按钮，可使无线发射装置发射出信号给无线接收装置，无线接收装置经过串口送入主控器（51单片机），由主控器（51单片机）负责处理来自串口的信息，主控器（51单片机）接收到信号后，相应的控制门、窗、灯的开关；无线发射装置另又接入3*3矩阵键盘，当确定有按键按下时，主控器（51单片机）接收到信号，亦可执行相应的命令控制门、窗户、窗帘、灯的开关。 太阳能供电模块 该模块用三块各5.5V的太阳能板串并联后给12V的蓄电池充电。蓄电池（也俗称电瓶）是太阳能供电系统的重要器件，它的主要功能，是能把太阳能电池板发的电能即时储存在电瓶内，以供用电设备使用，蓄电池具有储存电能和稳定电压的作用。蓄电池出来12V的电压后，用三块并联的7805将其稳压成1.5A，5V供电给单片机。太阳能电池给蓄电池充电时，在充电电路中加两只整流二极管，以保证在晚上蓄电池不会通过太阳能电池板反向放电。通过蓄电池储存的电给主控器（51单片机）供电，使系统工作，能达到系统节能目的。亦可在电源处于停电状态时，用太阳能供电，能保证主控器（51单片机）保持持续有电状态。在蓄电池连接电路时，加入了自恢复保险丝，当电路发生短路或者过载时，流经保险丝的大电流使其集温升高，当达到居里温度时，其态密度迅速减小，相变增大，内部的导电链路呈雪崩态变或断裂，保险丝呈阶跃式迁到高阻态，电流被迅速夹断，从而对电路进行快速，准确的限制和保护，其微小的电流使保险丝一直处于保护状态，当断电和故障排除后，其集温降低，态密度增大，相变复原，纳米晶体还原成链状导电通路，自恢复保险丝恢复为正常状态，无需人工更换。五硬件框图89S52单片机风扇小液晶屏温度计光照传感器步进电机器上位机太阳能蓄电池+稳压电源7805水流量计器大液晶屏器无线通讯遥控器门、窗窗帘声音报警灯六软件流程开始系统初始化延时函数扫描水流量计脉冲数子程序、温度测量子程序送显寄存器清零是否扫描按键子程序输入密码子程序程序检验密码是否正确ULN2003控制电机正转、绿灯亮是否报警子程序、红灯亮扫描采集光照子程序ULN2003控制电机正转检测红外是否有输出信号ULN2003控制电机停转是否是否开始系统初始化温度测量子程序检测温度达到一定上限值ULN2003控制电机转动否是LCD12964初始化清除显存RAM各传感器状态显示子程序LCD1602初始化清除显存RAM密码显示子程序返回返回七创新性基于AT89S52单片机控制的多功能智能家居系统具有以下特色: 该系统实现了家电控制的智能化，多功能化。 通过液晶显示屏动态显示各传感器当前工作状态，能实时检查各传感器是否正常工作。 水流量计模块实时显示当前水流量能提醒人们节约用水的意识，符合当今国家提倡的节约型和谐社会。 门、窗、窗帘、灯用电机控制，电机具有反自锁功能，只有在有电的情况下才能转动，也可防盗。因此门、窗、窗帘、灯既能通过自动控制，也能人工控制，方便又省事。 门禁系统的双重报警能防止小偷的强行进入，保证家居的安全。 窗户上的报警装置能防止小偷从窗户进入，保证家居的安全。 无线通讯模块中，通过上位机里的智能家居系统用户界面能控制家里的电器设备，即使在办公室通过电脑也能对家中的电器设备进行控制。 当白天时，窗帘自动收回，能提醒人们早起而避免闹钟突然响起的吵闹声而受惊，且窗帘停止用红外控制，能防止突然断电再开启时，电机再次转动固定转数而烧坏电机。本系统采用双电源供电，能保证主控器任何时候都为工作状态。晴天时，太阳能板吸收阳光对蓄电池充电，将电量储存起来。平时可