智能家居模型系统设计

1、本科学生毕业论文论文题目：智能家居模型系统设计学 院：电子工程学院年 级：2010级专 业：通信工程姓 名：张晓锋学 号：20103516指导教师：刘勇2014年X月XX日摘要关键词Abstract Key wordsII目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1课题背景及研究的目的和意义11.1.1 课题背景11.1.2 研究的目的与意义11.2 智能家居的概况及国内外研究现状21.2.1 国外智能家居控制系统发展状况21.2.2 国内智能家居控制系统发展状况31.3本文研究内容3第二章 智能家居模型系统整体设计52.1 引言52.2 系统总体设计图52.3 系统设计方案62.4 本

2、章小结6第三章 智能家居模型系统硬件设计73.1 引言73.2 主控制部分电路73.2.1 控制芯片电路83.2.2 12864液晶显示模块电路93.2.3 SYN6288语音模块电路103.2.4 CC1101无线模块103.2.5 GSM模块113.2.6 蓝牙模块123.3 传感器节点部分电路123.3.1 传感器节点控制芯片电路133.3.2 红外检测传感器电路143.3.3 火焰传感器检测电路143.3.4 烟雾传感器电路153.3.5 电源模块电路163.4 本章小结16第四章 智能家居模型系统软件设计174.1 引言174.2 ICCAVR编译软件174.2.1 智能家居模型系统

3、控制部分软件架构174.2.2 传感器节点报警信号的采集184.2.3 传感器节点定时器的实现194.2.4 传感器节点串口通信的实现204.3 App Inventor在线编译器224.4 Altium Designer硬件板卡设计软件234.5 本章小结25第五章 智能家居模型系统功能测试265.1 引言265.2 系统运行状态测试265.3 系统报警功能测试275.4 手机软件连接测试275.5 系统远程控制功能测试295.6 本章小结29结论30参考文献31致谢32智能家居模型系统设计第一章 绪论1.1课题背景及研究的目的和意义1.1.1 课题背景随着科学技术的飞速发展，人们生活水平的

4、不断提高，普通的家庭住房已经远远不能满足人们的生活需求。为了使人们居住的环境更舒适、更方便、更安全，智能家居便应运而生了。嵌入式系统、自动控制和通信技术等已经深入到起千家万户，深刻地改变了人们的生活方式，极大的提高了各行各业的生产效率，为整个社会创造了巨大的财富，然而带给我们普通个人与家庭的好处却少之又少，传统的居住环境并没有因为这个信息时代的到来而产生改变，加之各种各样的家用电器产品日益增多，生活水品虽然有所提高，但随之而来的安全问题和分散控制给人们带来了极大的不便，居民住宅几乎变成了这个信息时代的孤岛。在这样的种种情况下，人们开始越来越关注自己的居住环境，更加注重居住环境的安全性、舒适性，

5、将各种各样的家用电器产品有机的结合为一个整体，并可以通过它远程对家用电器进行智能化控制与管理，实现智能化的新型住所。智能家居是一个新的生产业，现在正处于婴儿期与成长期的临界点上，整体的市场消费观念并没有形成，但是随着智能家居的进一步普及与推广，培养消费者的使用习惯，它的市场潜力是巨大的，产业前景一片光明。正是由于这个原因，国内许多优秀的企业越来越重视对智能家居行业的研究，一些国内的智能家居品牌诞生了，他们将成为智能家居产业的领头军。智能家居控制系统作为智能家居的核心，他的功能设计必将推动着整个智能家居市场的发展，整个系统在保证功能同时，提高系统的集成化，简化用户的使用方法，将智能家居更平民化、

6、普及化是未来智能家居的发展趋势。我想智能家居控制系统的最终成果是将家中所有的设备都有效结合在一起，让我们能够真真正正的享受一个温馨舒适的家庭生活。1.1.2 研究的目的与意义智能家居模型系统设计的目的在于设计并制作一个集智能家庭安防、家电与灯光自动控制的模拟系统，控制对象为模拟的家庭环境，可以实现家庭的安防报警、远程布防、远程撤防、家电与灯光的远程控制等，并能够将家中的信息采集并发送出去。为了完成上述研究目标，本设计的具体设计目标为：（1） 家庭安防，实现家庭门或窗闯入检测，并进行声光报警；（2） 家庭室内人员闯入的红外无线检测，进行一定范围区域内的人员出现的检测，并进行声光报警；（3） 家庭

7、的报警信息能够传送至远程控制端，远程控制端能够及时的看到报警信息。（4） 智能家居系统的无线布防与撤防，如家人回到家中，将智能家居系统撤防，离开家的时候，将智能家居系统布防，使系统处于工作状态。（5） 家庭灯光的无线控制，如模拟三种场景：会客模式（亮度明亮）、影院模式（亮度很暗）、睡眠模式（亮度适中）。（6） 家庭家电的远程控制，通过远程控制端对家里的灯光、家用电器等的控制。1.2 智能家居的概况及国内外研究现状要想实现对智能家居控制系统的操控，从而达到远程控制智能家居控制系统以及家里的家用电器，需要解决的一个关键性问题是组建和接入家庭网络。从网络连接方面来看，组建家庭网络的工作主要分为两大部

8、分：一方面是在家庭范围内组建各种智能家居的子系统控制网络，另一方面是这个组建的家庭控制网络与玩不互联网等网络能够结合在一起，形成一个智能家居网络一体化的网络平台。最终的目标是是家庭中的各个子系统能够互相连接，通过无线网络语外界环境进行通信。建立一个低成本的、高效率的智能家居网络控制系统是现如今世界智能家居系统未来发展的一个重要的问题。近年来，国际上许多比较大的公司都提出了许多自己的解决方案，但是在这个领域到目前为止还没有一个成熟的国际性的标注，各个公司都是在研究属于自己品牌标准的智能家居控制系统。1.2.1 国外智能家居控制系统发展状况1984年，在美国建立的世界上第一栋智能楼宇“城市空间建筑

9、”，开启了智能家居控制系统的大门，此后，加拿大、德国、日本、新加坡等经济发展比较发达的国家也相继提出了各种各样的智能家居控制系统方案，但是由于市场经济和策略目标的不同，一直没有形成一个同意的国际化标准。一直到20世纪九十年代初开始，家庭网络的技术逐渐发展了起来，在国际上比较有影响力的智能家居系统有：美国的LonWorks和X-10系统、德国的EIB系统、新加坡的8-X系统以及日本的HBS系统。目前应用比较多的系统如表1-1所示。表1-1 国外目前应用比较多的智能家居控制系统型号产地特点优点缺点X-10美国使用输电线路实现设备控制无需布线造价比较高8X新加坡总线集中控制家居设备集中控制灵活性不够

10、，不易扩展EIB德国有线集中控制方式集中控制安装复杂，造价较高1.2.2 国内智能家居控制系统发展状况我国是在2000年开始才引进了智能家居控制系统的概念，1999年，我国建设部制定了居住小区智能化建设要点与技术导则，该导则将我国的智能化小区分为三个星级标准，其中最为基本的系统包括家庭安全防护、智能设备管理以及网络通讯三个方面。智能家居在我国经历了将近十年的起步阶段，由于投入的资金不足以及开发水平不够成熟，所以发展非常缓慢。但是随着国家对智能化建筑行业的不断重视以及开发技术水平的不断提高，已经开始出现了一些智能化产品，比如远程抄表系统、门禁管理系统、楼宇对讲系统以及医疗救助系统等控制系统，但是

11、这些系统都是分散的，不能实现统一的管理和控制，安装起来也不是很方便。国能的一些知名品牌，比如联想、海尔、海信等也推出了自己的智能家居产品，但是由于缺乏统一的标准和协议，这些产品并没有真正的进入普通百姓的家中。1.3本文研究内容本论文的研究目的是设计并制作一个智能家居模型系统，整个系统包括家庭安防、远程监控家庭信息、远程智能家电控制等。本论文的各个章节主要内容如下：第二章对整个智能家居模型系统的功能进行了分析后，完成了智能家居模型系统总体设计，确定了智能家居控制系统的总体方案。第三章从硬件方面入手，对智能家居模型系统的总控制系统以及各个报警信号采集节点的电路进行了设计，完成了整个智能家居模型系统

12、的硬件结构设计。第四章从软件方面入手，设计并完成了智能家居模型系统的总控制系统以及各个节点采集信号的程序，然后使用Altium Designer软件设计并制作了传感器节点PCB板卡，最后使用App Inventor制作了智能家居模型系统手机控制软件。第五章从系统的运行状态、系统的报警功能、系统的软件控制功能以及系统的远程控制等方面对整个智能家居模型系统进行测试，完成整个智能家居模型系统设计工作。第二章 智能家居模型系统整体设计2.1 引言系统的总体设计需要从系统的功能、总体规划、模块设计等方面入手，决定着整个系统以后的升级等。本章主要针对智能家居模型系统的功能进行分析，设计模型的整体规划方案，

13、各个节点模块的摆放位置等，最终确定智能家居模型系统的整体方案。2.2 系统总体设计图本智能家居模型系统的总体设计图如图2-1所示，整个模型分为六个部分，分别是卧室、厨房、车库、活动室、客厅以及卫生间。图中1号节点为房门报警信号采集，2号节点为窗户报警信号采集点，3号节点为客厅报警信号采集点，4号节点为厨房火警报警信息采集点，5号节点为车库门报警信息采集点，6号节点为LED模块，用来模拟室内灯光，7号节点为小风扇模块，用来模拟家用电器的控制，总控制以及一些相关的模块放在卧室。图2-1 智能家居模型系统总体设计图2.3 系统设计方案本系统采用两块ATmega128单片机作为控制芯片，一块芯片作为主

14、控芯片，一块芯片作为辅控芯片，主控芯片负责通过CC1101模块采集各个传感器的报警信号，得到报警信号后，迅速找出报警位置，并向辅控芯片发送报警信号，辅控芯片接到报警信号后，启动SYN6288语音模块播报报警信息，启动报警灯闪烁，进行声光报警，报警系统发出响亮的报警声，同时连接在辅控芯片上的GSM模块也会向设定的手机发送报警信息，远程接收报警信号，以便及时处理紧急情况。GSM模块也可以向智能家居模型系统发送控制信息，远程操控家里的系统布防、撤防以及各种家电的控制。本系统还提供基于安卓的智能家居系统控制软件，可以非常方便的对系统进行近距离的控制，比较适合青年人进行操作。为了使老人和孩子也可以进行简

15、单的操作，本系统还设计了简单的遥控器控制，操作非常方便，另外，在系统中加上了语音识别模块，在家中可以方便的控制家里的一些家用电器，实现家居智能化。2.4 本章小结针对智能家居模型系统设计这个课题，本章从系统的功能、总体规划、模块设计等方面入手，完成了智能家居模型系统总体设计，确定了整个智能家居模型系统总体设计方案，为后面智能家居模型系统硬件和软件设计确定了研究方向。第三章 智能家居模型系统硬件设计3.1 引言本系统设计的智能家居模型系统旨在建立一个智能家居的嵌入式系统，系统的总体的硬件设计可以分为三大部分：主控制部分、传感器节点部分和功能子模块。主控制部分采用ATmega128单片机作为控制芯

16、片，传感器节点部分采用ATmega16单片机作为控制芯片。主控制部分外接的功能子模块有：LCD12864液晶显示模块、蓝牙模块、GSM通信、CC1101无线通信模块、SYN6288语音模块等，传感器节点部分外接的功能子模块有红外检测传感器、火焰传感器、烟雾传感器、LED模块、继电器模块、语音识别模块等，本章会对上述硬件部分详细介绍。3.2 主控制部分电路1997年，ATMEL公司在挪威的设置中心的A先生和V先生利用了ATMEL公司的Flash新技术共同研发的基于RISC精简指令集的高速8位单片机，称之为AVR单片机。AVR单片机开发的门槛是比较低的，只需要一个下载器或者JTAG仿真器就可以进行

17、程序的下载与仿真等试验，而且AVR单片机价格比较低廉，其内置的高质量Flash程序存储器擦写非常方便，支持ISP和IAP，非常有利于产品的开发、调试、生产等。另外，AVR单片机还具有高速、低功耗、保密性能好、I/O接口功能强，内部资源丰富等特点，不愧为八位单片机中的佼佼者。主控制部分是整个智能家居模型系统的核心部分，也是整个系统的重中之重。因此主控制部分采用两块ATMEL公司ATmega128单片机作为控制芯片，一块芯片作为主控芯片，一块芯片作为辅控芯片，主控芯片负责通过CC1101模块采集各个传感器的报警信号，得到报警信号后，迅速找出报警位置，并向辅控芯片发送报警信号，辅控芯片接到报警信号后

18、，启动SYN6288语音模块播报报警信息，启动报警灯闪烁，进行声光报警，报警系统发出响亮的报警声，同时连接在辅控芯片上的GSM模块也会向设定的手机发送报警信息，远程接收报警信号，以便及时处理紧急情况。GSM模块也可以向智能家居模型系统发送控制信息，远程操控家里的系统布防、撤防以及各种家电的控制。本系统还提供基于安卓的智能家居系统控制软件，可以非常方便的对系统进行近距离的控制，比较适合青年人进行操作。为了使老人和孩子也可以进行简单的操作，本系统还设计了简单的遥控器控制，操作非常方便，另外，在系统中加上了语音识别模块，在家中可以方便的控制家里的一些家用电器，实现家居智能化。智能家居模型系统总控制部

19、分的总体框架如图3-1所示图3-1 智能家居模型系统控制部分框架图3.2.1 控制芯片电路智能家居模型系统控制芯片使用的是ATMEAL公司生产的高性能、低功耗的8位AVR单片机ATmega128单片机，该单片机的最小系统电路包括：CPU、电源电路、复位电路、晶振电路，其电路图如图3-2所示。图3-2 ATmega128单片机最小系统3.2.2 12864液晶显示模块电路智能家居模型系统使用一块12864液晶显示屏显示系统的运行状态，从一开始的系统名称，制作者信息到系统启动工程中的提示信息，再到每一个传感器节点的报警信息都可以一一显示出来，让使用者可以实时看到整个系统的运行状态。12864液晶显

20、示屏是一个12864点阵的液晶显示模块，该模块可以显示汉字和图形，其内置8192个中文汉字、128个字符以及64256点阵显示RAM。可以直接接CPU，提供8位并行接口和串行接口两种连接方式，本系统采用的是串行连接方式，串行连接方式下的引脚定义如表3-1所示。表3-1 串行方式下12864液晶屏引脚定义引脚号引脚名称电平状态功能1VSS0V电源地2VDD+5V电源正（3.0V5.5V3V0对比度（亮度）调节4CSH/L片选端，高电平有效5SIDH/L串行数据输入端6CLKH/L串行同步时钟，上升沿时读取SID数据15PSBL串行方式选择端17RESETH/L复位端，低电平有效19AVDD背光源

21、电压+5V20KVSS背光源负端0V12864液晶显示模块与单片机的链接方式分为串行连接和并行连接两种方式，本系统使用的是串行连接方式，编程时需要将15号PSB引脚设置为低电平，液晶显示屏与单片机的连接电路如图3-3所示。图3-3 12864液晶显示屏电路图3.2.3 SYN6288语音模块电路在智能家居模型系统中采用了SYN6288语音模块，语音模块会将系统启动的信息以及各个传感器节点的报警信息合成为语音信息播报出来，报警信息合成后会发出响亮的报警声。SYN6288语音合成模块是一款性价比比较高的，效果比较自然的一款中高端语音合成芯片。通过一部串口接收待合成的文本，实现文本转换成语音的功能。

22、它的特点是体积小、硬件接口简单、性价比极高，另外，SYN6288语音合成模块对文本的识别比较智能，能智能识别多音字、电话、年份等特殊字符，语音合成效果自然流畅。SYN6288语音合成模块电路图如图3-4所示。图3-4 SYN6288语音模块电路图3.2.4 CC1101无线模块CC1101无线收发模块使用的是TI公式生产的CC1101低功耗的无线通信芯片，发射功率可调，最大发射功率10mW。该模块工作于433MHz频段，该频段为免费ISM频段。模块式基于FSK的调制方式，采用高效的前向纠错编码技术和信道交织编码技术，提高了数据抵抗随机干扰和抗突发干扰的能力，在信道误码率为10-2时，可以得到的

23、实际误码率为10-510-6。在直线可视情况下，天线的放置高度大于2米，9600bps可靠传输距离大于100米，1200bps传输距离最大可以达到200米。模块还提供透明的数据传输接口，能适应任何标准的或者非标准的用户协议，可以自动过滤掉空中产生的假数据，使用非常方便。CC1101无线模块目前支持三种接口，分别是TTL接口、485接口和USB接口，可以直接连接到单片机，、串行口232/485设备以及PC上。本系统使用的是串行口的连接方式，将CC1101无线模块连接在主控芯片和各个传感器节点模块上。CC1101无线模块的引脚定义如表3-2所示。表3-2 CC1101无线模块引脚定义引脚标号引脚定

24、义说明连接方式1SLEEP休眠此功能暂不具备2RESET复位引脚可不连3VCC电源正极2.7V5.5V之间4RXD数据输入串口数据输入5TXD数据输出串口数据输出6GND电源负极GND在本系统中，CC1101无线模块的作用是将各个传感器节点采集到的报警信息通过无线信道发送出去，然后连接在主控芯片上的无线模块接收到报警信号后，向GSM模块、12864模块、SYN6288模块等发送报警信息。或者主控芯片收到由GSM模块或者蓝牙模块发送的控制信号后，主控芯片通过无线模块控制LED节点和继电器节点来控制LED的亮灭以及小风扇的开和关，用来模拟家用电器的控制。3.2.5 GSM模块TC35模块是由德国西

25、门子公司生产的新一代的无线通信GSM模块。带有RS232通讯接口，可以非常方便地与PC机、单片机通讯。可以实现非常快速、安全、可靠的数据、语音传输、传真以及短消息服务。TC35模块的正常工作电压为3.3V5.5V，能在900MHz和1800MHz两个频段，功耗分别为2W和1W。模块支持AT命令接口，支持文本和PDU格式的短消息等，模块还支持2400bps、4800bps、9600bps的非透明传输模式。另外，TC35模块还有电话簿功能、多方通话功能、漫游检测功能，常用的工作模式有等电模式、IDLE模式、TALK模式等。TC35模块通过使用独特的40引脚ZIF连接器，实现电源连接指令、语音信号、

26、数据以及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器以及50欧姆天线连接器，可以分别连接SIM卡的支架和天线。TC35模块设计小巧、功耗较低，主要由GSM基带处理器、GSM无线模块、闪存、电源模块、天线接口以及ZIF连接器六部分组成，其结构框图如图3-5所示。作为TC35的核心，基带处理器主要处理GSM终端内部的数据和语音信号，并且涵盖了蜂窝射频通信设备中的所有的模拟功能和数字功能。在不用外部硬件电路的支持下，可以使用FR、EFR和HR语音通道的编码。图3-5 TC35模块结构框图3.2.6 蓝牙模块蓝牙模块指的是集成了蓝牙功能的芯片的基本电路板，可以用于无线通讯网络。蓝牙模块大致可以分为数据传输模块

27、和远程控制模块等。对于用户本身来说，蓝牙模块只是半成品，蓝牙适配器才是成品。常见的蓝牙适配器一般是用于传输数据。蓝牙模块根据它的协议可以分为1.1版、1.2版、2.0版、3.0版和4.0版，通常后者是可以兼容前者的。蓝牙技术作为可以取代数据型电缆的一种短距离无线通信技术，可以支持点对点和点对多的通信。蓝牙模块的接口分为串行接口、数字型I/O接口、模拟型I/O接口、USB接口、SPI编程接口以及语音接口。目前市场上比较常见的蓝牙模块都是使用串行接口，便于系统的调试等工作。在本系统中，蓝牙模块的主要作用是接收来自手机端的布防、撤防、灯光亮度、风扇开关等命令，接收到这些命令后，蓝牙模块先传给主控芯片

28、，主控芯片通过CC1101无线模块将蓝牙模块接收到的信息发送给相应的节点，相应的节点收到信息后作出相应的反应。3.3 传感器节点部分电路传感器节点部分也是整个系统的一个重要组成部分，它需要采集的是各个节点的报警信号，以及控制每一个节点上面所连接的一些用电设备，所以传感器节点的稳定性与可靠性是尤为重要的。本系统中的传感器节点采用的是ATMEL公司生产的ATmega16单片机，ATmega16单片机虽然较ATmega128单片机功能少，但是作为传感器节点是完全够用的。传感器节点主要是由ATmega16单片机最小系统、传感器接口、CC1101无线模块接口、电源模块组成。传感器节点的结构图如图3-6所

29、示。图3-6 传感器节点结构框图3.3.1 传感器节点控制芯片电路传感器节点控制芯片是ATmega16单片机，它是基于增强型的AVR RISC结构的低功耗8位微控制器。由于其拥有先进的指令集和单时钟周期，ATmega16单片机的数据吞吐率可以高达1MIPS/MHz，从而可以缓解系统系统在处理速度和功耗问题之间的矛盾。该单片机的最小系统电路包括：CPU、电源电路、复位电路、晶振电路，其电路图如图3-7所示。图3-7 ATmega16最小系统电路图3.3.2 红外检测传感器电路在智能家居模型系统中，门窗的报警信号是非常重要的，本系统所采用的传感器是利用红外线反射原理，利用红外线在不同的物体表面上具

30、有不同的反射特性。红外检测传感器电路如图3-8所示。当该节点接通电源后，TCRT5000红外检测模块开始工作，当红外光遇到不吸收红外光的东西时会发生漫反射，这样反射的光就会被红外接收管接收到，而如果遇到黑色的介质或者没有介质反射红外光时，接收管不会收到发射的红外信号。图3-8 红外检测传感器电路图如图3-8所示，当有介发射管发出的红外光反射回来时，红外接收管就会接收到红外信号，此时电阻R1电平会被拉低，然后再经过LM393电压比较后输出低电平，当红外光没有被发射回来时，经过LM393电压比较器后就会输出高电平。通过调节电阻R1的阻值大小来调节红外传感器的灵敏度，LM393同相输入端的电压就会有

31、所改变，比较器的阈值电压就会有所改变，从而达到检测门窗的效果。单片机只需要时时检测电压比较器的输出引脚电平即可。3.3.3 火焰传感器检测电路目前，市场上的检测火警的报警器一般是利用烟雾传感器加上温度传感器来判断是否有险情，但是往往不能检测到明火的险情，如果发生火灾，不能及时将报警信息发送出去，对人的生命和财产安全造成危害。本系统中采用的JNHB1004火焰传感器，当传感器周围有火源产生时，火焰传感器会探测到空气中红外线强度的变化，如图3-9所示，这时IS1上面的电阻值会变小，相应的，电压比较器反相输入端的电压会降低，从而使得输出端产生高电平。相反，当没有火情时，就会产生低电平，这样就达到了检

32、测明火危险的作用。图3-9 火焰传感器电路图3.3.4 烟雾传感器电路虽然有了火焰传感器，但是烟雾传感器也是必不可少的，它可以检测到家里的煤气情况，将火灾危险消灭在萌芽状态。烟雾传感器的电路图如图3-10所示。图3-10 烟雾传感器电路图3.3.5 电源模块电路电源模块采用低压降的三端线性稳压芯片78M05，外部输入电压为两节18650点出串联，输入电压在7.2V左右，最后得到的输出电压为5V，用来给单片机和各个模块供电。其电路图如图3-11所示，其中电容C6和C7是为了滤除低频杂波，电容C3和C4是为了滤除高频杂波，最终得到稳定的直流电源。图3-11 电源模块电路3.4 本章小结本章是智能家

33、居模型系统硬件设计部分，主要对智能家居模型系统的主控制部分、传感器节点部分和功能子模块的硬件设计电路和各个接口做以分析，详细介绍了各个模块的原理、组成部分、电路设计以及每一个接口的引脚定义等，设计并完成了各个部分的硬件设施，为软件程序的编写打好坚实的基础。第四章 智能家居模型系统软件设计4.1 引言在智能家居模型系统设计中，嵌入式硬件平台是非常重要的，但是整个系统的软件设计也是必不可少的，有了软件的支持，整个嵌入式系统才能有条不紊地运行。在整个系统的制作过程中，主要用的的软件有三款：ICCAVR编程软件、App Inventor在线编译器、Altium Designer硬件板卡设计软件。下面将

34、对这三款软件以及软件在智能家居模型系统设计工作中的应用做以介绍。4.2 ICCAVR编译软件ICCAVR是ATMEL公司推出的一款用于程序开发的C语言编译器，它是用符合ANSI标准的C语言来开发单片机程序的一个编译工具，功能齐全、使用方便、技术支持比较全面。它主要有以下几个特点：（1） ICCAVR综合了工程管理器与编译器的集成工作环境；（2） ICCAVR是一个纯32位的程序，支持长的文件名，可以在WIN95、WIN98、WIN ME、WIN NT、WIN2000、WIN XP以及WIN 7环境下运行；（3） ICCAVR的工程管理器可以直接生成.hex格式的文件，支持大多数编程器；（4）

35、源文件会被全部组织到工程中去，整个文件的编辑和工程结构的构建都在这个环境中完成，如果有语法错误，点击编译错误时，可以自动跳转到错误处。ICCAVR编译器在这个系统中的工作是完成系统中所有单片机的程序，包括主控系统的软件结构、各个节点的信号采集等。4.2.1 智能家居模型系统控制部分软件架构智能家居模型系统控制部分的软件架构如图4-1所示，图中给出了智能家居模型系统控制部分的工作流程。在给系统通电后，系统会进行自检，自检的项目包括每一个传感器节点是否有报警信号、GSM模块是否正常工作等，系统完成自检后，会提示进入自动选择布防状态，五秒钟后系统自动进入布防状态。进入布防状态后，开始检测各个传感器节

36、点、GSM模块、蓝牙模块等信息，如果发现报警信号，马上显示报警信息，语音播报报警信号并向远程发送报警短信等。图4-1 智能家居模型系统控制部分软件架构图在布防的情况下，如果系统接收到报警信号，系统会根据不同的报警信号给指定的手机发送报警信息。如果系统接收到短信或者手机软件发出的信号也会有相应的反馈信息。4.2.2 传感器节点报警信号的采集在系统进入布防状态后，包括门节点、窗户节点、室内节点、车库门节点和火焰检测节点都将进入监控状态，系统需要将每一个节点的数据进行处理，根据每个节点的不同状态发送不同的报警信息。系统接到控制短信或者接到手机软件发送的控制命令后，会通过无线模块传送给受控节点，受控节

37、点根据发送的信息作出相应的操作。下面给出传感器节点信号采集部分程序，并简单地做以解释。void sensor() DDRA&=BIT(0); /PA0口设为输入状态，用来接收传感器返回的信号 PORTA|=BIT(0); /PA0为带上拉的输入 if(PINA&0x01)=0x00) /检测到报警信号 uart_str(房门被闯入！); /发送“房门被闯入！”的报警信号 shanshuo(2); /发送完成，LED指示灯闪烁两下 while(PINA&0x01)=0x00); /等待报警信号解除，防止报警信号堆积 shanshuo(1); /解除后，LED指示灯闪烁一下4.2.3 传感器节点定

38、时器的实现为了能实时了解各个传感器节点处于正常的工作状态，而没有瘫痪，在每一个传感器节点上都加了一个工作状态指示灯，如果指示灯用延时程序写就会影响传感器节点对传感器信号的采集，所以采用定时器的方式，每2秒定时器就会触发一次中断，状态指示灯闪烁一次，说明节点处于正常的工作状态。下面给出定时器1的部分程序，并简单做以解释。#pragma interrupt_handler time1_isr:9 /定时器中断向量初始化void time1_init() /定时器初始化函数TCCR1B=0X04;， /设置定时器分频因子为256分频TCNT1H=0X0B; /定时器计数初值高八位TCNT1L=0XD

39、C; /定时器计数初值低八位TIMSK|=BIT(2); /定时器溢出中断使能SREG|=BIT(7); /使能全局中断void time1_isr() /定时器溢出中断服务函数 shanshuo(1); /状态指示灯闪烁一次 TCNT1H=0X0B; /重置定时器计数初值高八位 TCNT1L=0XDC; /重置定时器溢出中断使能ATmega16单片机的定时器1是一个16位的定时计数器，TCCR1B寄存器为定时器1的控制寄存器，用来设置定时器1的分频因子。TCNT1H和TCNT1L两个寄存器用来存放定时计数器的初值，初值可以通过公式4-1和公式4-2得出。TCNT1H是定时计数器计数初值高八位

40、，TCNT1L是定时计数器计数初值低八位，由传感器节点上单片机晶振为8M，分频因子N为256得出，TCNT1H的十六进制数为0X0B，TCNT1L的十六进制数为0XDC，使用时只需将定时器初始化函数调用一次就可以了。 (4-1)式中 定时器1计数初值；单片机外接晶振频率；定时器1分频因子。 (4-2)式中 TCNT1H定时计数器计数初值高八位；TCNT1L定时计数器计数初值低八位。4.2.4 传感器节点串口通信的实现串行通信在单片机上起着非常重要的作用，串行通信的使用在现在的单片机以及智能化产品上的地位也是举足轻重的，这样就使得单片机通过串行口与其他的单片机、PC机或者智能化产品进行通信变得尤

41、为重要，对单片机串行通信的调试也就在所难免了。AVR单片机提供的通用同步和异步的串行收发器，是一个灵敏度非常高的串行收发设备。单片机的串行收发器包括三部分：时钟发生器、接收器和发送器。在使用AVR单片机的串行通信的时候，需要先将串口初始化，用来设置串口相关的一些寄存器，通常包括波特率的设定、帧结构的设定，根据需要使能接收器或者发送器，一般情况下接收器和发送器需要同时使能。最后开启串口接收数据的中断就可以了。下面给出单片机串行通信初始化的部分程序，并作以简单解释。#pragma interrupt_handler uart_rx:12 /串行口接收中断向量初始化void uart_init(ui

42、nt baud) /串口初始化函数 UCSRB=0x00; UCSRA=0x00; /控制寄存器清零/选择UCSRC，异步模式，禁止校验，1位停止位，8位数据位 UCSRC=(1URSEL)|(0UPM0)|(38; /设置波特率，波特率高八位 UCSRB=(1TXEN)|(1RXEN)|(1RXCIE); /接收、发送使能，接收中断使能 SREG=BIT(7); /全局中断开放 DDRD|=0X02; /配置TX为输出在串行口初始化的时候需要设置串行通信的波特率，只有通信两端波特率设置为一样的，才能进行正常的串口收发数据。在公式4-3和4-4中给出了波特率的计算方法。 (4-3)式中 串行通

43、信波特率；波特率设置寄存器。 (4-4)式中 波特率设置寄存器高八位；波特率设置寄存器低八位。 下面给出单片机串行通信发送数据与接收数据的部分程序，并作以简单解释。void uart_send(uchar data) /串行口发送一个字符函数 while(!(UCSRA&(BIT(UDRE); /发送数据开始 UDR=data; /数据装载 while(!(UCSRA&(BIT(TXC); /发送数据结束 UCSRA|=BIT(TXC); /发送数据标志位置位void uart_rx() /串行口接收数据函数 UCSRB&=BIT(RXCIE); /串行口接收数据开始 rdata=UDR; /

44、接收到的数据存入rdata UCSRB|=BIT(RXCIE); /串行口接收数据结束void uart_str(uchar *s) /串行口发送字符串函数 while(*s) /判断缓存指针是否为空 uart_send(*s); /发送一个字符 s+; /指针加一位4.3 App Inventor在线编译器APP Inventor诞生于Google实验室，是一款用于开发基于Android APP的工具软件，该软件是由一群Google的工程师和一些敢于挑战的Google用户共同参与研发的，它是一个完全在线的使用浏览器开发的Android开发环境，该开发环境抛弃了复杂的程序代码，使用堆积木的方式

45、来完成Android程序的开发。2012年1月1日，Google公司将APP Inventor转交给了麻省理工学院。2012年3月3日公布开始使用，当时发布的版本为2.0 beta版，对所有的互联网用户开放使用。2013年年底，又推出了APP Inventor 2.0版本，操作更加方便。这款软件不一定非要是具有一定研发经验的开发人员使用，甚至你根本不需要掌握任何的编程方面的知识，就可以轻松的编出一些简单的手机软件。原因是这款软件已经提前将写软件的代码全部编写完成了，用户只需要根据自己的需要，向项目中添加自己想要的服务选项就可以了，也就是只需要简单的代码拼装过程。APP Inventor所提供的

46、调试模式也是非常方便的，包括手机在线调试、APK下载安装调试以及模拟器在线调试，手机在线调试又分为WiFi调试和USB调试，使用起来非常方便。下面给出APP Inventor智能家居模型系统手机软件部分代码。代码如图4-2所示。图4-2 智能家居模型系统手机软件部分代码4.4 Altium Designer硬件板卡设计软件Protel是最早流传到我国的电子设计方面的自动化软件，一直因为简单易学深受广大电子设计爱好者的青睐。Altium Designer作为Protel系列发展起来的县一带板卡设计软件，以WIN XP的界面风格为主，另外，Altium公司独有的DXP技术平台也为设计者提供了所有的

47、工具和编译器的相容环境。Altium Designer是一个完整的板卡级设计软件，真真正正地实现了一个应用程序的集成。该软件系统的设计目的就是为了支持整个设计过程。该软件充分利用了WIN XP平台的优势，具有非常可靠的稳定性、超强的图形功能和用户界面，设计者可以选择最优的设计途径和工作方式。在智能家居模型系统设计中，传感器节点模块是使用Altium Designer软件设计制作的，整个模块包括ATmega16芯片、复位电路、电源电路、传感器接口电路、CC1101无线模块接口电路、状态指示灯等部分。整个设计工作包括原理图设计、原理图的后续处理、创建元件库与元件封装、印制电路板设计、电路板后期处理

48、、印制电路板等，最终做出了传感器节点的硬件板卡。传感器节点硬件板卡二维模式如图4-2所示。图4-2 传感器节点硬件板卡二维模式图传感器节点硬件板卡三维模式如图4-3所示。图4-3 传感器节点硬件板卡三维模式图传感器节点硬件板卡实物图（未焊接）如图4-4所示。图4-4传感器节点硬件板卡实物图4.5 本章小结本章是智能家居模型系统软件设计部分，主要从ICCAVR编程软件、App Inventor在线编译器、Altium Designer硬件板卡设计软件三个方面介绍了系统软件部分的设计，对其中的一些程序进行了简单的分析，最终完成了智能家居模型系统软件部分的编写，为整个系统最终的调试做准备。第五章 智

49、能家居模型系统功能测试5.1 引言整个智能家居模型系统设计完成后能不能稳定运行，是智能家居控制系统正常工作的基本条件，在硬件制作与软件编写完成后，对系统进行整体测试时至关重要的。本章将从系统的运行状态、报警功能、手机软件连接、系统远程控制四个方面进行相关的测试，得到系统的运行状态。5.2 系统运行状态测试在智能家居模型系统设计中使用了一个LCD12864液晶显示屏，该显示屏可以实时显示整个系统的运行状态，并给出相关的提示。比如系统的启动过程、系统的布防状态以及系统报警信息的显示等。图5-1给出了系统在启动过程中的显示内容。图5-1 系统启动时LCD12864显示内容在系统启动的的时候，首先会在LCD12864液晶显示屏第一行显示“智能家居模型系统”，然后在第四行显示制作者信息，接下来会在第二行和第三行显示系统启动信息，最后自动选择布防状态。当有报警