基于WIFI的智能家居系统

1、基于WIFI的智能家居系统作者姓名：王某某专业名称：信息工程指导教师：张某讲师贾某某讲师成都理工大学工程技术学院学位论文诚信承诺书本人慎重承诺和声明:1.本人已认真学习学位论文作假行为处理办法（中华人民共和国教育部第34号令）、成都理工大学工程技术 学院学位论文作假行为处理实施细则 （试行）（成理工教发 201330号）文件并已知晓教育部、学院对论文作假行 为处理的有关规定，知晓论文作假可能导致作假者被取消学 位申请资格、注销学位证书、开除学籍甚至被追究法律责任 等后果。2.本人已认真学习成都理工大学工程技术学院毕业设 计指导手册，已知晓学院对论文撰写的内容和格式要求。3.本人所提交的学位论文

2、（题目：基于 WIFI的智能家 居系统），是在指导教师指导下独立完成，本人对该论文的 真实性、原创性负责。若论文按有关程序调查后被认定存在 作假行为，本人自行承担相应的后果。承诺人（学生签名）：20 年 月 日注：学位论文指向我校申请学士学位所提交的本科 学生毕业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。摘要随着 互联网+”的概念进入公众视线，以及无线技术的发展和高 速宽带网络的普及，利用互联网来掌控传统一切的做法已为人们广泛 接受。现在人们的生活条件大大改善，人们的物质文化追求也逐渐提 高。用户打开一款PC软件或手机APP,通过互联网接入到家庭的 WIF I网关，向其发送指令即可控制家中的一切，反之

3、亦可查看家中(传 感器)状态，以此来掌控家中的一切情况。本文推出了一种基于WIFI的智能家居系统，主要提供安全舒适 的居家环境，采用MCU(STM32F103)作为主控芯片，通过 WIFI无线 网络技术将家中的部分电器或监测设备连接到一起，提供门禁系统控 制、风扇自动控制、安防防盗报警、环境数据监测等。与传统的智能 家居系统相比，无需布线，免去了安装过程中的布线繁多复杂，成本 高，以及使用3G网络作为传输的高额流量费用。有利于提升家庭生 活的安全性、便利性、舒适性等，改变了传统的呆板生活方式，帮助 人们有效的安排时间，另外也为家庭能源开支节约资金。关键词：智能家居 WIFI网关STM32物联网

4、AbstractWith the concept of "Internet +" into the public eye, and the devel opment of wireless tech no logy and the popu larity of high-s peed broadba nd n etwork, use the Internet to con trol all traditi onal app roach has bee n widely acce pted for the peop le. Now peopi e's liv ing

5、con diti ons greatly impro ved, peopi e's material and cultural pu rsuit also gradually impro ve. User opens a PC software or mobile phone APP, through WIFI In ternet accessto home gateway, to send comma nds to con trol everyth ing in the home, and can also view the home state (se nsor), in orde

6、r to con trol all home situati on.This paper in troduced a kind of smart home system based on WIFI, mainly to pro vide a safe and comfortable en vir onment that occ upy the home, us ing MCU (STM32F103) as the master con trol chi p, through WIFI n etwork tech no logy will be part of the app lia nee i

7、n the home or mon itori ng equipment together, pro vide the entrance guard system con trol, fan automatic control, security alarm, environmental data monitoring, etc. Comp ared with the traditi onal in tellige nt household system without wiri ng, removes the wiri ng in stallati on p rocess of comp l

8、ex, high cost, and the use of 3 g n etwork as a transport flow of high cost. He Ip enhance family life safety, convenien ce, comfort, etc., has cha nged the traditi onal rigid lifestyle, helping people effectively arrange a time, while also saving money for home en ergy costs.Keywords : Smart Home,

9、WIFI Gateway , STM32, In ternet of thingsII摘要Abstract目录、F -、.刖言绪论1.1课题意义1.2智能家居发展趋势智能家居系统原理.目录,1.112.2.34.2.1系统原理概述 2.2现阶段智能家居原理及对比2.3智能家居系统功能简介.2.3.12.3.22.3.32.3.42.3.5安全触发报警功能 密码门禁功能. 客户端功能 远程控制 查询功能2.4系统工作原理框图智能家居硬件设计.4.456.6.6.6.6.7.8.8.810.11.11.111 21213133.1控制中心3.2主控芯片-STM32F1XX 32位ARM微控制器3.

10、3无线传输-WIFI模块3.3.1 WIFI模块参数概述 3.3.2 WIFI模块功能概述 3.3.3 串口转 WIFI AP 模型3.3.4 WIFI模块主芯片引脚图3.3.5芯片引脚3.4 LCD1602液晶显示屏 3.4.1 LCD1602液晶显示屏概述 3.4.2 LCD1602 引脚接线图.3.5继电器3.5.1继电器工作原理 3.5.2继电器技术参数 3.5.3继电器工作原理图 3.6热释电传感器（人体红外感应）3.6.13.6.23.6.33.6.4工作原理及特性 热释电传感器芯片引脚图 热释电传感器引脚说明热释电传感器工作电路图3.7 MQ_2气体传感器3.7.1 MQ_2气体

11、传感器工作原理3.7.23.7.33.7.43.7.53.8蜂鸣器3.8.1蜂鸣器结构原理.3.8.2驱动方式及电路.3.9 4*4矩阵键盘3.9.1矩阵键盘原理图.3.9.2矩阵键盘工作原理外形结构 引脚介绍 气体传感器模块特色 传感器工作电路图.16.1.6.1.718.19.1919 20 .20 21 .2323.23.242425 .2525262626274软件系统设计294.1编译软件4.1.1 MDK功能特点4.2主程序设计4.3中断程序设计292929315系统调试325.1系统硬件调试5.1.1硬件调试工具5.1.2硬件调试步骤及方法5.2系统软件测试 5.2.1上位机软件

12、配置.5.2.2红外监测测试.5.2.3 MQ_2气体报警测试3233.33333434345.2.4门禁系统测试5.2.5 WIFI （客户端）控制测试5.3系统调试结论总结35353.7.3.8参考文献39致谢41附件1 WIFI串口配置及使用42A1.1 WIFI串口的配置（AP模式）附件2主程序代码 4243附件3专利55刖言现在人们的生活条件大大改善，人们的物质文化追求也逐渐提高。 21世纪的人们变的“懒惰”，正是科技的迅猛发展让我们有了懒惰的 资本，也正因为有懒惰的心里才使得我们开发更多智能化的产品。目 前多种智能家居产品层出不穷，但在通信传输方面时，很多选择了 3G 无线网络作为

13、传输手段，再或者就是根本无法远程通信。目前市场上的传统的智能家居产品大多是各种单个设备技术组合 成一套的智能家居产品，各个设备之间不能实现通信数据交换，安装 布线复杂，成本高。使用STM32主控芯片与 WIFI模块搭载可以较好 的解决以上问题，免布线以及省去 3G流量费用等，这正是选择基于 WIFI的智能家居设计的主要原因及动机。1绪论1.1课题意义智能家居作为一个新时期发展的智能化产品，处于一个初期与长 期发展的临界点，现如今推入市场还比较困难，况且消费的观念还未 形成，但从另一面来说，中国市场较大，随着智能家居市场推广乃至 大范围的普及，培育广大消费者的智能产品使用习惯，智能家居市场 的产

14、业前景必然是巨大的。正因为如此，国内各种从事智能设备的企 业对智能家居行业的研究越发不可收拾，特别是对企业发展环境和客 户需求改变的深入研究，这也成为了各大智能家居厂商的重点投入方 向！智能家居从进入中国市场到现在已有十多年的发展，依稀记得进入时人们有着最初的梦想，到今天部分智能家居产品已实实在在的走 入了我们的生活，期间经历了许多不为人知的艰难过程。2014年以来，中国各大生产及科研厂商已经开始快速的进军智能 家居产业，从智能家居进入中国以来，从事该行业内的厂商其实并没 有特别成功的案例，但为此也很大的预示着物联网行业发展仍处于探 索阶段，需要投入更多的厂商。当然，他们也开始涉足和参与，同时

15、 也感受到智能家居主宰未来的不可逆的。目前来看，从近几年智能家居的发展以及成效来看，有着很大的 改变，几乎已处爆发前夜。智能产品开发的业内人士认为，2015年随着合作企业不断增多，团队加大技术研究，这也即将进入成果的预产 期，智能家居新品将如雨后春笋般出现，行业的新案例也会越来越多。随着电子科学技术在实际生活中的广泛应用，人们已经感受到电 子产品为家庭以及生活所带来的各种便利，尤其是在20世纪80年期间，智能家居的出现更为人们繁杂的生活提供了一个广阔的平台。智能家居，按照普遍通用的理解是以住宅为平台，搭载网络信息 通信、信息交换家电和电器自动化等，集智能系统，服务和管理为人 性化居住环境的一体

16、设备。它具有便利、安全、舒适、环保的基本功能的同时，还是具有智能化的现代工具。智能家居系统不仅能够给家 庭提供各设备全方位的信息交互功能，还能帮助人们有效地安排时间、 节约各种能源，实现了 PC机以及手机端远程家电控制、温湿度检测、 气体泄漏报警、照明控制、窗帘自控、非法入侵报警等功能。1.2智能家居发展趋势近年来，随着互联网(In ternet)、物联网(In ternet of thi ngs)、云 计算(cloud computing)、大数据(mega data、人机交互(Human- Com puter In teractio n、等现代高新技术的成熟与迅速发展，智能家居 市场也得以

17、从概念走向现实，而与此同时，行业竞争力也越发激烈。 据2010-2015年中国智能家居产业发展趋势与投资机会研究报告 预测，2015年我国智能家居市场规模将达1240亿元，千亿级的蓝海市 场吸引了众多厂商争先恐后地投入其中，无论是各大运营商还是号称 互联网的巨头，不管是智能家居的新起厂商还是传统家电行业的老者， 都想分到一些利润。虽然智能家居进入我国已有十多年的发展，但由于普遍的前期技 术不成熟，大量的研究，并没有找准切入点(也即是某一个着力点)，大多数厂商光打雷不下雨，没有做出实质性的产品，却一直在炒作概 念，使得智能家居市场发展速度相当缓慢。就如上段所说，国内厂商在智能家居行业的着力点各不

18、相同，没 有找到突出点，但在国外运营商市场，他们更注重智能家居的安全性， 使得有所突破，有所特点。欧洲运营商巨头德国电信在2013年推出了 自己的智能家居-Smart Home平台，支持智能插座、烟雾报警器、动 态感应、门窗监控、智能插座、烟雾报警、暖气控制等多个模块。2014 年10月，Vodafone推出一款名为 Gigasetelements的智能家居套装。 AT&T也不甘人后，推出 DigitalLife，主要包括安全模块和动态传感 模块两个模块，侧重于门窗监控、监控摄像和车库监控。通过大量数据得知，智能家居行业乱象严重，以及不规范，不兼 容等问题任然存在，未来发展劲头十足，值

19、得加大投入以及研发。2智能家居系统原理2.1系统原理概述传统家居一般都是带来生活品质的提升，通过添置家庭的一些生 活用品来提高生活质量，但这些都比较单一化，完全没有智能可言， 也即没有达到互通互联。再则家居生活自动化是智能家居的特色以及 提升所在，例如家庭内部设备等发生故障等，该系统便可以自行处理， 达到自动化的效果，并不需要人为的查找原因。最显著的变化就是智 能、实用、可控、方便、易整合。每一个家庭必然都存在的各种各样 的电器，一直以来由于标准的不同而独立工作，从系统的角度来看， 他们都是扎乱无章的，并不是一个有机的、可协调工作的统一整体， 作为家庭的主人面对这些各种各样的电器，有各式各样的

20、遥控器，给 个人消耗的时间成本、管理成本、控制成本等带来许多繁琐的麻烦事， 占用了许多闲暇的时光。STM32F1XXWIFI无线串口收发器为通讯LCD1602显示器、4*4矩阵MQ_2气体检测、风扇、蜂本系统设计主要由软硬件组成。本设计通过基于 PC机/安卓系统 的上位机软件（网络调试助手），该软件主要用来接收和发送用户发送 的一些指令，即为串口数据交换界面。系统硬件则是以 的32位ARM微控制器作为主控芯片， 的一个智能家居控制系统。外围硬件搭载 密码键盘、继电器、人体红外感应模块、 鸣器。2.2现阶段智能家居原理及对比智能家居就是构建一个智能化的家庭生活环境，即外加一些设备 来自动或手动控

21、制室内要控制的设备。如遥控器、手机、电脑等来实 现电视的控制、灯光的自动控制等等。根据使用不同的控制传输介质, 可知道以下几种方式。1. 红外技术，遥控器控制家电。红外技术出现的年代较久，也比 较成熟。但它是方向性控制，而且各遥控器地址编码不一样，控制起 来各有差异，那就需要许多遥控器，面对家中众多的电器，使用起来 也比较麻烦。2. 蓝牙技术，一般可采用电脑或手机来控制。它较红外技术优势 在于传输距离较远、传输速度快、安全性高等。但是作为当今互联网 发展高速的21世纪，要想远距离跨地域控制就难以实现了。3. GSM技术，采用可安装SIM卡的手机或者其他终端作为控制 器。它是使用GSM协议来控制

22、室内物体，即通过控制终端向另一块 GSM客户端发送指定的控制指令来控制家中设备。但会产生一系列流 量费用以及短信或者通话费用，给已经花费较大的系统带来更大的昂贵开支。4. WIFI技术，它是最近几年才兴起的一种上网方式，一般的上网设备（比如手机、电脑等）通过无线网卡连接WIFI信号就可以实现无线上网。受控设备通过 WIFI网关接入互联网，再通过已连接互联 网的上网设备，向指定IP发送指令即可实现远程无线控制，其不受地 域限制。综述，WIFI技术优势凸显，相对于其他无线技术而言，具有成本 低、使用方便、操作简单、安全性高、开发方便、灵活性强。2.3智能家居系统功能简介该基于WIFI的智能家居系统

23、中，各传感器负责数据采集；STM32 （以下简称 MCU ）芯片负责数据处理及分析，再通过分析结果做出 相关响应，一般紧急情况可以自行处理并报告给控制中心； WIFI无线 串口收发器实现控制中心（上位机）与 MCU的相互通信，将采集到 的数据提供给中心控制器（后台推送），并且能将接收来自控制器的指 令回传给MCU ;控制中心（上位机）负责将一切来自传感器的数据 接收，并且可以通过控制中心（上位机）来发送指令控制各个电器设 备，实现住宅各服务、设备一体化；WIFI网关则负责家庭内外的信息 交互，再则就是连通互联网，使得用户在任何地方都可以进行客户端 的数据更新。主要的功能如下介绍。231安全触发

24、报警功能本系统包含人体红外感应、MQ_2气体检测等安全隐患检测模块, 通过这些传感器，可以将住宅内外发生的异常情况做出报警，并及时 传达到小区保安室以及用户手机端推送窗口，以便对应人员做出相应 处理。保证家庭的安全，让用户更放心。232密码门禁功能该系统的门禁系统采用密码验证，摒弃以往钥匙开锁的繁琐。通 过4*4矩阵键盘输入密码，比对成功后即可开门。233客户端功能（PC/APP）客户端可以提供用户远程实时控制家中设备，了解家中设备实时信息，比如家中传感器的检测信息。这样用户在任何地方 都可以了解家中的一切状况。234远程控制1. 为了避免朋友到访家中无人的尴尬，该系统编写了远程控制门 禁的功

25、能，避免朋友吃“闭门羹”。用户打开手机 APP （客户端）软 件（或者电脑客户端），输入指定指令即可打开房门，手机端也可看到 房门已打开的文字提醒。2. 提供远程开启与关闭风扇、警报、红外监控等功能。2.3.5查询功能用户可以通过PC端或APP管理软件，连接指定IP及端口查看家 中设备的用运行状况，让用户了解设备的相关情况。2.4系统工作原理框图Irit prriM1 Modem1317便携电脑15ii无统賂由器12r移动设备16'、C气体监测9凤扇10M人休移动监测11图2.4系统工作原理框图3智能家居硬件设计在系统设计过程中，充分考虑了该行业的实际情况，系统设计的 成本、以及软硬件

26、应用的可靠性和开发的兼容性，以便尽量有效的缩 短系统地开发周期。硬件设计如下：3.1控制中心本系统中，由PC端/APP充当整个智能家居的指令控制中心。个 人电脑及手机如今已普遍存在，并且使用起来及其方便。3.2主控芯片-STM32F1XX 32位ARM 微控制器方案中主控器件STM32F103zet6单片机使用的是ARM公司为要 求性能高、成本低 、功耗低的嵌入式应用专门设计的32位的 ARMCortex-M3 内核。基于ARM Cortex-M3核心的32位微控制器丄QFP-144封装. 512K片内FLASH （相当于硬盘），64K片内RAM （相当于内 存） 片内FLASH支持在线编程（

27、IAP）.高达72M的频率，数据，指令分别走不同的流水线，以确保CPU 运行速度达到最大化.通过片内BOOT区,可实现串口下载程序（ISP）.片内双RC晶振提供8M和32K的频率.支持片外高速晶振（8M）,和片外低速晶振（32K）.其中片外低速晶 振可用于CPU的实时时钟，带后备电源引脚，用于掉电后的时钟行走. 42个16位的后备寄存器（可以理解为电池保存的RAM）,利用外 置的纽扣电池,和实现掉电数据保存功能.支持JTAGSWD调试.配合廉价的J-LINK,实现高速低成本的 开发调试方案.多达112个快速IO端口（大部分兼容5V逻辑）,4个通用定时器,2 个高级定时器,2个基本定时器,3路S

28、PI接口 ,2路I2S接口 ,2路I2C接 口 ,5路USART,个USB从设备接口 ,一个CAN接口 ,SDIO接口，可兼 容 SRAM,NOR 和 NAND Flash 接口的 16位总线-FSMC. 3路共16通道的12位AD输入,2路共2通道的12位DA输 出支持片外独立电压基准. CPU操作电压范围 20-3.6V.综上STM32F103的性能完全可以满足本设计的所有控制需要， 内置ADC模块可以直接用于模拟量的采集，丰富的 I/O接口完全可 以与1602显示屏模块的通信，并且采用 STM32F103 ARM微控制器 做为主控制器可以减少使用外围器件（例如减少ADC模块等），使得降低

29、了成本以及电路的复杂程度。图3.2 STM32F103ZET6芯片引脚及部分电路图3.3无线传输-WIFI模块方案中采用的WIFI模块是某公司的低成本高性能嵌入式串口 -以 太网-无线网模块，在本设计中只用串口转无线网模式。331 WIFI模块参数概述-20-70 C。该模块采用IEEE802.11协议栈网络标准，无线传输速率最高可达 150Mbps。信道个数可达到14个，频率范围2.4-2.4835G,发射功率 12-15DBM，2个以太网口、2个串口。它的系统配置管理采用远程 Web管理。串口波特率非常宽，在1200230400bps（支持非标准波特 率）之间，工作温度：该模块是基于通用的

30、串行接口与无线或有线网络标准的模块，内 置TCP/IP协议栈，能够实现用户串口和以太网和无线网（WIFI）3个 接口之间的相互转换。3.3.2 WIFI模块功能概述模块功能分为4大模式：串口转以太网和无线网络、串口转以太 网、串口转 WIFI客户端及串口转 WIFI热点。用户通过手机或者电脑连接该 WIFI模块发出的该方案中采用串口转WIFI热点模式（答辩演示需要），该模式下 WIFI热点，即可控制。3.3.3串口转 WIFI AP 模型MCghlkrMo4COM1 WgAP小 WIFI CLI(PHODHC P ENABLE图3.3.3串口转 WIFI AP 模型334 WIFI模块主芯片引

31、脚图335芯片引脚WIFI芯片引脚定义如下表：表3.3.5 WIFI芯片引脚定义号码功能方向说明1VCCPo wer In5V电源输入2GNDGND电源地3WLAN LED0WIFI启动指示（高电平有效）4VDDPo werOut3.3V电源输出5LINK2O网口 2连接指示（低电平有效）6USB PI/OUSB信号+7USB MI/OUSB信号-8STA/GPIO 0I/O状态指示/GPIO 0 （低电平有效）9GPIO 1I/OGPIO 1485总线收发控制引脚10ES/RSTI退出透传/恢复出厂值11TXOP2A网口 2 TX-P12TXON2A网口 2 TX-N13RXIP1A网口 1

32、 RX-P14RXIN1A网口 1 RX-N15RXIN2A网口 2 RX-N16RXIP2A网口 2 RX-P17TXON1A网口 1 TX-N18TXOP1A网口 1 TX-P19RTS N/G PIO 2I/O串口 2硬件流控RTS20UART RXI串口 1 RX21UART TXO串口 1 TX22RXD/GPIO 3I/O串口 2 RX23LINK1I/O网口 1连接指示（低电平有效）24CTS N/G PIO 4O串口 2硬件流控CTS25WP S/RSTIWPS按键/恢复出厂值26TXD/GPIO 5O串口 2 TX27VDD_1_8Po werOut网口 1.8V输出28VC

33、CPo wer In5V输入注：I/O 口电平电压为3.3V。3.4 LCD1602液晶显示屏工业型的LCD1602字符液晶显示屏，它能够同时显示 2排16列 即为32个字符。341 LCD1602液晶显示屏概述本设计使用的lcd1602液晶为5V驱动，带蓝色背光，但可以同时 显示两排字符，每排有16个字符，共32个字符，但其不能显示汉字字符，内置128个字符的ASCII字符集库。1602液晶的引脚图如下图341 lcd1602液晶显示屏引脚图1. LCD1602液晶显示屏引脚说明表3.4.1液晶引脚说明引脚编号符号功能说明引脚编号符号功能说明1VSS一般接地9D2双向数据 总线2位2VDD接

34、电源（+5V）10D3双向数据 总线3位3V0对比度11D4双向数据 总线4位4RS寄存器选择12D5双向数据 总线5位5RW读写信号线13D6双向数据 总线6位6E使能端14D7双向数据 总线7位7D0双向数据总线0 位15A背光电源 正极双向数据总线116K背光电源位负极D1注：V0 :调整液晶显示器的显示对比度，接地时对比度最高，接正电 源时对比度最低。（但需注意的是完全接地时，会造成对比度过高，从 而造成“鬼影”的产生，这种情况下，我们一般情况下采用串接一个 10K左右的电位器来调整其对比度，这样就可以防止鬼影的产生。）RS: RS为寄存器选择端口，当给该端口输入低电平 0时，即为 选

35、择指令寄存器。输入高电平1时，即为选择数据寄存器；RW： RW为读写信号线端口，为该端口输入高电平 （1）时进行读 操作，输入低电平（0）时进行写操作。E： E端为使能端（Enable）,为其命令写操作时，下降沿使能。 为其命令读操作时，Enable （使能）高电平有效。DB7 :双向数据总线7位（最高位）及忙检测位。3.指令集：1602初始化指令小结:0x380x010x0F0x080x0e0x0c2.操作时序：表3.4.2操作时序说明RSR/W操作说明00写入指令码D0D701读取输出的D0D7状态字10写入数据D0D711从D0D7读取数据设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口 清屏

36、开显示，显示光标，光标闪烁 只开显示开显示，显示光标，光标不闪烁 开显示，不显示光标0x060x02是 DDRAM0x18地址加1，当写入数据的时候光标右移地址计数器AC=0;（此时地址为0x80）光标归原点，但 中断内容不变光标和显示一起向左移动342 LCD1602引脚接线图为防止液晶上电时烧坏背光灯，一般情况下在 15脚（A）串接一 个5欧姆左右的电阻来限流；液晶15（ A）引脚为背光电源正、液晶 16（ K）引脚是背光电源地；1602液晶引脚3（ V0）脚为对比度高低 的调节端，串接一个10K的电位器来调节对比度；液晶4 （RS）引脚 接MCU的PE2 口；液晶5（ RW）引脚接MCU

37、的PE4 口；液晶6（E） 引脚接MCU的PE6 口；液晶1（ VSS）引脚为电源地、液晶2（VDD ） 引脚为正5V的电源正；具体电路图如图3-4-1所示：图3.4.1 1602引脚接线图3.5继电器继电器（relay）是一种由电源电压来控制的器件，当其输入量的 变化达到预先设定的要求时（例如由0v变到3.3V）,在电气输出电路 中使被控制量发生预定变化的一种电器。它由主动控制电路(又称输 入回路部分)和被动控制电路(又称输出回路部分、组成。一般被应 用于工业化的自动控制系统电路中，它实际上就是用小电流去控制大 电流运作的一种“自动开关”。因此在电路中起着自动控制、安全保护 等作用。按继电器

38、按照动作原理可分类为：1. 电磁型2. 感应型3. 整流型4. 电子型5. 数字型等我们采用的是电磁继电器。3.5.1继电器工作原理电磁继电器(Electromagnetic relay) 一般由铁芯(Core)、线圈(Coil )、衔铁(armature)、触点簧片(Con tact spring)等组成的。只 要在线圈电阻两端加上一定的电压，线圈电阻中就会流过一定的电流， 因此而产生电磁效应(Electromagnetic Induction),这样衔铁就会被电 磁力吸引，克服返回弹簧的拉力反向，带动衔铁的可移动触点(Amovable con tact)和常开触点(Normally ope

39、n con tact、吸合。当线圈 电阻断电后，电磁衔铁(Electromagnetic armature的吸引力也将随之 消失，电磁衔铁(Electromagnetic armature会被弹簧的反弹作用力返 回到原来的位置，使可移动触点(A movable con tact)与原来的常闭触 点(Normally closed con tact、释放。这样循环的吸合和释放，从而达 到电器控制在电路中的导通和切断的目的。然而作为继电器的常开和 常闭接触点(Normally closed con tact)，我们可以这样来区分：继电器 的线圈电阻未通电时处于断开状态的静触点，称为“常闭触点(No

40、rmally closed con tact、”；处于接通状态的静触点称为“常开触点(Normally open con tact)”。继电器一般有两部分电路，一部分为低压 控制电路(Low-voltage control circuit)，一部分高压工作电路(High voltage op erat ing circuit )。低压部分(Low -p ressure part) 即为控制系统（Control System）需要控制的电路，高压部分（High-pressure par） 为低压部分控制的后端。3.5.2继电器技术参数SRD-05VDC-SL-C继电器（5引脚），三个引脚的这边两

41、边的脚是 线圈（直流电阻），加5V直流电压，不区分正负方向，它由电压驱动。 继电器中间引脚是触点的 COM （公共）端，与其一排的另两个脚， 其中一个是常开（最好用工具测试），另一个是常闭。继电器引脚图如 下IPmm,另注=15jnai t咼人iS.SiTUll4(nDi眈卿是SR点的COM端五引御底S尺寸图 制阳尢学城小赛幡 仏站.:益也e c?m 4此HP是常开媒tZfinin rten叱两卿是縄圈.册DC直壷电压. 不区令正罚方同，是电压呃功10A SSOVACmVDC和I0A 1药VAC处VX 蹴不同认证试验前疑玄額定值*是捲在»大融療趣宦电压下的ft丸SS鈕血.翹过逮个值不

42、保电汽看霸宿短.图3.5.2继电器引脚图3.5.3继电器工作原理图图3.5.3继电器工作电路图3.6热释电传感器(人体红外感应)BISS0001芯片是一款高性能的人体移动检测传感器，其由热释电 红外传感器和少量元器件组成的被动式热释电红外开关。人体红外传 感器可监控无需外人进入的场所，特别适用于企业、库房、家庭等禁 止外人进入的安保敏感区域，或用于安全区域的自动化电器开关报警 系统等。3.6.1工作原理及特性BISS0001是由电压比较器(Voltage Comparator )、运算放大器 (Op eratio nal Am pl ifier )、状态控制器(State Con trolle

43、r)、延迟时间 (Delay time )定时器和等构封锁时间定时器成的数模混合专用集成 电路。因此1. 热释电红外传感器探头是以探测人体的辐射值为目标的。 其探头必须对波长为10um左右的红外辐射非常敏感。使干2. 在它的辐射检测面通常覆盖有特殊物质的菲泥尔滤光片，扰环境的外在因素得到明显的控制作用，这是为了对人体的红外辐射 敏感。3. 被动的红外探头，它包含两个互相并联或串联的热释元器件。 传感器的红外探头的两个电极化方向相反，这样无论环境的背景怎样 变化，辐射对两个热释元器件都将产生不相上下的作用，那么他们的 效果就可以相互抵消，探头的输出端就无信号输出。4. 当人体一旦进入探测范围内，

44、红外传感器通过部分区域的镜面 聚焦，被热释电元器件接收，但由于两片热释电元器件所处位置完全 不同，因此接收到的热值不同，热释电也不同，不能抵消，因此这样 通过信号处理就可报警。5. 菲泥尔滤光片有着自身特点，它们根据自身材料不同有着长短 不一的感应距离，这样就可以完全的监控该场所，不会有遗漏的区域。362热释电传感器芯片引脚图图3.6.2 BISS0001芯片引脚图3.6.3热释电传感器引脚说明表3.6.3热释电传感器引脚说明引脚名称I/O功能说明1AIRep eatable touch an dTouch not rep eatable 当A为“1”时，Enable重复触发；2V00控制si

45、gnal输出端。由VS的上跳變沿觸發，使 Vo输出从低电平跳變到高电平时视为有效觸發。 在輸出延遲 時間Tx之外和无VS的上跳變沿时，Vo保持低電平狀態。3RR1輸出延迟时间Tx的調節端TX 49152R1C14RC1輸出延迟时间Tx的調節端TX 49152R1C15RC2觸發封鎖时间Ti的調節端TI24R2C2。6RR2觸發封鎖时间Ti的調節端TI 24R2C2。7VSS工作電源負端8VRFI参考電壓及重新輸入端。通常接VDD ,当接“0” 时可使計時器復位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR 0.2VDD)10IB-运算放大器(Op eratio nal Am plifier)偏

46、置电流设置端11VDD-工作电源正端1220UT0第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端1610UT0第一级运算放大器的输出端364热释电传感器工作电路图TL5nnz图364热释电传感器工作电路图3.7 MQ 2气体传感器MQ-2气体传感器对液化气( LPG)、丙烷(Propane)、氢气 (Hydrogen)的灵敏度高，对天然气(Natural gas)和其它可燃气体 的检测也非常理想。这种传感器(Transduce)可检测多种可燃性气体， 是一款适合多种应用的低成本气体检测传感器

47、。3.7.1 MQ 2气体传感器工作原理MQ-2气体传感器所使用的气敏材料(Sensitive material)是在清 洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当气体传感器所在环境可燃 气体浓度超标时，传感器(transduce)的电导率随环境中的可燃气体 浓度增加而增大。这样以来使用简单的电路就可以把它的变化量转化 为ADC可采集的信号，及其方便。3.7.2外形结构>8I ?Orin £ ifn CM图3.7.2外形结构图3.7.3引脚介绍表3.7.3引脚介绍图标号部件材料1气体敏感层二氧化锡2电极金（Au）3测量电极引线铂（Pt）4加热器镍错合金（Ni-Cr）5陶瓷管三

48、氧化二铝6防爆网100目双层不锈钢（SUB316）7卡环镀镍钢材（Ni-Cu）8基座胶木9针状管脚镀镍钢材（Ni-Cu）3.7.4气体传感器模块特色1. 具有电源亮灭指示灯和阀值超标的 TTL信号输出指示灯；2. 具有阀值超标DO开关信号（TTL ）输出引脚和气体检测的A0 模拟信号输出引脚；3. TTL输出的阀值超标信号为低电平。（气体超过阀值时，模块 的超标信号灯亮，即气体值超标。它可直接连接单片机或继电器模块）4. 模拟量输出电压随浓度越高电压越高。5. 对液化气，天然气等可燃气体，烟雾有较好的灵敏度。6. 快速的响应恢复特性特别提醒：由于该传感器的材质是二氧化锡，要保证测量数据稳 定，

49、就必须给传感器通电后，预热20秒左右再测量。由于传感器内部 具有电热丝，一般发热属于正常现象，如果烫手就不正常。3.7.5传感器工作电路图3.8蜂鸣器蜂鸣器是种小巧玲珑的电子发声器，可采用直流电压直接驱动 供电，广泛应用于PC机、报警器、电子玩具等电子产品中用作发声 器。3.8.1蜂鸣器结构原理1. 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器(Multivibrator )、压电蜂鸣片 (The pi ezoelectric buzze)、阻抗匹配器(Imp eda nee matchi ng 及 共鸣腔(Resonance chamb* 外壳等组成。多谐振荡器(Multivibrator)由晶体管或者集成

50、电路组建而成。接 通电源后，自身的多谐振荡器(Multivibrator )发生振动，产生出1.5到 2.5k赫兹的有源声音信号，然后阻抗匹配控制器推动压电蜂鸣片发声。2. 蜂鸣器电磁式结构是由振荡器(oscillator )、Mag net coil、磁铁 (Mag net )、振动膜片和塑料外壳等组成。接通电源后，振荡器(Oscillator)产生的有源信号通过电磁线圈电阻使其产生磁场。电磁线 圈(Mag net coil)和磁铁的相互影响作用下，使得振动膜片规律性地发声。382驱动方式及电路自激蜂鸣器是完全由直流电压驱动的，完全不需要其他交流信号 等来进行驱动，只需要直接对引脚驱动口输出

51、一定电压即可，引脚连 接着三极管放大器的基极，通过三极管即可使蜂鸣器发出声音。图3.8.2蜂鸣器驱动电路3.9 4*4矩阵键盘8个10 口来接收16矩阵键盘又称为行列式16位键盘，4条行线由单片机的4个I0 口控制，另外4条列线由单片机另外4个I0 口控制。4个行I0 口线 分别与每行按键的左端相连接，4个列的I0 口分别与每一列的按键右 端相连。这种以行列式键盘结构，仅仅使用到了 个信号，有效地提高单片机系统中1/0 口的利用率。3.9.1矩阵键盘原理图图为矩阵键盘电路图，行线接PE13/PE11/PE09/PE07列线接PE14/PE12/PE10/PE08图3.9.1矩阵键盘原理图3.9

52、.2矩阵键盘工作原理»Nil.(9)图3.9.2按键排列先将列端PE14/PE12/PE10/PE08配置成浮空输入，可以检测高低 电平。行端PE13/PE11/PE09/PE0配己置成推挽输出。先从行端口输出 高电平，再依次将其输出低电平，如此循环即可检测到某列端为低电 平，即可得到该键入值。举例说明如何得到按键的特征编码：如果“5”键被按下，找出其所对应的行列号。从第一行输出低电平，第1、2、3、4列依次检测不到低电平，故 第一行没有按键按下。从第二行输入低电平，第一列检测不到电平变化，第二列检测到 低电平，延时消抖后任然可检测到，故第二行第二列按键按下。4软件系统设计系统软件的

53、设计是系统控制的核心控制部分。其任务是在前期硬 件设计的基础上，加入该系统的灵魂所在，确定程序结构，分配各部 分工作内容和顺序，经过仔细的模块划分后，即可进行主程序和各模 块程序的设计，各部分先分开的程序设计，最后再将各模块程序连接 起来成为一个完整的程序，与硬件所以部分相配合完成相应功能。4.1编译软件MDK-ARMMDK-ARM ，MDK-ARM 软件为基于 Cortex-M、Cortex-R4、 ARM7、ARM9处理器设备提供了一个完整的开发环境。 专为微控制器应用而设计，不仅易学易用，而且功能强大，能够满足 大多数苛刻的嵌入式应用。4.1.1 MDK功能特点完美支持 Cortex-M、Cortex-R4、