【基于单片机的智能家居环境检测及火灾防控系统设计15000字（论文）】

目录TOC\o"1-2"\u第1章绪论 11.1选题背景与意义 11.2本文的研究内容与主要工作 2第2章系统设计 32.1研究的需求分析 32.2功能需求分析 32.3系统总体设计 4第3章硬件设计 63.1单片机最小系统模块 63.2显示操作模块 133.3智能家居传感器模块的选用 163.4按键控制电路 203.5SIM800模块电路 20第4章软件设计 224.1系统软件的整体构架 224.2LCD1602显示 234.3GSM程序流程图 244.4温湿度检测 254.5按键子程序 264.6蜂鸣器报警 274.7烟雾浓度检测 28第5章系统调试与分析 305.1家用电器的智能控制成功实现 305.2系统性能测试 305.3系统测试分析 31第6章总结 32参考文献 33绪论智能家居它是新型技术融合的产业，人们对它的观念还没有深入到一定的程度。现在的这个时代不断进步，智能家居这种类似概念被很多人所知晓，培养了家庭用户的使用习惯，终将会成为家家户户使用的产品。智能家居的市场会很巨大，前景十分光明，智能家居在中国的发展大致分为了5个阶段：第一阶段分为1994到1999年整个行业对智能家居还只是处于一个概念性的认识，并没有引起人们的关注；第二阶段是在2000年到2005年国内已经出现了智能家居的生产产商，整个智能家居的生产体系已经形成；第三阶段是在2006到2010年由于智能家居企业过分夸大了智能家居的功能但是有并非到达了用户的需求，整个行业出现了滑坡趋势；第四阶段在2011年到2020年由于科技的进步，智能家居的部分技术问题已得到合理的解决，智能家居行业开始飞速增长；第五阶段是在2020年以后，智能家居通过更多技术的支持下以及多种领域的融合下，其发展速度非常的快，直到能成为人们日常不可分割的家庭用具。智能家居也会因为科学技术的进一步发展，相关的问题能够得到技术上的解决，在日后发展上也是非常的好；接下来介绍国外智能家居的相关发展前景，对于智能家具类似概念是由位于美国的联合科技公司提出的，从此智能家具这一词已深深烙印到了人们的脑海里，不少科技发展都已奔向该领域，试图在刮起人工智能的浪潮[1]。随着科技的发展，人工智能技术的大力发展，一些发达的国家开始从事智能家具的相关研发，使得智能家具从概念上的认知过渡到了实体上的发展，各个国家在智能家居的领域上都有了各自的发展方向。比如说新加坡在1998年推出的“未来之家”就属于智能家居的一个发展方向。这些发达国家在智能家居所使用的科技技术上也是天差地别的，在智能家居实现的技术上新加坡采用的8X系统通过总线式的方式来对其智能家具进行控制，德国采用的EIB系统是通过多芯电缆来代替传统的传输线，通过传输控制指令来实现家具的智能化。本文主要设计了一个智能家居控制装置，该装置选用51系列芯片作为主控芯片，外接语音识别模块、自动控制模块，环境检测模块以及显示模块。该装置运行时主控芯片通过外接模块获取外界信息，再通过对获取的信息进行解析并反馈相应的指令来控制室内各种开关的通断。本装置中主要通过语音识别模块对用户的语音指令进行采集，之后将采集到的语音模拟量转换为数字量通过串口通信发送给控制终端，控制终端通过对自己接收到的信号进行解析处理后与预设的指令进行对比识别出用户想要进行的操作并对相应的设备进行控制，设备根据所接收到的控制指令执行相应的操作[2]。同时除了语音识别模块外，该装置还可以通过各种传感器实时采集室内环境信息，并将这些信息发送到控制终端进行解析处理，然后将采集到的信息在显示模块中显示。系统整体框图如图1-1所示。蜂鸣器报警按键设置蜂鸣器报警按键设置LCD160显示DHT11温湿度采集LCD160显示DHT11温湿度采集GSM短信发送短信火焰采集GSM短信发送短信火焰采集LED指示灯ADC0832模数转换LED指示灯ADC0832模数转换继电器控制MQ-2烟雾采集单片机处理单元继电器控制MQ-2烟雾采集单片机处理单元图1-1系统总体框图设计智能家居系统时，要紧紧围绕着“以人为本”的中心，遵循的设计原则一般从系统的实用性、稳定性、标准兼容性、扩展性等几个方面出发：一个好的系统除了满足用户所需功能以外，还应具有系统本身的特性要求，比如系统要及时准确的测量温湿度信息，开关控制工作稳定，能检测燃气泄露情况并及时反馈给用户等。需求分析是设计一个智能家居系统的初始步骤和关键环节，需求分析的准确性是系统正确设计方向的指向灯，是决定系统合理性和用户满意度的先决条件，此系统是针对那些对智能家居感兴趣的人所设计的，首先要和使用者进行沟通，了解用户想要实现的功能并记录下来，分析细节以方便后期设计。本设计从三方面入手，一是系统功能需求，功能需求着重描述系统所要实现的目标，解决的是用户的实际需求，比如对家居设备进行远程操控等；一是系统非功能需求，即性能需求，三是简单概述系统的运行条件。非功能需求即是开发过程中遵守的规范及必须满足的技术指标，比如系统的相应时间、稳定性等。功能需求即系统所要达到的目标，智能家居系统的核心就是使人们摆脱遥控器并随时随地使用便携式移动设备控制家居设备。目前市面上的智能家居产品大多功能单一，用户和家庭之间的纽带并不牢靠，设计一个可以采集环境数据信息、实现无线通信并能自我调节的远程控制智能家居系统，让人们可以在手机上看到及时的传感器采集数据以便对家居环境变化了如指掌，使家居环境更加节能环保、更加智能化。所以设计该系统时要具备以下功能：（1）数据采集模块：该模块的功能实现主要依赖于传感器来完成，多种类型的传感器采集到室内的各种环境因子，如温湿度、有害气体、光照强度、语音采集等，并将采集的数据实时上传处理器，方便用户及时查看并做好相应措施。（2）处理器模块：该模块主要负责对从传感器处得到的数据进行分析，观察室内温度是否合适、污染是否严重，有没有发生火灾的可能，并在经过信息分析后对室内家电或传感器等终端设备进行指令下发来改善室内环境，例如控制空调使室内温度不会过高或过低、当光线较为暗淡时自动调整光线亮度。（3）告警：智能家居系统要具备提醒用户危险来临的功能，如果根据接收到的信息发现家中有易燃气体、浓烟或者PM值过高，都会给控制中心发送警告信息。智能控制报警系统是智能家居的重要组成部分。它可以检测危险信号并在第一时间报警。该原理是无线智能控制警报系统使用传感器收集信号，处理并发送使用单芯片计算机收集的信号。音响光学报警功能由触发程序实现，系统原理图如下。图2.1系统原理图（1）设计包括硬件和软件设计。模块分为数据收集、显示、警报模块功能。（2）红外线被盗警报系统由焦电式红外线传感器、智能报警、键控电路、控制电路、相关控制和管理软件组成。（3）键盘主要起到方便使用者的功能，使用者可以根据键盘的使用说明以及自己的需要来按下按键从而达到自己的目的，键盘的设计简洁大方，这样很好的实现人机交互。（4）显示屏幕主要是显示使用者所按下的按键所对应的数字，让使用者能够更加直观的明白远程控制家居在当前情况下所进行的工作。（5）st89c52是遥控红外热释电报警的核心控制部件。可编程和操作简单的单片机st89c52的特点确定使用核心控制。检测火灾，盗窃信号，当发生火灾时，热释电红外传感器检测报警，如果发生火灾将自动触发传感器实现对灾害的预警通知。3.1.1单片机的选用ST89C52为主要的中央处理系统，单片机是在集成电路芯片上集成了各种元件的微型计算机，这些元件包括中央处理器CPU、数据存储器RAM、程序存储器ROM、定时/计数器、中断系统、时钟部件的集成和I/O接口电路。由于单片机具有体积小、价格低、可靠性高、开发应用方便等特点，因此在现代电子技术和工业领域应用较为广泛，在智能仪表中单片机是应用最多、最活跃的领域之一。在控制领域中,现如今人们更注意计算机的底成本、小体积、运行的可靠性和控制的灵活性。在各类仪器、仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，提高计算机的运算速度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。（一）ST89C52主要功能、性能参数如下：（1）内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟;（2）工作频率范围：0~40MHZ，相当于普通8051的0~80MHZ;（3）ST89C52RC对应Flash空间：4KB;（4）内部存储器（RAM)：256B;（5）定时器\计数器：3个16位；（6）通用异步通信口（UART）1个；（7）中断源:8个；（8）有ISP(在系统可编程）\IAP(在应用可编程),无需专用编程器\仿真器；（9）通用I\O口：32\36个；（10）工作电压：3.8~5.5V；（11）外形封装：40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。（二）ST89C52单片机的引脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口被称为准双向口。ST89C52的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。接下来让我们再看另一个问题，从图中可以看出这四个端口还有一个差别，除了P1口外P0P2P3口都还有其他的功能。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。ST89C52单片机的时钟信号通常有两种方式产生：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。在ST89C52单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振），就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容的作用是稳定频率和快速起振，电容值在5-30pF，典型值为30pF。晶振CYS的振荡频率范围在1.2-12MHz间选择，典型值为12MHz和11.0592MHz。当在ST89C52单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作，按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种。其中电平复位是通过RST端经过电阻与电源VCC接通而实现的。最小系统如图3.1所示。图3.1单片机最小系统电路原理图最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。ST89C52是片内有ROM/EPROM的单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单﹑可靠。用STC89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路即可，结构如图2-3所示，由于集成度的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。3.1.2时钟模块硬件电路DS1302是多个字节的RAM，其在高性能且低功耗的实时时时钟芯片DS1302与微控制器的连接中仅需要三个行，并且使用CPU同步通信3线SPI接口来发送时钟信号或数据。在该系统中，AT89C51宏处理器和DS1302的主要装置、装置和装置接收数据并发送数据。DS1302时钟脉冲是每个读者需要的16、8个地址输入脉冲工作之前和写入命令。在这个系统中，通过系统时钟，50MHz的有效波束被结晶。激活晶体主要采用3.3V直流电源和电源系统的时钟电路。时钟电路是单芯片最小系统中常用的系统时钟电路。图3.2时钟模块硬件电路图3.1.3继电器控制电路与复位按键当发生烟雾报警的时候，单片机会控制继电器闭合开启水泵灭火。电磁继电器工作原理和特性：图3.3继电器原理图系统设计采用的是按键复位方式，复位顾名思义就是回到原来的位置，即开始重新启动，系统的元件全部初始化，单片机虽然智能但和人还是有差别，只能按照指令去工作，于是在处理数据中难免会出现问题，导致错误。从而系统不能正常工作，在生活中经常遇到这样的问题，如手机突然死机，屏幕一动不动，这是只要关机重启就能正常使用。这就是按键复位的功能。让系统初始化，当系统不工作或者出现小问题时，就按下按键，达到初始化的作用。这个功能从单片机最基本的函数-main函数进行，我们在应用单片机时，都捐有初始化这一步，这样会把单片机以前存的数据进行清理，使其没有数据。再赋予新的数据，其实单片机的应用还是很复杂的，按键复位系统存在很多地方，在断电时，为了防止破坏。都会有按键复位。任何单片机都有复位按键，在断电后也会要求复位，比如当程序运行到有问题卡死时也需要进行复位按键操作，通常采用上电复位和按键复位这两种方式。按键复位电路如图3.4所示，图3.4复位电路图在MCS系列中，宏处理器、复位电路被广泛使用。如图3.5所示，有效时间在超过24个振荡周期内完成复位操作。RST引脚复位信号，复位信号的有效高度，RST具有一定宽度的脉冲，它能有效地实现自动复位和手动复位。当使用12MHz时钟，C7通常是22F，R2可以1KΩ，它需要超过2秒完成复位操作。图3.5复位电路随着时间的增加，电容电压值增加缓慢，和RST销上的电压逐渐降低，当RST销的电压值降至较低水平，单片机恢复正常，呼吁电动复位。3.1.4单片机晶振电路众所周知，单片机的正常工作取决于时钟元件产生的时钟频率。常用的时钟元件是晶体振荡器，所产生的晶体振荡器是单芯片正常工作的前提。此时，时钟电路需要外部的定时。原本可以通过XT2的端口连接到电路，产生自激振动。原来的外部通常是包括石英结晶和陶瓷电容器的并联谐振电路。选用规格为11.0592MHZ的晶振元件，其电路图如图3.6所示。图3.6单片机晶振电路3.1.5蜂鸣器提示电路蜂鸣器采用电压式蜂鸣器，主要是在系统中起到提示作用，使得用户直观地知道操作是否成功，让系统更加人性化。其内部主要包括振荡电路、蜂鸣片、匹配器和共鸣箱等。在本设计中采用的蜂鸣器，其工作频率是2000Hz，可直接通过单片机的PWM端口进行驱动。所以在设计软件的时候，要注意对PWM输出信号的频率进行设置。蜂鸣器电路图如图3-6所示。图3.7蜂鸣器电路图蜂鸣器引脚1与5V电源连接，引脚2与单片机P3.6端口连接，实现相关控制。本设计中，进行指纹录入、功能选择、功能确定等操作时，蜂鸣器响一次；在进行签到签退操作时，蜂鸣器响3次。3.2.1独立控制键电路实用模型的键盘可以根据温度设定的上下限来观察闹钟灯的工作状态，调整过程安全可靠。键盘是人和计算机相互作用的重要部分。键盘由S2和S3两个键组成。一端连接到MCU的P1.3和P1.4端口，另一端接地。按下键，P1端口就会有效地读取低级别。系统启动后，请输入正在扫描子程序的键盘，在查询时确定每个按钮，完成初始的温度设定。键盘操作模块有一个4X4矩阵键盘的小系统的硬件基础，可设置温度值和感光值和强度和时间的烟。关键电路图如图3.8所示。图3.8按键控制原理图图3.9遥控操作版面3.2.2LCD显示模块的电路设计LCD1602是一种具有数字显示和文字显示功能的LCD1602。通过调整背光源的亮度，可以达到字体的清晰度。由于P0端口没有上拉电阻，因此在中间接10K的排阻，作为上拉电阻，其它的LCD管脚按照使用说明进行连接。由单片机对各传感器所收集的数据进行处理，并经P0端口将数字信息传输至LCD。具体电路如图3.10所示。图3.10LCD1602显示电路图3.3.1温湿度传感器室内温湿度是住宅舒适度的重要指标，为了实时了解室内的环境变化，系统采用具有精确测控能力的DHT11数字温湿度传感器来测量室内的温湿度信息，DHT11作为温湿度一体化的复合型数字传感器，内含一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。是一款含有已校准数字信号输出的传感器，它在非常精确的湿度校验室中进行校准，在检测信号的处理过程中要调用以程序形式存在OTP内存中的校准系数。为了简化系统的集成和构建，它在传输内部的数据信息时使用单线制串行接口的方式。另外，为了保证产品的稳定可靠，它使用专用的数字模块采集技术[3]。DHT11收到一次开始信号即启动一次数据采集，若没收到开始信号，则不启动，采集后会自动回到低速模式。该产品空间占据小、能量消耗低、响应速度快、且成本低廉、测量值准确、传输距离远、不容易受到其他因素的干扰，无需额外部件且为4针单排引脚封装，方便连接。应用领域也相当广泛：空调、除湿器、医疗、汽车、家电都能看到它的身影。超高的性价比、成熟的技术使其成为室内温湿度采集的最佳选择，非常适合本系统的开发。DHT11温湿度传感器模块实物图见图3-1。DHT11传感器使用3.3V电压供电，VCC引脚接电源，DATA引脚为采集到的温湿度数字量输出引脚，和CC2530的IO相连，为了使传感器稳定性更高，两个引脚中间接4.7k的上拉电阻防止干扰，NC引脚悬空，GND引脚接地。该传感器检测到室内的温湿度信息后，通过把数据通过串口传送到主控中心。图3.11温湿度检测原理图3.3.2光电传感器窗帘自动控制系统的照明控制功能，根据光的强度自动控制窗帘的开闭。因此，使用感光元件，在设计中使用感光电阻。采用光控原理，窗帘自动打开，窗帘自动闭合。比较电路由运算放大器构成，相同输入端子有两个电阻，电压值与基准电压进行比较。反转输入端使用感光电阻收集外部环境的光。暗的时间和光电阻小的时候，光电阻的电压大，决定反输入端子的电压。价值。图3.12光敏传感器光学传感器容易使用，正确连接线之后输入3.3V的高水平，检测出障碍物的话持续输出低电平的信号。当光线发生变化时，系统会捕捉到这个信号进行反应。3.3.3烟雾传感器本设计中烟雾感应器采用的是输出信号弱的MQ-2型烟雾报警器，在测量烟雾时必不可少，需要放大电路的帮助，才能作用，然后进行滤波，电平调整，本系统一直采用放大电路用以节约开销。当感应器检测到此时的烟雾信息后，电信号开始进行模数转换，当检测到烟雾超过上限时，信号经过电压比较后输出的是高电平的数字信号，反之是低电平。其工作原理为当烟雾离子进入电离层之后，由于气溶胶吸附大量的负离子，使其中和。利用这特征我们就可以判断烟雾是否超过上限。ADC0832模数转换器电路如下：图3.13ADC0832模数转换器电路图烟传感器属于气体传感器，是将气体转换为空气中的电压或电流信号的气体电3.3.4红外传感器红外传感器的工作原理与红外线有关。当环境温度变化时，可以相互抵消，避免检测误差。200B的热释电红外传感器热释电晶体可以防止不必要的红外或其他光进入传感器。另外，当环境温度变化时，两个结晶参数同时变化，可以相互杀害，避免检测误差。在数据采集模块中，系统采用st89c52作为前端报警采集中心的控制单元，主要完成采集数据的处理，实现对单片机外围电路的控制。红外捕获电路，如图3.14所示：图3.14红外采集电路3.3.5火焰传感器温度测量是一种直接反映了一个不同物体的各分子热力冷热的程度变化时和程度的一种固体物理学温度测量,在化学微观上它所表示的温度是各种不同物体的各个分子热力和运动的激烈程度变化时的程度。物体的物理温度大小变化一般来说只能通过某些固体物质的主要化学物理特性参数来间接测量,在生产生活中有着非常重要的作用以及考虑。火焰传感器芯片模块它在设计上具有芯片体积微型化,功耗和损耗相对较低,性能卓越显著,抗干扰能力和工作可靠性相对较好,且易与其他的微处理器模块进行适配等显著的技术优点。火焰传感器芯片模块可以直接将传感器测量得到的温度转化成数字信号传送到微处理器芯片上给其他的微处理器模块进行数字信号处理。其设计上可以直接测量的数字温度误差范围一般都是:55~125℃,测温误差0.5℃。其独特的分布式多点一线通信接口,只是仅需要一条简单的两个接口的总线就已经可以直接具有了一线通信多点的工作能力,简化了多点分布式的通信温度稳压传感器的应用元件无需外部备用温度稳压传感器该元件通过外部可以使用的外部数据总线直接向温度传感器电路供电,电压的外部温度华氏峰值范围一般可以相当于温度为3.0v至5v,同时温度传感器电压无需外部的任何备用稳压电源进行测量而其温度的华氏范围一般可以相当于温度为-55℃以下至+125℃。电压华氏测量特定温度的电压华氏相当于是-67℉以下或达到257℉。在摄氏度-10℃以下至+85℃的一个摄氏度区间范围内时在测量时其精度一般设定为±0.5℃[9]。火焰传感器接线图如图3.15。图3.15火焰传感器接线图本系统的按键控制系统共用4个按键，四个按键控制的电路并联，组成了按键控制系统；第一个按键是返回，设定完上限值后返回使用；按键2是确定上限值，按键3和按键4分别是设定值得增减按键。按键的功能实现其实就是电平的差值控制，因存在误差，所以需要编程时进行误差调整，编程序时要加上去抖函数，是系统更加精确。按键控制电路原理图如图3.16所示：图3.3按键控制电路根据系统设置的上限值，采集此时的温度，烟雾浓度和是否有人，检测的结果与上限值比较，如果超过系统设置的温度和浓度上限时，STM89C52单片机就会控制SIM800短信模块发送报警信息（此时的温度值，浓度值）到设定的手机号上，。当人体红外感应模块检测到有人存在时，就会发送短信进行提示。此系统设计采用SIM800模块发送短信，此模块具有性能稳定，外观小巧，性价比高的，能满足客户的多种需要的特点。被广泛的运用在通信设置中。共有5个引脚，会外接一个二极管，起到保护芯片的作用，发送短信时反向电流电路较大，容易击穿芯片。通信方式采用的是串口通信。便捷可靠，及时性强。电解电容采用1000UF，能提供发短信的条件。SIM800模块电路原理图如图3.17所示：图3.6SIM800模块电路前面的章节主要阐述了智能家居系统主要功能实现的硬件设计，本章主要叙述了智能家居的软件实现部分。硬件部分就如同是整个智能家居控制系统的骨骼，而软件则是整个智能家居控制系统的血肉一样。设计的智能家居子系统不仅需要硬件的支持，还需要软件的支撑。二者缺一不可，否则两者整个系统将无法运行。在硬件系统完成之后，就要对系统的各个传感器和单片机进行软件设计编程。系统软件设计是在原理框架图的基础上开始进行，每个器件部分首先画一个流程图，然后按照功能进行系统设计。首先对各个硬件初始化，如温度传感器，人体红外传感器，LCD1602液晶屏，蜂鸣器，SIM800短信模块，初始化完成后各个模块开始工作，检测当时的烟雾浓度，温度，是否有人，与设定的上限进行比较，若温度。烟雾浓度超过设定的上限值，蜂鸣器报警，LED亮起，温度达到上限，风扇打开；烟雾达到超过上限，水泵打开；检测是否有人，若有人，蜂鸣器也会响，单片机把此时的温度值和浓度值以及是否有人发送短信给指定的手机号。紧急按键用于发送紧急短信。系统主程序流程图图如下：图4.1系统主程序框图本次设计采用LCD1602液晶屏作为显示器，先对器件进行子函数程序，先使显示器初始化，把显示器以前的程序和数据全部删除，做清零处理。如果没有清零，返回初始化继续清零。然后单片机向显示器写命令，执行操作，是单片机显示内容，然后单片机向显示器写入数据，使显示器展现数据，将此时的温度，烟雾浓度，是否有人，设定的温度和烟雾浓度上限在显示器中显示出来结果。液晶显示屏还能控制亮度，以及按下按键设定上限时，会变换数字，最后，根据程序在液晶屏上显示采集到的数值LCD1602。LCD1602显示流程图如4.2所示：图4.2液晶显示程序流程图当GSM模块和单片机连接好后，插入一张SIM卡，注意卡插入的方法，正确插入，当系统供电时，打开GSM模块的开关，进行串口初始化，这时LCD1602液晶显示屏上会显示出GSMINIT，表示插入手机卡，当防盗系统开启时，温度超过上限值，会显示SETSMS，发送成功会显示SETOK字样，当需要发送短信时，保证ES=1,EA=1；然后初始化AT指令，即设定初值整个流程进行完毕。串口通信流程图如图4.3所示：图4.3GSM串口通信流程图开启开关电源后，温湿度传感器开始工作，DHT11数字温湿度测温模块首先初始化，然后读取DHT11数字温湿度测温模块的启动信号，进行分析，转换。把信号发送给单片机，随后复位初值DHT11数字温湿度测温模块，若无中断，则读取数据，若有中断，则继续回归到复位操作。单片机将检测到的数据解析，得出温度和湿度的具体数值，最终显示在液晶屏上。其流程图如下所示图4.4温湿度检测流程图本次设计包含的按键电路主要是温度和人体红外烟雾浓度设定上限的增，减，确定和返回，不同的页面具有不同的意义和作用，还有手机号的确定。按键有4个引脚，一边两个，相同的一侧连接在一起，4个按键相并联，按键的连接只需要将相同的引脚连接一起。按键的工作原理就是对高低电平信号进行检测，在主程序中，循环执行检测，当检测到按键低电平信号，单片机系统进入按键子程序中。按键不同的功能需要不同的函数执行不同的操作，；另外注意进行延时操作，减小误差。按键可以用来设置温度和人体红外的报警上限，接受短信号码。流程图如4.5所示：图4.5按键流程图在本系统中，当主函数执行后，系统一直在检测是否发生中断，首先通过按键设定好温度上限和人体红外烟雾浓度的上限，然后进行检测看是否超出上限值，人体红外感应模块是否发出开关信号，烟雾温度和人体红外在程序中都通过循环函数来判断其值是否超出上限，若超过上限，蜂鸣器报警，对应的LED报警指示灯也会亮起，同时SIM800发送报警短信和此时的温度浓度数值到对应的手机上。报警流程图如图4.6所示：单片机输出低电平蜂鸣单片机输出低电平蜂鸣器报警是否触发报警条件报警程序入口返回YNY图4.6报警流程图当烟雾采集到当前的数据后，把模拟量传输给adc0832进行处理，ADC0832进行初始化后，因为ADC0832有2个通道，所以要进行选择，本次设计选择的数据通道为0，然后进行读取数据，一个字节为8位，进行一位一位读取，把当前读取的信息转换为数字量，换算成当前的电压值。流程图如图4.7所示：图4.7烟雾浓度程序流程图由于家用电器种类很多，本次测试本设计选择灯光的智能控制为例进行测试。灯光控制测试，主要测试是否可以根据室内外环境光照条件的变化而执行不同的动作，并且可以根据语音控制信号，完成打开关闭灯光的功能。灯光控制模块测试结果:在外界光照强度逐渐减小时，小于闭值时，灯光控制模块打开，完成室内照明工作;当外界光照强度逐渐增大时，大于阂值时，灯光控制模块关闭。此外，当用户说“开灯”时，灯光控制模块打开;当用户说“关灯”时，灯光控制模块关闭;当用户说“自动”时，灯光控制模块根据实际情况进行动作。主控制电路发出的控制信号可以得到各分控制板的识别，并可以完成相应动作。在系统测试中性能测试也是一个验证系统是否达标的重要指标，主要指系统运行时的各项性能等。系统的性能测试主要包括智能家居终端节点的功耗测试和断电恢复情况测试。智能家居系统的终端节点有工作和休眠两种状态，因此要对节点界定功耗测试要从这两种状态入手，这两种状态的功耗都要考虑。测试结果表明：不管是在工作还是休眠状态，智能家居系统终端节点的功耗都不高，长期运行并不会有功耗上的困扰，因此本系统符合低功耗的性能要求。另外，本设计对系统进行断电恢复操作。具体步骤为：在系统正常运行情况下，断掉电源开关，在系统完全断电之后，再接通电源开关。重复以上动作10次，本设计发现，系统在多次断电，恢复电源开关的过程中，依旧运行稳定，完好无损，且系统没有出现死机等现象，各项功能运行良好。本次测试验证了智能家居系统设计方案的有效性。经过系统测试之后，其结果表明，本次设计的智能家居控制系统稳定可靠，可以完成预期的功能，且较好地实现了各个模块的功能，满足了用户对该系统的实际需求。用户可以顺利完成登录操作，可以在手机界面上观测到家庭的环境状况、查看电器设备的即时工作状态。还可以随时随地控制家用电器的开关，而且本系统运行稳定、切换界面流畅、通信延长时间短且方便用户操作，满足了本设计设计系统的初衷，符合人们预期要实现的功能，且具有较好的可靠性，有利于尽快投入使用，为未来的智能家居系统设计提供了参考样本，方便了人们的生活，同时提升了人们的生活品质。同时，可以看出系统还有许多显而易见地可以提升的台阶，比如提高系统的安全度、人机交互界面更加清晰明了、系统功能更加丰富等。这些问题都是本设计在将来应该注意的。智能家居出现的初衷就是为了便捷人们的生活，而日新月异的科技发展、尤其是物联网的发展使智能化的家居生活成为现实。通过嵌入式、传感器等技术的结合，智能家居系统的功能也逐步完善并拥有更丰富的功能，大大提升了生活品质。本文设计的智能家居控制系统以st89c52为核心，外接语音识别模块、自动控制模块，环境检测