【基于单片机的智能家居控制系统设计6300字（论文）】

IIPAGEIII基于单片机的智能家居控制系统设计摘要：智能家居技术作为我国家庭生活信息化的一种主要实现手段和方式，已经逐渐成为我国经济社会信息化进步和发展的重要基础和组成部分，物联网因其广泛的应用和发展前景，将被认为是我国智能家居行业在技术创新和发展的过程中一个更加比较现实的技术突破口，对于智能家居行业的未来和发展也具有十分重大的意义。本文基于容易实现、方便简单操作、贴近实际使用的设计思路和技术理念，采用STC89C52单片机作为其主控系统，BELL蜂鸣器、MQ-2烟雾监测器、DS18B20温度传感器、DYP-ME003人体红外物监测等元件组成，能够及时监测到室内温度和烟雾是否达到设置上限以及屋内是否有盗贼。一旦发现烟雾和温度超过上限值时就会立即进行声光报警并通过发送短信的形式将数据发送到业主的手机里。其中温度和烟雾超过上限值会开启风扇水泵的设备进行挽救措施。当红外人体感应系统检测到有盗贼入侵时，立即进行声光报警并发送短信到业主手机中，实时报警。伴随着科学水平的不断提升，智能家居也在不断的进步和发展，智能家居在提供一个舒适的居住环境的同时也为人们的生活安全提供了一种保障，极大的提高了人们的居住舒适度。目录204461引言 1193922系统硬件设计 2129832.1系统功能设计 2133582.2报警电路 2312682.3LCD12864液晶显示电路 2166102.4SIM800模块电路 3316672.5温度传感器模块电路 3213272.6传感器及处理电路 4217002.7烟雾检测模块 556933系统软件设计 692713.1软件主程序架构 6223413.2温度、烟雾控制 6272933.3LCD12864显示流程图 783843.4串口GSM函数流程图 832683.5温度检测流程图 9165403.6报警流程图 950833.7烟雾浓度程序流程图 1026814系统的实现与测试 12244494.1总体实现步骤 12225134.2焊接调试 12249534.3功能调试 128200总结 1730685参考文献 18PAGEPAGE33PAGE301引言伴随着时间一天天向前推进，人类文明的发展也从未间断，科技的发展进步也不曾停下脚印，人类也正在向全球智能化迈进，伴随着科技文明的进步，各行各业都取得了巨大的进步，人们也有了更多的机遇与挑战。人类需要更加智能更加快捷的系统来服务于生活，现代社会也在向智能化迈进。物联网是发展的趋势，赋予物智能化，让他们更好的为人们服务是我们的追求，无论是智能养殖，还是智慧农业，都离不开物联网智能化的技术支撑。物联网技术的实现为物联网时代的到来打下了基础，时代的潮流已经从互联网逐渐转向线上线下全面互联的物联网时代，所有的设备都接入网络，各种器件都可以被监测和控制，大大促进了社会的发展，同时也为工业物联网话提供了一个强有力的技术支撑。物联网技术日益成熟，已经广泛应用在生活和工作中，本次就采用GSM技术作为安防报警系统的技术支撑。在日常生活中，，安防报警系统已经成为各个场所的重点关注对象，无论是酒店，电影院，学校，办公楼还是居民楼，防火防盗与我们的生活息息相关，用人体红外感知和温度传感器进行监测，检查到有人或者温度过高或者烟雾浓度过高，就会进行报警操作。为了明白其工作流程，更好的研究安防报警系统的工作原理，设计了一款基于单片机的智能家居系统。智能家居系统的单片机采用STC89C52单片机，此单片机比传统的AT89C52芯片价格便宜，速度更快，性能更高，功能丰富，操作更加简便。采用体积小，抗干扰能力强的DS18B20温度采集传感器作为本系统的温度传感器。这里采用普通震动模块的震动传感器，单片机控制三极管驱动震动器震动，进行报警提示。系统采用5v继电器继电器，因为其动作快，功能稳定，使用寿命长等优点。在使用时操作简单，只需要确定继电器的耐压值>=5V就可以工作。系统采用这样的设计充分利用了资源，能带来更大的收益。智能家居系统操作起来十分的方便，只需要通过按键设置报警温度和烟雾浓度上限，打开防盗模式，当检测到有人，温度或者浓度超过上限，系统会震动并报警，通过无线模块发送短息。LCD来显示当前的温度烟雾和是否有人的信息。显示当前的温度.当前的烟雾浓度，短信是否发送成功等信息。LCD显示屏可以自由调节屏幕亮度，达到省电的效果，节省资源

2系统硬件设计2.1系统功能设计本次设计功能的实现采用模块化设计，将多个功能进行多个模块化操作。含有单片机主控制模块对其它模块发送来的数据进行分析以及控制其它模块的工作等。按键控制电路来设置温度烟雾功能的上限值以及防盗功能开关的控制等。电源电路为对主电路以及其它各个模块进行供电操作。报警电路是反馈电路，用来反馈当温度烟雾浓度超过设定上限以及检测到有人时的声光报警。LCD12864显示器实时显示当前温度，烟雾浓度等信息。温度传感器模块用来感应当前温度数值。烟雾传感器模块用来感应当前烟雾浓度数值。人体红外传感器模块为防盗模式功能的组成部分之一。2.2报警电路本次报警电路中由3部分组成，一部分是一个1KΩ的电阻（为防止三极管直接被导通无法控制，增加1KΩ的限流电阻），第二部分是一个PNP三极管（低电平导通），最后一部分就是蜂鸣器和LED灯。三极管采用PNP三极管，其主要功能是放大电流和电平特性，因为单片机电路的电流非常小，无法提供蜂鸣器所需的电流，经过三极管放大驱动电流后，电流放大200倍，放大后电流大约为500mA驱动蜂鸣器报警，同时增加1kΩ电阻防止LED灯被烧坏，完成声光报警的功能。图2-1蜂鸣器报警电路2.3LCD12864液晶显示电路本次设计LCD12864液晶显示屏上展示检测到的烟雾温度、人体等信息。图2-2LCD12864液晶显示电路图2.4SIM800模块电路本设计采用的通信模块为SIM800L，此模块具有体积小，价格便宜，发送短信时间快等特点。被广泛的运用在通信用途的设置中。本次实验中如果检测到超过设置的温度或者烟雾上限值时，STM89C52RC单片机就会通过P3.0写入引脚将发送数据发送到SIM800短信模块中的读入端口，然后再发送到设定的手机接收端上。图2-3sim800模块电路2.5温度传感器模块电路本次设计采用DS18B20温度传感器模块。单片机将检测到的数据与设置的温度上限进行比较，若超出上限单片机进行下一步工作通过P2.0引脚发送给报警电路进行声光报警同时将温度数据通过P3.1引脚发送给SIM800短信电路通过短信发送到手机端，同时单片机信号通过P1.7引脚开启风扇进行降温。图2-4温度传感器电路2.6传感器及处理电路红外辐射传感器检测是一种非激光接触检测形式的人体监视辐射检测。利用机器采集人体内所随时发出的辐射光谱和红外辐射，并将通过监视检测到的红外光谱和辐射人体内的辐射检测信息转变成人体相应的激光电压和辐射频率检测信号。检测对象检测对象菲涅尔透镜热释电红外传感器信号处理电路Vm图2-5人体检测电路组成框图在红外传感器接收到人体发出的辐射后，会将信号发送到BIS0001芯片中级信号处理模块，其作用为去除干扰并进行放大处理，然后产生高平信号，之后将信号发送到单片机中。BIS0001芯片由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成。图2-6BIS0001的引脚图OP1运算放大器的作用为将红外传感器的输出信号作第一级放大，然后C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号VS去启动延迟时间定时器，输出信号V0经晶体管T1放大驱动继电器然后信号通过引脚输入到单片机中进而单片机通过引脚将信号发送到报警电路进行声光报警以及短信发送电路进行短信发送。2.7烟雾检测模块在本产品设计中所需要采用的MQ-2型烟雾监测报警器所用的导体材料主要为一种二氧化锡半导体，它们所采用的材料是一种表面的离子式N型半导体。例如，当空气温度保持在200~300°C时，空气间隙中的硫化氧被一种新的二氧化锡所直接驱动吸附，吸附着这种硫化氧的锡是正负离子，减少了其中的电子密度，进而增加了它的电阻值。图2-7烟雾传感器模块如图所示当单片机信号从引脚P1.4发出后，继电器磁力回路工作，接口4变为接口5水泵开启。JDQ-5为继电器，接口3为其供电，当水泵开启时开关调到5水泵开启工作，在开关调整的瞬间电压会突然增大，为防止元件损坏，增加一个二极管单向导电。三极管的作用为当P1.4引脚输出低电平时通往继电器的线路导通，LED灯被点。图2-8继电器电路图

3系统软件设计3.1软件主程序架构本次实验软件程序根据硬件原理图进行编写，本次软件程序主要有两个功能，一个是温度、烟雾浓度控制另一个为防盗功能的开启。主程序设计首先进行各电子器件的初始化，然后开启温度、浓度控制程序，当此程序运行结束之后进行防盗功能程序的运行，当防盗功能开启时，防盗功能程序运行。若没有开启则循环上述程序等待防盗功能的开启。图3-1主程序流程图3.2温度、烟雾控制启动步骤为：GSM模块初始化，温度传感器监测当前温度，烟雾传感器监测当前烟雾浓度，LCD12864显示。按键设置温度上限和烟雾浓度上限。当超出温度或浓度时LED灯闪烁并报警发送短信。图3-2温度、烟雾控制子程序流程图3.3LCD12864显示流程图为了更加直观的显示温度信息，遂采用LCD12864显示器作为本次设计的显示端，首先进行硬件初始化，然后将硬件存储信息清除，使其初始化后显示为初始信息，之后程序执行信息导入，单片机对显示器进行内容导入，显示器显示数据。按键功能可以对显示器进行操作，当在设置温度和人体红外报警值上限时，根据按键操作，屏幕上实时变换数值。单片机操控写入引脚写入要显示内容的命令。之后显示屏执行指令，将内容显示出来。图3-3LCD显示子程序流程图3.4串口GSM函数流程图当GSM模块和单片机连接好后，插入一张SIM卡，进行供电，按下GSM模块的开关，电源指示灯亮起。首先进行串口初始化，这时LCD12864液晶显示屏上显示GSMINIT，之后单片机开启总中断，当有信号输出后，进入总中断，然后开启串口中断，当需要发送短信时，进入串口中断。之后启动定时器1，一定时间后发送报警短信，然后设置串口的工作方式，这里设置1，最后给定时器设置初值，整个流程进行完毕。串口的作用是单片机和SIM800模块之间进行通信，将报警短信发送给设定的手机号。串口初始化流程图如图3-4所示：图3-4GSM串口初始化流程图3.5温度检测流程图开启开关电源后，温度传感器开始工作，首先将温度传感器放置在空气中，然后进入温度监测子程序中，温度传感器将空气中的温度转换成电信号进行输出，单片机接收到数据后进行计算，之后显示在LCD12864液晶显示器上。DS18B20数字温度测温模块首先初始化，然后读取DS18B20数字温度测温模块序列号，发送跳过RAM信号，之后进行温度转换，随后复位DS18B20数字温度测温模块，若无中断，则读取数据，若有中断，则继续回归到复位操作。图3-5温度检测流程图3.6报警流程图当主程序执行完成之后，开始执行报警子程序。报警子程序一直检测来自单片机输出的电平信号，当单片机发出出发报警信号时，程序触发报警，开启声光报警。图3-6报警流程图3.7烟雾浓度程序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，然后ADC0832进行初始化，然后进行读取数据，把当前读取的信息转换为数字量，换算成当前的电压值。图3-7通信模块流程图

4系统的实现与测试4.1总体实现步骤实现的过程中首先对整个电路的原理框图和工艺流程图进行了绘制，通过AltiumDesignerRelease10软件直接进行了电路图的绘制，之后进行实物焊接。然后再根据所接线路的原理图对所接的线路进行编程，之后把这些文件直接加载到工程中，生成"*.hex"的文件。最后将AT89C52芯片直接插到一个需要下载的开发板中，然后再次打开需要下载的软件，通过其中的"*.hex"进行运动和编译，载入并连接到下载的芯片上即可。4.2焊接调试首先根据所设计的功能程序将所需元器件准备好，然后准备电路板和焊接工具等。再根据用AD软件绘画的电路原理图对应元器件的摆放规划好位置，然后将元件安放在电路板上。接下来焊接电源电路，电源由开关电路和供电电路组成，在焊接好之后接着焊接单片机的插线排，在焊接好插线排之后，将52单片机放入。查看焊接的接口接线是否是正确是否出现漏焊的情况。根据电路原理图焊接显示器的位置，本次设计中显示器的单片机引脚为P0引脚，所以需增加上拉电阻，首先将上拉电阻焊接好与单片机P0引脚相连，之后将显示器通过导线与单片机相连。接下来焊接单片机的其它电路，短信发送电路，报警电路，按键控制电路，人体红外感应模块电路，风扇控制电路以及水泵控制电路等。在电路连接完成之后进行实物调试工作。首先打开电脑中已经生成好的“*.hex”文件，打开单片机烧录程序，将其烧录到单片机中。本次实物图因为有SIM800模块，所以用5V2A的电源进行供电。接通电源，按下电源开关，发现显示屏点亮，并显示烟雾浓度值以及温度值和防盗模式的开启状态观察其它元器件的情况，没有发热短路现象。最后硬件电路连接完成。4.3功能调试在硬件电路连接完成后接下来进行实物的功能调试，首先接通电源，开启开关，发现显示器的屏幕亮起以及SIM800元件的指示灯点亮，显示器出现“CSMINIT”式样。等待一段时间后发现显示器没有变化，之后通过排查发现SIM800没有插入移动卡，硬件一直处于调试状态，关闭电源，插入移动卡之后重新打开电源，显示器显示温度值，烟雾值，防盗模式的开启提示。初始化成功。图4-1通电初始化图LCD12864显示屏页面分为四行，上面显示测得的温度和烟雾浓度，单位是摄氏度和百分比，下面显示防盗模式的状态。图4-2LCD12864显示接下来进行温度烟雾值超过上限报警功能测试。首先按下按键开关K2，设置温度值的上限，然后按K4将温度上限减少到26度（为方便测试将温度设置为易于达到值）。图4-3温度上限设置在设置完温度上限之后按下K2按键设置烟雾上限值，按下K4烟雾浓度上限减少，将烟雾浓度设置为15%（为方便测试将烟雾浓度设置为易于达到值）。之后按下K2进入正常界面，显示器显示当前温度和烟雾值。图4-4烟雾上限设置手握住DS18B20传感器，通过热传递将手的温度传递到单片机中，看显示器发现温度值在不断的上升，当温度达到26度时报警电路正常工作进行声光报警，短信模块也正常工作发送温度超标短信，风扇开启主动降温功能。当温度低于26度时停止声光报警，风扇停止工作。图4-5温度报警短信对着烟雾传感器哈气，显示器显示烟雾浓度，哈气可以提升烟雾浓度，当烟雾浓度超过设定的15%时，进行声光报警，短信模块也正常工作发送温度超标短信，同时水泵开始工作，进行烟雾浓度的稀释，待烟雾浓度达到设置的合理范围值时，水泵停止工作，蜂鸣器停止报警，LED灯熄灭。图4-6烟雾浓度报警短信红外报警有两种控制模式，当按下K1键开启防盗模式时，人体红外感应装置开始工作，用手接近红外传感器，蜂鸣器报警，LED报警灯亮起，单片机通过SIM800发送短信到手机上，可以看到手机接收到短信。关闭防盗模式时在按下K1键可以关闭防盗模式LED报警灯熄灭，蜂鸣器停止报警。图4-7防盗模式报警手机远程控制防盗模式的开启和关闭可以通过发送短信进行。开启防盗模式手机发送“开启防盗”防盗模式开启。图4-8短信开启防盗模式关闭防盗模式手机发送“关闭防盗”防盗模式关闭。图4-9短信关闭防盗模式至此，所有功能测试完成。

总结本设计论文系统地描述了基于STC89C52单片机的防火防盗报警系统功能和思路以及对各个芯片的相关说明和使用方法。在实物的连接中有一些问题，例如烟雾传感器模块在连接工作中过度发热，监测浓度显示直接达到90%以上，立即断电仔细排查后发现是烟雾传感器排线问题，修改后监测正常。在本设计中还有很多的缺陷，例如温度检测时仅仅监测温度的上限值，没有设置温度的下限值，导致此设备无法在温度较低的地区使用仅适合用于温度较高的地区有局限性。当前设计后的产品还不成熟，还可以额外增加蓝牙模块或者WIFI模块并设计APP应用程序更加具体的直观的实时将监测结果远程发送到手机端进行展示并进行远程控制。这样整体功能更加丰富，也为以后防火防盗报报警系统打下了未来的走向。

参考文献[1]陈国嘉.智能家居[M].人民邮电出版社:，2016.05.242.