智能家居系统

智能家居系统

目录

一．方案论证与设计———————————

1.1 方案来源------------------------------------------------------------------

1.2系统设计-------------------------------------------------------------------

1.3主要器件及型号--------------------------------------------------------- 二．系统实现——————————————

2.1 原理分析与硬件电路图-----------------------------------------------

2.2感应模块-------------------------------------------------------------------

2.3显示模块--------------------------------------------------------------------

2.4温度模块-------------------------------------------------------------------

2.5烟雾测试模块--------------------------------------------------------------

2.6电机驱动模块---------------------------------------------------------------

2.7光电感应模块---------------------------------------------------------------

三.系统设计与误差分析——————————

四.总结—————————————————

4.1系统功能--------------------------------------------------------------------

4.2单片机控制总程序代码---------------------------------------------------------- 4.3 单片机仿真原理图---------------------------------------------------------------- 4.4 单片机系统实物图----------------------------------------------------------------

4.5 实验设计总结心得---------------------------------------------------------------- 摘要：（简要总结）

当今世界，随着科技的不断发展，智能家居成了人类关注的话题。智能家居是在物联网的影响之下物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统，报警控制等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、红外遥感以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，而且提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

本文首先介绍了智能家居的发展前景，接着介绍了该课题设计构想，各模块电路的选择及其电路工作原理，最后对该课题的设计过程进行了总结与展望并附带各个模块的电路原理图，和本设计实物图，以及C语言思想。

一、方案论证与设计

1.1 方案来源

设计背景：

智能家居实验是为智能家居系统实验做准备的，是实验的基础，智能家居是为了提高学生的动手能力，配合各类电子设计大赛，科技活动等而开发的设计模型。在此模型上我们可以进行多种实验，如测量，感应，报警，控制，自动控制等等。为了能更好的控制模拟家居，实现手动与自动控制相结合，进行各种功能实现，并且这个实验对现实生活也有一定的意义，所以我们就需要对这个实验进行一定的研究。

理论来源：

本次设计主要分五个个功能，分别为测温湿度，烟雾和报警，显示信息和报警信息、自动风扇控制以及键盘控制。将这几个个功能巧妙的与家居结合，我们

已经知道五个单独功能如何实现，现在要将五个功能通过单片机系统化反馈，以达到能实现综合五种功能的智能家居。

设计涉及主硬件：

STC89C52RC单片机，DHT11温度传感器，DS1302时钟芯片，烟雾传感器，智能风扇及其驱动器，按键设置与调控，LCD1602液晶显示模块，光电效应电路，蜂鸣器报警电路，以及超标指示显示模块组成。

系统功能介绍：

智能家庭控制系统的主要功能包括家庭设备自动及部分手动控制、家庭安全防范二个方面。其中家庭设备自动监控包括电器设备的集中、安全防御、显示完备、控制及数据采集。

(1)通过DHT11温度采集数据将信息显示于LCD1602上面，如果温度超出设定的预警值，那么风扇会自动开启；待到坏境温湿度降到低于预警值的时候，风扇自动关闭。

(2)采用烟雾探头传感器来检测我们周围环境的烟雾，可对煤气甲烷，以及我们周围着火的烟雾，或是抽烟的浓度等实时监测，如有超标，蜂鸣器报警，能给您带来一定的安全感。

(3)光电感应电路能够根据外界环境光照强度大小来显示是否自动开启光敏电路灯，晚上灯照自动开启，白天则自动关闭，我们可以通过调节其灵敏度来达到我们的日常需求 (4)该设计的许多功能可以通过调节其灵敏度或是按键等来更进一步实现需求。

1.2简易方案设计

测温度：

测温湿度功能采用了DHT11传感器，该传感器能同时测出环境的温湿度，减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。

感应方案：

感应分为烟雾传感器感测，光电感测，其中烟雾传感器采用MQ—2探头，光电感测采用根据外界光照强度大小效应。

显示方案：

显示功能分别采用1602液晶显示器，1602内部集成有显示芯片，可以识别英文字母、阿拉伯数字和日语片假名，功能比较齐全基本可以满足本系统的要求。 控制方案： 控制方案有光敏电阻（代表日光灯），风扇和蜂鸣器报警。 1.3主要器件型号 a.单片机 STC89C52RC b.温度传感器（DHT11） c.显示器 （LCD1602液晶） d.烟雾测试（MQ-2探头）

e ．电机驱动模块：（LM298驱动）

f.光电感应模块（LM393驱动）

2.1 原理分析与硬件电路图

系统总体设计框图:

智能家居系统 光控灯 万年历 风扇

测量温湿度 烟雾感测 红外报警 蜂鸣器

显 示 器 按键控制

总电路图:

2.3光电感应模块：

该电路采用LM393运放芯片来将光敏电阻采集到的模拟数据放大后给予单片机处理，从而达到在白天光照灯亮，而到了晚上则自动熄灭的要求。

2.4显示模块：

V

C

C

1

2

LDR1

TORCH_LDR

3

2

1

8

4

U2:A

LM393

R2

10k

C1

0.1uf

R1

1k

C2

0.1uf

7

4

%

RV1

1k

R3

10k R4

1k

D3

LED-YELLOW

+88.8

Volts

图.1602引脚图图.1602实物图

本系统显示采用1602显示器：

引脚：1602采用标准的16脚接口，其中：

第1脚：VSS为电源地

第2脚：VCC接5V电源正极

第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。

第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极

特性：3.3V或5V工作电压，对比度可调;内含复位电路;提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能;有80字节显示数据存储器DDRAM;内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM。

8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。

字符集：1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如'A’。具体读如下图。

该液晶的功能室显示采集到的温度和湿度，而且当有温湿度和烟雾浓度超过预警值的时候

2.5温度模块：

2.6烟雾测试模块：

2.7电机驱动模块示意：

2.9报警电路模块（蜂鸣器）

该电路通过接一个PNP三极管将信号放大来控制蜂鸣器的响否,从而通过超标控制产生报警提示。

三．系统设计与误差分析

四.总结

4.3总结：

通过本次电子设计的参与以及行动，同学的互相合作以及老师的及时指导，感觉有不少的收获，从题目的选取到材料的准备，从硬件的焊接到软件的编程，都有所感悟。其中硬件的测试涉及到了示波器和万用表等的使用，软件设计到了keil编程环境的熟悉，proteus仿真电路的应用，以及altium的使用（单片机最小系统设计）等。但是过程中也遇到了很多麻烦，通过网络，老师，同学间的合作力量基本将其解决。由于水平的有限，所以各方面的设计效果还有很多欠缺待我们去进一步的学习与努力才能行之有效。

4.4 系统调试与分析：

在硬件准备差不多的时候，最关键的就是软件的程序调试。在这个过程中程序出现过很多错误，以致于硬件无法运行或是效果太差等。

1.比如说这次用到的液晶显示，刚开始用的是P0口，程序没有错误和警告，但是液晶却无法显示字符，通过多番测试才知道P0口的驱动不足，所以更换IO口后，便能正确显示。

2.如由于这次程序用的比较多，但是RAM空间又小，所以程序中的变量定义，必须改为idata（就是全部RAM区）型的，包括数组，否则变量随意分配会引发意想不到的后果。

3.如光电感应的调试，刚开始怎么也不显示效果，多番检测之后，发现不是程序的问题，而是硬件电路LM393没有连接好导致的。

4.再如由于这次的使用传感器较多，所以带来的后果是如果公地太多势必会影响到实际的运行结果及其稳定性，比方说液晶，温湿度，以及光电的共地会使液晶的显示极度不稳定。

5.烟雾的调节也很重要，如果灵敏度这些太高或是太低都会带来比较麻烦的后果，我们通过多次测试将其调节到一定值后才能更加有效的工作。

6.延时的多少也很重要，该次使用11.0592MHZ的，如果不当会使有关硬件的响应缓慢或是误差太大。

4.5 系统性能分析与评估：

该系统的基本功能实现基本还算稳定，但是由于这次设计的硬件主要是以最小系统为基准设计的，所以在外扩展其他硬件功能时难免会用到导线连接，而这次设计所占用的IO口比较多，所以带来的后果是看起来并不是美观而协调的。相如温湿度的采集可以说是灵敏迅速，能够实时的显示环境的温湿度。光敏电阻通过滑动变阻器的调节也是很灵敏，处于黑暗状态他能马上亮起来，明亮状态马上熄灭。当烟雾超标时，液晶屏及时的显示超标信息以及指示信号。其他功能基本都行，但是由于时间紧急加上水平有限，往后还有很多方面需要改善，而且最好能够实现无线控制或是基于GSM的控制。

五．电路运行代码源程序：

六．指导老师：

孟凡成