智能家居课程设计报告
南通大学
智能家居监控系统设计
学院：电气工程
班级：电115
姓名：刘家辰
学号： 1112002083
目录
1 引言 (2)
2 系统设计 (2)
3 硬件设计 (3)
3.1单片机的选型 (3)
3.2温度监测模块 (4)
3.2.1温度传感器简介 (4)
3.2.2测量原理 (4)
3.2.3电路仿真 (5)
3.3 烟雾监测模块 (6)
3.4 Zigbee模块 (7)
3.5报警模块 (8)
3.6键盘输入模块 (9)
3.7液晶显示模块 (10)
3.8人体红外感应模块 (10)
4主机软件设计 (11)
4.1 主机程序整体框架 (12)
4.2无线发送/接收程序 (12)
4.3温度监测节点程序 (14)
4.4烟雾监测节点程序 (16)
4.5红外热释电监测节点程序 (17)
5 设计体会 (19)
6参考文献 (19)
7附录 (20)
主机电路原理图 (20)
1 引言
随着社会经济和科学技术的发展，社会信息化程度越来越高，物联网的推出是时代发展的需要，“三网合一”、“三屏合一”等新概念不断提出，智能家居成为未来家居的发展方向。智能家居在两个方面具有重要作用：
(1)家居智化，继而实现住户舒适最大化，家庭安全最大化。智能家居通过其智能家庭控制帮助人们改进生活方式，重新安排每天的时间计划表，并为高质量的生活环境提供安全保障。
(2) 智能家居的另一个重要作用是降低能源消耗，操作成本最小化，帮助人们节约日常能源消耗开支。
智能家居主要通过智能家庭控制系统实现，家庭控制网络是实现智能家庭控制系统的关键。近几年，各种家庭网络推进组织相继成立，并各自推出了相关建议和标准，但这些技术标准缺乏统一的通信接口，相互间不兼容, 无法提供家庭控制网络的完整解决方案。因此，智能家居研究者面临的最大挑战和机遇是家用电子领域缺乏统一的通信标准和互操作协议。
2 系统设计
智能家居监控系统的总体设计框图如图1所示。该系统采用主从方式，主机负责接收无线信息、GSM远程报警、传感器阈值设置，从机负责温度、气体、烟雾、等环境信号采集处理及无线发送。本文研制的智能家居环境监测报警系统能够实时监测煤气泄漏、火灾、电热毯过热等温度异常、外人闯入等危险状态，并可实现电话号码报警，设置传感器阈值等功能。
图1智能家居监控系统的总体设计框图
3 硬件设计
3.1单片机的选型
采用AT89S51作为主要单片机
AT89S51是一种可编程可擦除的只读存储器并带有4K字节的闪烁，具有是低功耗，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89S51内有4K字节可编程闪烁存储器，128字节的内部RAM，32个外部双向I/O口，6个中断源，两个16位定时计数器及两个全双工串行通信口,看门狗电路。AT89S51有片内振荡器和时钟电路，具有掉电模式和低功耗的闲置。AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，
空闲方式是停止CPU的工作，但允许定时计数器、RAM、中断系统及串行通信口继续工作。掉电方式是保存RAM中的内容，但振荡器停止工作就要禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
3.2温度监测模块
3.2.1温度传感器简介
温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS（达拉斯）公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。
DS18B20具有以下特性：
（1）独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯；
（2）简单的多点分布应用；
（3）无需外部器件；
（4）可通过数据线供电；
（5）零待机功耗；
（6）测温范围-50~+125℃，以0.5℃递增。华氏器件-67~+257℉，以0.9℉递增；
(7)温度以9位数字量读出温度数字量转换时 200ms（典型值）；
(8)用户可定义的非易失性温度报警设置；
(9)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；
(10)应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统。
3.2.2测量原理
DS18B20有三个主要数字部件：1）64位激光ROM，2）温度传感器，3）非易失性温度报警触发器TH和TL。器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量：在信号线处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。DS18B20也可用外部5V电源供电。
DS18B20
图3 DS18B20与单片机的连接方式
DS18B20依靠一个单线端口通讯，如图3 所示。在单线端口条件下，必须先建立ROM操作协议，才能进行存储器和控制操作。因此，控制器必须首先提供下面5个ROM操作命令之一：1）读ROM，2）匹配ROM，3）搜索ROM，4）跳过ROM，5）报警搜索。这些命令对每个器件的激光ROM部分进行操作，在单线总线上挂有多个器件时，可以区分出单个器件，同时可以向总线控制器指明有多少器件或是什么型号的器件。成功执行完一条ROM操作序列后，即可进行存储器和控制操作，控制器可以提供6条存储器和控制操作指令中的任一条。
一条控制操作命令指示DS18B20完成一次温度测量。测量结果放在DS18B20的暂存器里，用一条读暂存器内容的存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。温度报警触发器TH和TL各由一个EEPROM字节构成。如果没有对DS18B20使用报警搜索命令，这些寄存器可以做为一般用途的用户存储器使用。可以用一条存储器操作命令对TH和TL进行写入，对这些寄存器的读出需要通过暂存器。所有数据都是以最低有效位在前的方式进行读写。
图4DS18B20温度测量电路原理图3.2.3电路仿真
1>未达到设定值前：