智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[驕陽書屋]

1、本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文)智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)The Design and Implementation of Smart Home System 學(xué) 院： 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2017 年 6 月畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘 要：隨著科技的的發(fā)展，各種新興的技術(shù)不斷涌入我們大眾的視野。從人工智能阿法狗到家用智能機器人，智能化產(chǎn)業(yè)也開始飛速發(fā)展。而如今，經(jīng)濟的發(fā)展使得人們開始對自己生活的環(huán)境和水平有了更高的要求。智能家居極大的方便了人們的生活，使得人們生活的更舒適。所以，在這種情況下，智能家居系統(tǒng)適應(yīng)了人們的需求，并且飛速發(fā)展。本文設(shè)計的

2、是以STC89C52為中心，能夠?qū)崟r顯示家居環(huán)境的溫度、煙霧等情況。當(dāng)室內(nèi)溫度或者煙霧等情況超過預(yù)期的設(shè)定的范圍，系統(tǒng)將會發(fā)出蜂鳴器報警，并且向用戶發(fā)送報警信息的短消息提示。根據(jù)報警系統(tǒng)，用戶可以借助GSM模塊得以實現(xiàn)遠(yuǎn)程手機短消息查詢和控制家居環(huán)境的功能。在本系統(tǒng)的功能上還能夠根據(jù)不同的需要自行更改一些電路或者擴展的部分，以實現(xiàn)各種不同的功能。關(guān)鍵詞：智能家居；STC89C52；報警系統(tǒng)；GSM畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要The Design and Implementation of Smart Home SystemAbstract: With the development of scie

3、nce and technology, more and more technologies are coming to the public. Alpha Go and smart robot are the symbolizes of development in intelligent industry. Nowadays, people are asking for environment and quality in their daily life. The Smart Home System can Simplify peoples way of life and make pe

4、ople feel more comfortable. it also can adapt to peoples requirements. So, under this circumstances, it develops rapidly. The design of this article is mainly focused on STC89C52, through which we can query and control something in our home. When the room temperature or smoke more than the expected

5、range of the set, the system buzzer will alarm, and send the alarm message to the user.According to the alarm system, we also can query and control other things in our home.we also can add some other parts which we are needed, to achieve other different functions.Keywords: Smart home; STC89C52; Alar

6、m system; GSM教學(xué)g目 錄1 緒論11.1 課題研究的意義11.2 智能家居系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀21.2.1 國內(nèi)智能家居發(fā)展現(xiàn)狀21.2.2 國外智能家居發(fā)展現(xiàn)狀32 系統(tǒng)總體設(shè)計52.1 系統(tǒng)總體設(shè)計52.2 設(shè)計原則52.2.1 穩(wěn)定可靠52.2.2 成本低廉62.2.3 使用簡便有效62.3 硬件設(shè)計總體框圖63 硬件電路設(shè)計83.1 STC89C5283.2 GSM模塊123.2.1 GSM 模塊介紹123.2.2 串口通信133.3 家庭終端電路143.3.1 溫度監(jiān)測模塊143.3.2 蜂鳴器報警模塊143.3.3 煙霧檢測模塊153.3.4 繼電器控制模塊153.3.5

7、按鈕控制模塊163.4 總體電路174 軟件及調(diào)試184.1 系統(tǒng)總體軟件184.2 溫度監(jiān)測模塊194.3 煙霧監(jiān)測模塊204.4 手機短消息模塊215 系統(tǒng)調(diào)試23結(jié) 論29致 謝30參 考 文 獻(xiàn)311 緒論隨著社會與科學(xué)技術(shù)的車輪的不斷向前，各種先進的技術(shù)不停地出現(xiàn)，信息時代、智能科技時代已然悄然到來。在不知不覺中，數(shù)字化已經(jīng)開始滲透到生活的各個方面，極大地豐富人們的生活內(nèi)容，提高了人民的生活水平。從之前1997年的“深藍(lán)”，到如今的“阿法狗”，人工智能也逐漸走進了我們大眾的視野。人類社會從茹毛飲血、刀耕火種的原始社會，發(fā)展到今天的機械化、電子化社會，更有甚者部分地區(qū)已然出現(xiàn)的智能化社

8、會。伴隨著先進技術(shù)的進步，智能化將會像洪流一樣流遍世界的各個地區(qū)，變成無法阻擋的力量，提高人類生活的水平和質(zhì)量。所以說家居智能化的發(fā)展，必定將會是社會發(fā)展歷程中不可缺少的一段路程。智能家居，它是近幾年在國內(nèi)才興起的名詞，其依托家庭住宅為基礎(chǔ)，在其基礎(chǔ)上，集成了系統(tǒng)、服務(wù)、管理、控制各個部分，運用了先進的計算機技術(shù)、自動化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信技術(shù)等，把在家居生活的主要常用的各個電器設(shè)備綜合到一起，使其能夠通過網(wǎng)絡(luò)綜合檢測和控制家里的環(huán)境與電器設(shè)備，以此來的到一個安全健康、優(yōu)質(zhì)舒適、便捷高效、節(jié)能環(huán)保的居住環(huán)境。對智能家居來說，它不僅是一個國家的實力的體現(xiàn)，也將會是人類住宅發(fā)展道路上的的必經(jīng)之

9、路1。1.1 課題研究的意義受互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的影響，智能家居行業(yè)也發(fā)展迅速。從單單的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到如今的物聯(lián)網(wǎng)。智能家居系統(tǒng)從最開始的簡單功能到如今的集各種功能于一體。它把家庭網(wǎng)絡(luò)里的多種器件或系統(tǒng)集成在一起，如照明、溫控、安保系統(tǒng)等，實現(xiàn)了能夠室內(nèi)外控制，防盜報警，環(huán)境監(jiān)控，手機遠(yuǎn)程查詢控制等功能。與普通的家庭住所相比，智能化的家居不僅擁有傳統(tǒng)的基本住宅生活功能，而且增加了新的建筑通信，配備信息家電，家庭電器基本實現(xiàn)了電器自動化。智能家居系統(tǒng)已成為了現(xiàn)代先進的新型住宅的代表。實現(xiàn)了效率、舒適、安全、環(huán)保等標(biāo)準(zhǔn)于一體。它大大的方便了人們對家庭環(huán)境的要求的實現(xiàn)，將系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)和管理進行整合，簡化人

10、與環(huán)境的信息的交換。并且當(dāng)家庭主人不在住宅內(nèi)時，依然可以能夠在外與家里環(huán)境溝通和調(diào)整。這些使得人們的生活變得更加合理，時間也更靈活。還有，它也使得住所安全性得到極大的提高，為住戶提供安全的保障。另外還可以減少能源的浪費，降低成本，從長遠(yuǎn)上來說間接為國家增大效益，為國家發(fā)展做出貢獻(xiàn)。當(dāng)今社會，世界經(jīng)濟發(fā)展放緩，而中國經(jīng)濟依然保持較好的發(fā)展勢頭。而這一情況的主要原因大都是建立在巨量的石油資源的消耗，不可再生能源的日益減少上的。以此為基礎(chǔ)，以保持人類可持續(xù)發(fā)展為目的，世界的大多數(shù)國家都提出適合自己國家的節(jié)能減排和面向低碳方向發(fā)展的措施。在日常生活中，人們所處的地方所占時間最長的就屬建筑里了，所以對于

11、一棟能夠節(jié)能環(huán)保的建筑需求就越來越顯得迫切了2。隨著這種需求的發(fā)展，國家也開始注意到這個方面，逐步開始出臺了一些和鼓勵支持綠色建筑的政策。而且建筑行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈較長，延伸有很多方面，單單的建筑業(yè)發(fā)展就能夠帶動帶動很多其他的產(chǎn)業(yè)，比如制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等。談到建筑行業(yè)，智能化的建筑就不得不提。家居電器智能化的發(fā)展在這背景下就迅速發(fā)展起來。建筑的智能化的發(fā)展也會反過來促進房地產(chǎn)等其他行業(yè)的持續(xù)性發(fā)展。當(dāng)前，由于我國各方面的快速發(fā)展，我國的家居智能化也有了一定的發(fā)展基礎(chǔ)。然而相比與其他發(fā)達(dá)國家，我國智能家居行業(yè)仍然相形見絀。在我國，智能家居行業(yè)并沒有一些通用的標(biāo)準(zhǔn)或準(zhǔn)則，各個企業(yè)基本根據(jù)自己的發(fā)展方向，研發(fā)

12、出自己公司的獨特的智能家居產(chǎn)品。然而，百花齊放，百家爭鳴，越來越多的企業(yè)涉獵于此，卻始終沒有來約束方圓的規(guī)矩。這些都大大阻礙了家居產(chǎn)品智能化的發(fā)展3。另外，地球環(huán)境的逐漸惡劣，造成人們?nèi)粘Ｉ钪械脑S多麻煩，就像嚴(yán)重霧霾，沙塵暴等天氣，人們出行在外都是武裝到牙齒。在這樣的外界環(huán)境下，人們怎能不擔(dān)心自己的身體健康。出行在外就已經(jīng)提心吊膽，難道在家或者在辦公室還要再繼續(xù)擔(dān)驚受怕？社會越來越進步，科技愈來愈發(fā)達(dá)，人們對于日常的家居生活水平的要求也越來越高4。智能家居能夠依靠其帶給用戶優(yōu)質(zhì)的生活體驗，簡便的生活方式，逐漸涌入大眾的眼球。智能家居而作為不斷其整體的發(fā)展恰好能夠滿足大眾對于生活方面越來越高的

13、要求，符合大眾的心意。所以，對于智能家居系統(tǒng)的發(fā)展來說，基本就是用前程似錦來形容，這也是本課題研究的重要意義7。1.2 智能家居系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)智能家居發(fā)展現(xiàn)狀對我國來說，智能家居發(fā)展上比 其他的國家要遲一些。就拿上個世紀(jì)八十年代來說，我國整體發(fā)展的都比較遲緩，生活條件比較艱苦吃飽穿暖有地方住就是基本的生活需求。要說在自家住宅上實現(xiàn)智能化，根本就沾不到邊。但逐漸隨著國家和社會的發(fā)展及各種科學(xué)技術(shù)的進步，人們的生活水平慢慢從溫飽型向著小康社會的水平邁進。由于生活水平提高，條件的改善，對住房方面的要求也更多元化。而且本來在我國就有著很大的人口基數(shù)，對于衣食住行中的住房方面有著比其他一

14、般的國家更大的需求。因此在這個背景下，智能家居在房地產(chǎn)行業(yè)逐漸并且快速地發(fā)展了起來。各個公司都爭相投入到其中，大力發(fā)展智能家居系統(tǒng)。即使如此，其發(fā)展也遇到了很多困難。首先，國內(nèi)的大多數(shù)人都對智能家居了解甚少，只是單純知道智能家居片面的意思，沒有真正的從本質(zhì)上了解智能家居的性質(zhì)和原理，不太會接受智能家居的使用，這就給智能家居的普及造成一定的困難；其次，在智能家居系統(tǒng)行業(yè)內(nèi)，沒有一致的標(biāo)準(zhǔn)，各種技術(shù)的運用及效果參差不齊，兼容和穩(wěn)定都不能達(dá)到大眾的需求，與大眾所想的成品效果相差較遠(yuǎn)。從而使得大眾容易誤解，以偏概全，從而否定整個行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品。還有就是成本及造價費用高昂。對一般的普通家庭來說，假如要一套

15、一般智能建筑，它里帶有智能家居系統(tǒng)，系統(tǒng)還要包含建筑里面所必須的智能電器設(shè)備，所需要的費用將會極大地超過普通的建筑所需要的費用，大大超過初期的預(yù)算。但隨著改革開放的深入和國家發(fā)展，一些初期的問題就慢慢得到了解決，智能家居行業(yè)逐漸出現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。國家的“十二五”規(guī)劃也提出了的一些相應(yīng)的政策，鼓勵和支持其發(fā)展。到如今的“十三五”，國內(nèi)智能家居行業(yè)已經(jīng)呈現(xiàn)百家爭鳴的勢頭，他們在智能家居方面都各自有著自己的一些建樹。例如華為、小米、海爾、騰訊等。他們都在智能家居的發(fā)展上花費了許許多多的金錢與精力，致力于鉆研適合自己企業(yè)發(fā)展的并能夠與其他公司的產(chǎn)品兼容的智能化家居系統(tǒng)5。1.2.2 國外智能家居發(fā)展

16、現(xiàn)狀從上個世紀(jì)末期開始，電子技術(shù)的在家用電器方面的運用就已經(jīng)變得逐漸廣泛起來，住宅電子化也應(yīng)運而生。而后開始，家中的各個電器與通訊設(shè)備還有安保等融合在了一塊，即成為了家居自動化。這個概念自此而生并且逐漸發(fā)展，隨著在其中運用到了總線技術(shù)后，能夠?qū)幼…h(huán)境整個進行監(jiān)控調(diào)整，成為一個更為實用的商業(yè)系統(tǒng)。比如美國的Wise Home和歐洲的Smart Home，所指的就是如此6。緊接著德國和日本等國家也發(fā)現(xiàn)其前景的廣闊，紛紛效仿并且投入大量的精力，使得智能家居的發(fā)展進入空前的繁榮時期。最開始世界首富比爾蓋茨不惜重金，建造了屬于自己的一套智能住所。他的住所里面布局著很多很多的電纜，通過這些電纜將建筑里的

17、電器等設(shè)備組合到一個巨大的網(wǎng)絡(luò)里面。從建筑里面的很小的單獨的房間來說，主人都可以通過靈敏的觸摸板來進行調(diào)整和控制屋里的溫度、濕度、燈光的光照亮度等。在此后不到一年，在“亞洲家庭電器與電子消費品國際展覽會”上面，就出現(xiàn)了一套更為功能強大的智能家居系統(tǒng)。它已經(jīng)基本包含了居住環(huán)境的各個方面。有水表的示數(shù)、電表的示數(shù)、安全防盜功能、室內(nèi)人員的識別、常用電器的控制、實時的監(jiān)控等。隨著這套系統(tǒng)的展示，世界各地有著許多的家庭都先后對其進行改造，運用于自己住宅內(nèi)。觀察到智能家居的興起，各個商業(yè)巨頭當(dāng)然不會放過智能家居行業(yè)這塊大蛋糕，各自都付出了不少的時間與資金，大力投資到智能家居行業(yè)。在其行業(yè)國外比較有名的有

18、三星、松下、蘋果等公司。就拿三星來說，從最開始進入智能家居行業(yè)，到如今，三星已經(jīng)基本能夠占領(lǐng)整條智能家電的產(chǎn)業(yè)鏈。三星自己生產(chǎn)的智能家具電器的主要部分的零器件，絕大多數(shù)都是源于自己的開發(fā)和生產(chǎn)。所以，三星掌握著許許多多的專利，建造者屬于自己的生產(chǎn)基地，而且經(jīng)銷商遍布各個國家和地區(qū)。三星在三年前就收購了Smart Things。由此，三星的智能家居方面又有了一塊堅固的后盾。其提供的各種技術(shù)支持可以廣泛運用到三星的各種設(shè)備上。通過這些智能設(shè)備，三星的智能家居發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)非常成熟。而且在德國柏林舉行的 IFA 展會上，三星就發(fā)布了第二代 Smart Things Hub 智能家居套件。而蘋果在20

19、14年發(fā)布的智能家居平臺Home Kit，其已經(jīng)成為了一個智能家居的應(yīng)用。早在2015年5月15日，蘋果就宣布，首批支持其Home Kit平臺的智能家居設(shè)備在下個月月上市；2016年6月13日，蘋果開發(fā)者大會WWDC在舊金山召開，會議宣布建筑商開始支持Home Kit。將蘋果系統(tǒng) iOS 10更新之后,就會多出了一個新的APP家庭系統(tǒng)。當(dāng)打開了該APP后，就能夠直觀地了解到家庭里的情況。而且，對于我們熟悉的Siri，也支持了第三方的應(yīng)用程序。當(dāng)我們與Siri進行交互時，就能夠直接控制家庭住宅的的智能家電等。比如告知Siri自己要睡覺時，它就可以控制家里的智能燈的關(guān)閉，鎖上家里的智能門等。當(dāng)然，

20、用戶也可以根據(jù)自己的個人喜好來進行一些自定義的操作或者功能的實現(xiàn)等。所以說，智能家居系統(tǒng)內(nèi)部的功能也逐漸豐富起來，從最初的對家用電器的簡單控制，到門禁系統(tǒng)、對環(huán)境的檢測和報警和調(diào)整，遠(yuǎn)程抄表等功能。國外的發(fā)展都極為迅速。2 系統(tǒng)總體設(shè)計本次設(shè)計的智能家居系統(tǒng)主要是以STC89C52為主控芯片，通過主要的家庭用的傳感器來對家庭內(nèi)部的環(huán)境進行監(jiān)測，通過GSM模塊，用短消息的方式發(fā)送給手機端，使得即使主人沒有待在家里，也可以了解到家庭內(nèi)實時的環(huán)境，從而選擇對家庭電器的控制進而進行調(diào)整，本系統(tǒng)硬件部分主要有主控芯片模塊、顯示模塊、報警模塊、按鍵控制模塊、傳感器監(jiān)測模塊、GSM模塊等，另外還有系統(tǒng)軟件等

21、部分的設(shè)計8。 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計本次的系統(tǒng)設(shè)計主要為智能家居控制系統(tǒng)。其主要設(shè)計要求如下：1、溫度、煙霧的實時監(jiān)測與顯示。通過家庭內(nèi)部終端傳感器對家居環(huán)境的溫度、煙霧參數(shù)進行采集，并將得到的數(shù)據(jù)傳到主控芯片，在主控芯片內(nèi)完成分析及處理等，然后可以通過LCD顯示屏顯示當(dāng)前環(huán)境的主要值，主要為溫度及煙霧的情況，在后期可以根據(jù)實際情況再進行適當(dāng)?shù)母?。另外，?dāng)住所的住戶或者主人不在房間內(nèi)部或者不能觀察到顯示屏?xí)r，能夠在外地使用手機進行實時的主要情況的查詢。2、閾值調(diào)整。當(dāng)然，住戶或主人可以根據(jù)不同的時間段，不同的環(huán)境，適當(dāng)以外界季節(jié)環(huán)境或者天氣環(huán)境的變化為基礎(chǔ)，以實際的情況來適當(dāng)調(diào)整溫度或者煙霧

22、的限制范圍。通過調(diào)整溫度及煙霧的上下限，也可為閾值，來調(diào)整不同情況下溫度或者煙霧的臨界值，或者為報警值。3、報警功能。即通過蜂鳴器的聲音報警和發(fā)送的短消息進行報警。當(dāng)終端的傳感器采集到的溫度值和煙霧值超出了預(yù)期設(shè)定的閾值時候，就會進行報警。報警時蜂鳴器正常工作。與此同時在主芯片控制下，經(jīng)由GSM模塊發(fā)送信息到預(yù)期留下的手機號碼上，以便提示告知用戶家里突然的變化或者實時的情況等。4、控制功能。在電路的外圍部分添加了繼電器電路。該繼電器可以經(jīng)由手機端的短消息指令，控制電路的開關(guān)。繼電器可以連接或者擴展到其他的終端電路上。例如將其連接或者擴展成窗簾的控制系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等。通過簡單的短信息控制繼電器的

23、工作與否就完成可控制窗簾、照明系統(tǒng)等。2.2 設(shè)計原則在進行一個系統(tǒng)的設(shè)計之初，需要考慮許多重要的方面。如果在開始設(shè)計之前沒有充分進行這些方面，就可能導(dǎo)致在整個系統(tǒng)完成之后出現(xiàn)一系列的問題。因此要在準(zhǔn)備進行設(shè)計之前就做好相應(yīng)的準(zhǔn)備。做好調(diào)研考察，盡量熟悉整個系統(tǒng)的目的、成本、可行性等，需要考慮到的原則大致如下：2.2.1 穩(wěn)定可靠一個系統(tǒng)在運行過程中可能會跳出意想不到的問題。有的系統(tǒng)在完成之后就不再容易進行部分的修改。所以整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定狀況就成為系統(tǒng)效率或者使用周期的基礎(chǔ)。在系統(tǒng)的整個生命周期里，是否會出現(xiàn)運行不穩(wěn)定而造成系統(tǒng)的崩潰，或者因為系統(tǒng)運行錯誤而造成的一些難以挽回的損失，這些都需

24、要進行慎重的考慮。所以說，整個系統(tǒng)能穩(wěn)定和可靠的運行，才是其他方面的基礎(chǔ)。2.2.2 成本低廉對于一個系統(tǒng)來說，不管在什么情況下，要完成整個個系統(tǒng)的花費肯定是越少越好。不論是對生產(chǎn)者還是用戶，少花錢多賺錢是不變的真理。設(shè)計之初就要想好整個系統(tǒng)大致的成本，如果成本太高是否能夠找到一些降低成本的方法。如果不能降低成本，整個系統(tǒng)的花費能否接受。這一些問題在初期都需要考慮。2.2.3 使用簡便有效在進行系統(tǒng)的設(shè)計時，大多都是站在設(shè)計者自己的高度來進行設(shè)想，無法實地了解到真正使用的人的知識、背景或其他的一些使用時的特殊狀況。不能細(xì)致的考慮到這一些，完成的系統(tǒng)往往就無法滿足使用者的要求等。從而就會造成雙方

25、的一些不必要的損失。2.3 硬件設(shè)計總體框圖本系統(tǒng)采用STC89C52作為中心芯片，通過對外部終端的傳感器獲取到的溫度、煙霧等信號進行分析與處理，在顯示屏上能夠顯示相應(yīng)的環(huán)境狀況。但是，當(dāng)終端傳感器采集到的溫度或者煙霧情況超出了初期預(yù)設(shè)的范圍，蜂鳴器就會發(fā)出聲音報警。同時，GSM模塊就會通過本身模塊上的SIM卡，往另一個手機端的號碼發(fā)送信息。這個接收到信息的手機號碼便是一開始已經(jīng)設(shè)定的手機號碼。另外，該系統(tǒng)也可以由用戶自己設(shè)定溫度和煙霧的限制范圍，即設(shè)定溫度和煙霧的上下閾值。通過切換不同的模式，切換到溫度或者煙霧顯示部分，在根據(jù)不同環(huán)境條件或不同時期的需求適當(dāng)?shù)恼{(diào)整溫度與煙霧范圍。并且，在當(dāng)戶

26、主或主人用戶出行在外或者沒有及時回到家中的時候，他就可以通過短消息來查詢或控制家里的環(huán)境狀況或者電器基本運作情況等。本系統(tǒng)的主要運作方式如下圖2-1所示：主控芯片STC89C52GSM模塊A/D轉(zhuǎn)換手機溫度監(jiān)測主要環(huán)境參數(shù)及各狀態(tài)顯示煙霧監(jiān)測蜂鳴器報警外圍電器的控制短消息圖2-1 系統(tǒng)總體框圖3 硬件電路設(shè)計整個系統(tǒng)主要分為中心芯片控制模塊STC89C52、GSM通信模塊、家庭終端電路模塊，其中家庭終端電路可以隨意自行調(diào)整和修改，主要最終得到適合自己家庭的模塊或者網(wǎng)絡(luò)即可。本章主要舉例講述溫度傳感器、煙霧傳感器及有能夠自行控制的繼電器模塊。繼電器部分可適當(dāng)擴展成其他功能模塊，這里不做贅述。3.

27、1 STC 89C 52單片機STC89C52主控制模塊即整個系統(tǒng)的核心模塊， 主要通過執(zhí)行其程序存儲器 Rom中的程序來對其4個并行I/O口進行讀寫操作完成對其他模塊的控制，STC89C52型號芯片主要帶有以下功能和特性9，如下表所示：表3-1 主要功能特性表模塊特點指令兼容MCS51 指令系統(tǒng)Flash ROM8k 可反復(fù)擦寫 (大于 1000次） Flash ROMI/O口32個雙向 I/O 口RAM256x8bit 內(nèi)部RAM時鐘頻率時鐘頻率 0-24MHz定時 /計數(shù)器中斷3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷I/O 口32個雙向 I/O 口中斷源 2 個外部中斷源，共8個中斷源其

28、他低功耗空閑、掉電模式軟件設(shè)置睡眠、喚醒功能STC89C52實物如下所示：圖3-1 STC89C52實物圖各個引腳的具體介紹主要如下：除了基本的VCC需要接高電平5伏電壓和 VSS接地外，其他主要的引腳主要功能大致如下表所示：表3-2 引腳功能表引腳功能特性XTAL1、XTAL2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。RST/VPDRST（Reset）：復(fù)位信號輸入端。VPD：在VCC掉電情況下，接備用電源。ALE/PROGALE：用來鎖存P0口送出的8低位地址。PROG：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。EA/VPPEA：內(nèi)外ROM選擇端。VPP：片內(nèi)有EPROM的芯

29、片，在EPROM編程期間，施加編程電源VPP。PSEN此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。P0P0是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，在外接存儲器時，與地址總線的低 8 位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用P1專門供用戶使用的I/O口,是準(zhǔn)雙向口P2是從系統(tǒng)擴展時作高8位地址線用。不擴展外部存儲器時,P2口也可以作為用戶I/O口線使用,P2口也是準(zhǔn)雙向口。P3雙功能口,該口的每一位均可獨立地定義為第一I/O功能或第二I/O功能。作為第一功能使用時操作同P1口。電源模塊：主芯片STC89C52的工作電壓范圍基本為，最高不能超過5.5伏電壓，最低不得低于3.4伏電壓（5伏單片機）。由上可知就可以知道這個芯片在正常的工

30、作時候，驅(qū)動的電壓是個范圍區(qū)間，只要電源VCC的電壓在3.4伏至5.5伏之間時候，該芯片基本可以正常工作，。但是，如果芯片的驅(qū)動電源的電壓高過5.5伏，這種情況下是不能夠接到主芯片上的，因為由于電壓太高了，會燒壞芯片；另外，當(dāng)電源的驅(qū)動電壓少于3.4伏時，芯片雖然不至于損壞，但是他也不能夠正常地工作。所以在這個范圍內(nèi)的電源電壓，最基礎(chǔ)、最常見的電壓值就是5伏了，這也是后面括號里“5伏單片機”這個名稱的來源。除了這種情況之外，還有一種常見的就是，主芯片的工作電壓范圍區(qū)間是2.7伏到3.6伏之間。它的芯片這種就是用的我們常說的3.3伏的電壓，即為“3.3伏單片機”。本次使用的電源電路使用USB供電

31、，電路圖主要如下所示：圖3-2 電源部分電路圖晶振電路：說到單片機，就得提到他的“心臟”-晶振。晶振就是咱們平常在書上看到的石英晶體振蕩器。根據(jù)不同的需要，在其上接入合適的電路，就能夠讓其生出具有特定的正弦波。這個產(chǎn)生的正弦波因為其電路特點，晶振的不同，而具有特定的頻率和極值。晶振通?？梢詣澐譃闊o源的晶振和有源的晶振這兩類。他們的作用等基本都相同，稍微有點差別就是：無源的只是有著2只引腳的無極性元器件，由于其無法自身啟振，要依托時鐘電路，才會產(chǎn)生振蕩信號。有源的不同之處就在于它一般有著4只外接的引腳，一般體積上稍微大一些。有源的晶振是一個振蕩器的完全體，它里面含有了石英晶體、晶體管、阻容元器件

32、等。它在外文中也叫震蕩器（oscillator）。有源的晶振需要外部來對其進行供電，當(dāng)在為有源晶振提供電源后就可以主動產(chǎn)生振蕩頻率。無源晶振不可以自己自行啟振，所以需要主控芯片為其啟振。從各個的價錢方面價格來說，購買無源晶振一般都要比有源晶振花費更少的錢。本系統(tǒng)的使用的晶振電路主要如下圖所示：圖3-3 晶振電路圖復(fù)位電路：單片機一般都需要一個復(fù)位電路連接在其固定的復(fù)位腳上，不同的芯片有著不同的復(fù)位方式。本文使用的復(fù)位電路主要如下：圖3-4 復(fù)位電路圖3.2 GSM模塊3.2.1 GSM 模塊介紹GSM模塊是一個集成的功能模塊。在對外方面，它提供了標(biāo)準(zhǔn)的借口，而其內(nèi)部則大有天地。里面含有許多的子

33、模塊部分，主要有射頻部分、存儲部分、功放部分和基帶處理部分。另外還有能夠給射頻與基帶處理相呼應(yīng)的，并且是獨立的操作系統(tǒng)10。在其功能方面，與普通的手機功能不同的地方只有很少的幾個部分。除了缺少了按鈕控制的部分、畫面顯示的部分、電源供電部分等，其能夠?qū)崿F(xiàn)的功能就像手機一樣，如簡單的發(fā)送短信、與其他端進行語音通話、GPRS傳輸數(shù)據(jù)等。所以在我們看來，它與手機作用幾乎類似，這也與其開始開發(fā)及使用時期的用途有關(guān)。在其初期發(fā)展的時候，與手機商家的關(guān)系可謂密不可分。部分生產(chǎn)手機的一些商家在購得GSM模塊后，就在其基礎(chǔ)上稍微添加一些簡單的器件就完成一部手機的制造。因為此模塊解決了制造手機過程中的困難的部分。

34、就是它本身就能夠完成手機中射頻的發(fā)送，還有一些基帶處理方面的問題等。這些優(yōu)點讓手機制造業(yè)大大減少了生產(chǎn)周期。但近些年來，手機行業(yè)發(fā)展地飛快，這種情況也慢慢的就越來越少了。本文使用的是由西門子公司生產(chǎn)的TC35模塊。即使在沒有外接上其他額外的電路時候，它也能夠完成FR、HR、EFR等編碼。實現(xiàn)一些基本的數(shù)據(jù)傳輸，像音頻的傳輸、短信息的傳輸及與其他的終端進行通信等。它對所使用的的電源要求較為苛刻，電源的電壓一般在3.3伏到4.8伏之間。電流狀況變化的幅度較大，從休眠的時候只有3.5毫安，到處在發(fā)射狀態(tài)時候的300毫安，再有甚最大的峰值時候能達(dá)到2.5安培。在接到電源上以后，模塊上的指示燈就會出現(xiàn)不

35、同的閃爍情況，告知我們它的工作情況。通常情況下，在TC35模塊關(guān)閉時、休眠狀態(tài)下、報警等LED燈是不亮的。但是在沒有接上SIM卡的時候，身份信息核查未完成或者身份信息已經(jīng)退出登錄，尋找和注冊網(wǎng)絡(luò)的時候，LED會保持明亮的狀態(tài)六百毫秒然后再保持熄滅的狀態(tài)六百毫秒。本次使用的TC35是一個已經(jīng)具有了功能完全的模塊，所以在這里就不在過多分析和敘述。在TC35模塊上還得連接上SIM卡座，并在其上插入平常使用的SIM卡，即可成為完整的獨立的GSM模塊。3.2.2 串口通信在GSM模塊接收到另一端的手機發(fā)送的信息或者指令之后，就需要由STC89C52主芯片來解析相應(yīng)的消息或者指令，再去進行相應(yīng)的執(zhí)行程序。

36、然而他們之間的的工作的電平不匹配，STC的電平類型為TTL類，TC35的電平卻是CMOS類型。所以STC芯片直接和GSM模塊的連接就不能的完成正常的交互通信，所以中間需要進行電平轉(zhuǎn)換，因此這里我們通過 MAX3232進行電平轉(zhuǎn)換11。STC 單片機與GSM連接的串口電路12與實物圖主要如下所示：圖3-5 串口部分電路圖圖3-6 串口部分實物圖3.3 家庭終端電路3.3.1 溫度監(jiān)測模塊整個溫度模塊以DS18B20主體。通過將家居環(huán)境里的溫度信息進行檢測，然后將具體的信息送到單片機主控制模塊進行處理，并且在顯示屏上進行溫度狀況具體值直觀的顯示 13。 圖3-7 溫度監(jiān)測電路及實物圖3.3.2 蜂

37、鳴器報警模塊蜂鳴器報警模塊主要就是對當(dāng)采集的溫度值或者煙霧可燃?xì)怏w的情況高于或者低于用戶自定義的范圍時，就進行報警提示。主要如下所示：圖3-8 蜂鳴器報警電路及實物圖3.3.3 煙霧檢測模塊煙霧傳感器檢測的煙霧或者可燃?xì)怏w等情況通常都是模擬信號。所以說就要用到模數(shù)轉(zhuǎn)換，把從外界得到的煙霧氣體的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，之后才能傳送到主芯片進行處理。這里選用ADC0832完成模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，然后將轉(zhuǎn)換過的信號傳送到主控芯片14。當(dāng)測得的煙霧值超過初期設(shè)定范圍時，輸出信號給芯片，然后蜂鳴器會報警，并發(fā)送消息到指定號碼的手機上。主要電路及實物圖如下所示：圖3-9 煙霧部分電路及實物圖3.3.4 繼電器控

38、制模塊繼電器控制部分主要利用簡單的繼電器來控制居家電器。 繼電器的兩端， 一端接入固定的接地，另一端接在外面的三極管上并且并聯(lián)一個二極管。當(dāng)電壓滿足條件以后，繼電器的外圍電路形成回路，繼電器得以啟動。否則繼電器不工作，以此來簡單控制家居環(huán)境內(nèi)的其他電器工作與否。主要的電路與實物圖如下：圖3-10 繼電器部分電路及實物圖3.3.5 按鈕控制模塊按鈕控制部分主要是由多個按鈕開關(guān)組成，K1為煙霧控制時候的模式切換，主要為從主界面調(diào)整到煙霧調(diào)整界面而進行設(shè)置所用.當(dāng)切換到厭惡調(diào)整頁面時候,再通過K3和K4調(diào)整具體的值。K2為溫度的模式切換，主要為從其他界面調(diào)整到溫度調(diào)整界面而進行設(shè)置所用當(dāng)切換到溫度調(diào)

39、整頁面時候,可以再通過K3和K4調(diào)整具體的值。K3設(shè)定增加量，增大需要設(shè)置的閾值的數(shù)值。K4為設(shè)定減，減小需要設(shè)定的閾值的值。而K5為確定鍵，主要是，當(dāng)調(diào)整好了溫度或者煙霧的閾值時，按下該確定按鈕，就相當(dāng)于定好了溫度與煙霧報警的范圍區(qū)間。控制模塊的電路與實物圖主要如下所示：圖3-11 按鈕控制部分電路及實物圖3.4 總體電路總體的電路主要有包括STC89C52部份、顯示的部分以及GSM模塊和家庭電器終端電路部分。當(dāng)然他們可以根據(jù)實際情況適當(dāng)更改家庭電器終端控制電路。將各個模塊進行綜合，最后就得到了簡單的智能家居控制電路。主要的運行方式為，通過手機端發(fā)送信息到設(shè)定好的系統(tǒng)中，經(jīng)由GSM模塊到達(dá)主

40、芯片進行處理，然后可以接受反饋的信息，進而決定是否控制或者調(diào)整終端設(shè)備?？傮w的硬件電路圖主要如下所示：圖3-12 總體電路圖4 軟件及調(diào)試對于某個簡單的系統(tǒng)來說，在能保證硬件基礎(chǔ)的同時，還要有軟件部分的支持。尤其對于如今各種嵌入式芯片高速發(fā)展的情況，合適的軟件不但能讓電路變得簡便，而且還能夠替代部分復(fù)雜硬件電路需要實現(xiàn)的功能，從而能夠大大節(jié)約精力和成本。在進行整個系統(tǒng)的軟件的初期設(shè)計時候，首先要對本系統(tǒng)的硬件有著大體的把握。需要了解系統(tǒng)的各個主要模塊，數(shù)據(jù)的傳輸和控制等。然后在設(shè)計軟件的部分時候就能根據(jù)主要的流程，然后進行C語言編程，最終完成整個系統(tǒng)的硬件和軟件的綜合15。本次的設(shè)計是STC8

41、9C52芯片為核心智能家居系統(tǒng)，主要能夠?qū)崿F(xiàn)溫度、煙霧等情況實時監(jiān)測等。若測得的值超過設(shè)定的閾值，就進行報警。報警包括蜂鳴器和手機短消息報警。而且也能夠通過手機發(fā)送的短消息控制家庭里的電器運行與終止。主要運用C語言進行各個模塊的編程。4.1 系統(tǒng)總體軟件此系統(tǒng)主要的運作方式為，接上電源后，開啟LCD顯示，查看溫度和煙霧等數(shù)值。此數(shù)值即為當(dāng)前環(huán)境的數(shù)值。當(dāng)環(huán)境變化較大或者要求變化時，可以適當(dāng)更改溫度和煙霧的閾值。按下相應(yīng)的按鈕即可更改溫度與煙霧的閾值。設(shè)定好后即可測得當(dāng)前環(huán)境的溫度或者煙霧是否超過設(shè)定的閾值。超出閾值后蜂鳴器開始開始報警并發(fā)送短消息到指定的手機號碼。從手機一端也可以發(fā)送消息來查詢

42、當(dāng)前的環(huán)境下溫度和煙霧的情況。當(dāng)然了，既然能查詢也可以進行控制。這控制主要為控制繼電器工作與否16。整個系統(tǒng)的主體流程圖主要如下所示：N初始化溫度值和煙霧值顯示不同環(huán)境下進行閾值調(diào)整測值是否超限顯示數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)聲音、消息報警等手機短消息指令控制繼電器調(diào)整家庭環(huán)境Y開始結(jié)束圖4-1 總體流程圖4.2 溫度監(jiān)測模塊溫度監(jiān)測部分主要以DS18B20傳感器芯片為中心。它能夠把測得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號，方便單片機處理。向單片機寫入數(shù)據(jù)，經(jīng)過一段時間的延時，主芯片讀取得到的的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成十進制后，再將數(shù)據(jù)發(fā)送給LCD顯示屏17。溫度的監(jiān)測部分主要流程圖如下所示。初始化將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化

43、為十進制發(fā)送數(shù)據(jù)到主芯片檢測環(huán)境溫度數(shù)據(jù)顯示在LCD上數(shù)據(jù)超過閾值蜂鳴器報警并發(fā)送提示短消息開始結(jié)束圖4-2 溫度監(jiān)測流程圖4.3 煙霧監(jiān)測模塊煙霧檢測監(jiān)測部分主要以MQ-5傳感器為主體。與溫度傳感器工作模式類似但是也有不同之處。不同之處在于煙霧氣體等值為模擬信號，需要轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號。所以就用到了ADC0832A/D轉(zhuǎn)換芯片。煙霧監(jiān)測的主要流程圖如下所示。初始化發(fā)送轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)到主芯片進行AD轉(zhuǎn)換測量的煙霧數(shù)據(jù)傳到AD轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進制將數(shù)據(jù)顯示在LCD上數(shù)據(jù)超過閾值蜂鳴器報警并發(fā)送提示短消息開始結(jié)束圖4-3 煙霧監(jiān)測流程圖4.4 手機短消息模塊手機短消息部分主要有查詢，控制，及

44、接受報警消息等功能。當(dāng)環(huán)境的溫度數(shù)值或者煙霧等可燃?xì)怏w情況超出開始設(shè)置的閾值時候，設(shè)定好的蜂鳴器就會開始報警。同時，系統(tǒng)開始也會向初期預(yù)留好的或者指定的手機號碼發(fā)送實時的情況信息，及時告知戶主或者主人家中的情況。手機端也可以直接編輯相應(yīng)的指令，來進行查詢或者控制相應(yīng)的部分。短消息控制的部分流程圖主要如下所示：接通電源通過不同的反應(yīng)控制外圍電路做出相應(yīng)的應(yīng)答反應(yīng)接收并解析指令手機端編輯并發(fā)送指令短消息SIM卡等情況正常開始結(jié)束圖4-4 短消息控制流程圖在C語言的編程上不是很順利，各個模塊部分與整個系統(tǒng)的聯(lián)系有時候較為緊密，導(dǎo)致了牽動一點就影響整體，也有時候聯(lián)系較弱，不能充分體現(xiàn)出預(yù)期的功能或者效

45、果。而且編程及下載的條件有限，在開始的時候即使程序有問題，沒有下載時也好修改。但是在運行之后再發(fā)現(xiàn)問題時候，就不好再修正了。但是在這方面上，也極大地溫習(xí)了一下早已拋在腦后的C語言的知識，還是略有收獲。5 系統(tǒng)調(diào)試一般的系統(tǒng)調(diào)試主要為三個部分，分別為硬件電路的檢查，軟件部分的調(diào)試與軟硬件聯(lián)合在一起進行整體的調(diào)試。硬件檢查時一般可以查出硬件電路在焊接過程中留下的錯焊、虛焊、漏焊等問題，也可以知道部分的元件是否選擇不當(dāng)?shù)葐栴}，以開始的一點錯造成一步錯而步步錯。軟件測試部分主要涉及到了編程方面。不好的程序可能實現(xiàn)不出預(yù)期的效果甚至相差太大，從邏輯到語法結(jié)構(gòu)等，都需要仔細(xì)斟酌。當(dāng)軟件設(shè)計部分差不多后，可

46、以將程序下載到指定的芯片上，將軟件與硬件綜合在一起，進行整體調(diào)試。主要如下：總體實物圖如下：圖5-1 總體實物圖顯示屏部分實物圖主要如下所示：圖5-2 顯示部分實物圖如上圖所示，通過屏幕可以清楚的顯示出溫度與煙霧的實時情況。當(dāng)對溫度閾值進行設(shè)置時，將溫度閾值設(shè)定在33攝氏度，由于現(xiàn)在的外界溫度較高，所以初步將溫度閾值設(shè)定在33度，這樣也比較容易到達(dá)此溫度，方便測試。圖5-3 溫度閾值設(shè)置圖當(dāng)外界溫度超過設(shè)定的閾值，就會觸發(fā)報警，蜂鳴器響并且發(fā)送消息到指定的手機號碼端。測試如下，用手握住溫度傳感器，使得超過33度的閾值，就會報警，并接收到消息提示，實況如下圖所示：圖5-4 溫度超限報警圖手機端收

47、到了信息提示，主要如下所示：圖5-5 短消息提示圖煙霧閾值設(shè)置如下：圖5-6 煙霧閾值設(shè)置圖使外界煙霧或者可燃性氣體的情況超出預(yù)期情況，煙霧或者可燃?xì)獾脑黾佑么蚧饳C內(nèi)的可燃?xì)怏w代替。當(dāng)把打開閥門的打火機靠近MQ-5時，煙霧傳感器就能檢測到外界可燃?xì)怏w，使得煙霧值超過設(shè)定的閾值，就會觸發(fā)報警，蜂鳴器響并且發(fā)送消息到指定的手機號碼端，實況如下所示：圖5-7 煙霧超限報警圖手機端收到信息提示，主要如下所示：圖5-8 短消息提示圖從手機端也可控制繼電器的斷開與閉合，紅燈表示工作，燈熄滅表示停止工作，具體如下所示：圖5-9 短消息控制圖繼電器工作狀態(tài)分別如下所示：圖5-10 繼電器工作圖圖5-10 繼電

48、器終止圖總體的實物和各個部分的調(diào)試基本如上圖所示?；緦崿F(xiàn)了預(yù)期的功能，主要實現(xiàn)的功能等在上文中已經(jīng)描述過了，這里就不再進行贅述。結(jié) 論本畢業(yè)設(shè)計主要綜合利用了單片機、傳感器、模電數(shù)電、無線通信等方面的知識。系統(tǒng)總體主要達(dá)到了能夠?qū)崟r顯示家庭里溫度、煙霧等情況的功能，即使沒有待在家里也可以在外遠(yuǎn)程了解到家里的情況。并且能夠通過手機端發(fā)送一些短信息到開始時預(yù)留的號碼上。此設(shè)計主要詳細(xì)的介紹了整個系統(tǒng)的各個硬件模塊的組成部分及電路情況18。軟件部分主要使用了C語言實現(xiàn)設(shè)計，雖然有著許多的不足之處，但基本還是能正常運行。硬件電路總體也基本能正常工作，初步能夠?qū)崿F(xiàn)一些基本的功能。不足之處大致有：（1）

49、在系統(tǒng)剛開始工作時，在傳感器傳出的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的情況下，就可能超出了預(yù)定的閾值，從而導(dǎo)致觸發(fā)了警報。（2）還有在電路的整體設(shè)計和布局時候沒有考慮到一些基本的電磁兼容等問題，但是當(dāng)電路擴展到一定程度或者有一些敏感的元器件，這樣的情況下就可能導(dǎo)致電路的不穩(wěn)定，造成一定的問題，這些都需要進行細(xì)致的考慮。展望：（1）在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以添加上無線模塊，比如ZIGBEE模塊。這樣就可以避免了在有些地方難以布線的困難以及布線繁雜的問題，就提高了系統(tǒng)的實用性。（2）本次的系統(tǒng)并沒有真正地連接到互聯(lián)網(wǎng)上，使得戶主或者用戶能夠在使用互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，來進行一些控制或操作等（3）在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上面，可以適當(dāng)添加一些電路，實現(xiàn)其他需要的功能，比如窗簾的控制電路，空調(diào)的智能控制等，以更加貼近和方便生活，達(dá)成一些日常生活中的一些特殊的要求?？傮w來說，此次畢業(yè)設(shè)計讓我收獲了很多，對部分涉及到的書本知識有了一定溫習(xí)，也有了一定的拓展。雖然書本上學(xué)習(xí)到的知識有很多，理論很豐富，然而到自己動手做起來就不是那么一回事了，會遇到各種各樣想不到的困難。就像一句古詩所說，“紙上得來終覺淺”，所以還是得動手來實際行動，不能一味地紙