畢業(yè)論文-基于GSM的智能家居設(shè)計(jì)

1、河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文學(xué)號(hào)：1227150147河南大學(xué)2016屆本科畢業(yè)論文基于GSM的智能家居設(shè)計(jì)Smart Home based on GSM 論文作者姓名： 作 者 學(xué) 號(hào) ： 所 在 學(xué) 院 ： 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 所 學(xué) 專 業(yè) ： 自動(dòng)化 導(dǎo)師姓名職稱： 論文完成時(shí)間： 2016年4月19號(hào) 2016年4月29日目 錄摘 要1ABSTRACT2第1章 緒論31.1 課題來源31.2 課題背景31.3 國(guó)內(nèi)外在該方向研究以及現(xiàn)狀4第2章 總體設(shè)計(jì)與器件介紹52.1 智能家居基本原理概述52.2 智能家居的總體設(shè)計(jì)方案62.3 STC89C52單片機(jī)62.4 DHT11傳感

2、器72.5 GSM模塊72.6 紅外傳感器82.7 煙霧傳感器82.8 直流風(fēng)機(jī)82.9 LCD1602液晶顯示器92.10 舵機(jī)9第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)113.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)113.2 LCD顯示電路123.3 GSM接口電路133.4 傳感器接口電路133.5 電源設(shè)計(jì)電路143.6 直流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路14第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)164.1 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境164.2 主程序系統(tǒng)流程164.3 中斷處理174.4 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)18第5章 系統(tǒng)調(diào)試225.1 GSM模塊調(diào)試225.2 軟件調(diào)試225.3 系統(tǒng)整體工作調(diào)試23結(jié)論24參考文獻(xiàn)25 摘 要 21世紀(jì)是信息爆炸時(shí)代，信息化時(shí)代的到來

3、引領(lǐng)了智能化的發(fā)展。伴隨著智能機(jī)器產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，智能家居領(lǐng)域研究愈來愈烈，如今智能化已經(jīng)席卷世界各地。人們?cè)谏鐣?huì)進(jìn)步的同時(shí)也可開始借助智能化管理自己的組所。能夠進(jìn)行人機(jī)交互的智能家居無疑成為了最好的選擇。智能家居作為智能化研究領(lǐng)域的一個(gè)分支，完全可以滿足人們?nèi)粘５倪@種需求，同時(shí)也可以促進(jìn)社會(huì)整體進(jìn)步，增加科技知識(shí)的普及，減少犯罪率，經(jīng)濟(jì)損失等方面頗有意義。 本設(shè)計(jì)是基于GSM的智能家居的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由STC51單片機(jī)和GSM模塊，傳感器組件以及家居中被控對(duì)象組成。被設(shè)計(jì)系統(tǒng)中傳感器包括紅外d2033傳感器，溫濕度DHT11傳感器，集成煙霧傳感器MQ-2，本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)溫濕

4、度預(yù)警、防止非法入侵，防止發(fā)生火災(zāi)，簡(jiǎn)介控制風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)粗調(diào)節(jié)房屋內(nèi)的溫濕度，舵機(jī)控制開關(guān)門，并且借助最可靠、最穩(wěn)定,最成熟的GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)使用最簡(jiǎn)單明了的中文短消息以及英文短信模式迅速有效的把家庭實(shí)時(shí)的情況反映到您的手機(jī)屏幕上并且通過手機(jī)收發(fā)短信采取一定初步措施阻止事態(tài)的進(jìn)一步惡化進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的智能家居系統(tǒng)。 基于的GSM的智能家居能夠快捷，高效，安全的管理自己的住宅，讓擁有者充分的享受科技帶來的幸福，同時(shí)可以為特定人群或者在特定的工作環(huán)境的工作更加人性化，低成本的管理。關(guān)鍵詞：GSM；STC單片機(jī)；遠(yuǎn)程操控；智能家居； 1ABSTRACTIn the 21st century is th

5、e era of information explosion, the arrival of information age has led to the development of intelligent. Along with the vigorous development of the intelligent machine industry and the maturity of network technology, more and more researches on the smart home, intelligent now has spread all over th

6、e world. People in the social progress at the same time can also be started with the aid of intelligent management by his own group. Ability of man-machine interaction of smart home has become the best choice. Smart home as a branch in the field of intelligence research, and can completely meet the

7、needs of People's Daily, at the same time also can promote the overall social progress, increase the popularity of science and technology knowledge, to reduce the crime rate, the economic loss is quite meaningful. The design of smart home system based on GSM, mainly by STC51 MCU and GSM module,

8、sensor module and the household of controlled object. Sensors designed in the system including active infrared sensors, sensor model of single bus DHT11 temperature and humidity sensor, smoke sensor MQ - 2.This system can realize the fire prevention, anti-theft, temperature and humidity early warnin

9、g surveillance, fan control the temperature and humidity of the premises, steering gear control doors by using the most reliable, most mature GSM mobile network, in the most intuitive mode of short message in Chinese and English, the family real-time reporting to you directly to the mobile phone scr

10、een and take the first steps by means of cell phone to send and receive text messages to prevent further deterioration of the situation further to realize the remote control. Smart home based on GSM can be fast, efficient, safe management of his own house, let owner fully enjoy the happiness of scie

11、nce and technology, as well as for specific people or work in the specific work environment more human, low cost management.Key words: GSM; STC controller; Remote control; Smart home第1章 緒論21世紀(jì)科技的快速發(fā)展，科技水平不斷提高，傳統(tǒng)的工業(yè)已經(jīng)告別傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式開始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，在一些新興的公司生產(chǎn)中智能化的機(jī)器人逐漸代替工作效率低的人類工作。21世紀(jì)是一個(gè)信息化的時(shí)代更是一個(gè)智能化的時(shí)代。隨著自動(dòng)化控制技術(shù)

12、和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷成熟，越來越多將兩者結(jié)合起來應(yīng)用的智能化設(shè)備出現(xiàn)在了在不同應(yīng)用場(chǎng)所，智能家居作為其中的重要成員，更加智能化，人性化，高效的智能家居研究已經(jīng)成為了一個(gè)重要的研究課題方向。1.1 課題來源人們?nèi)找孀非蟾咝В奖愕纳罘绞?，更有效的管控自己溫暖的“家”促使智能家居技術(shù)流行開來，就目前接連發(fā)生的火災(zāi)入室搶劫等一系列時(shí)間，再一次暴漏出傳統(tǒng)的機(jī)械式（防盜網(wǎng)、防盜窗）安防系統(tǒng)在實(shí)際使用中暴露了很多隱患。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，以及最近突然大熱的智能化讓智能家居系統(tǒng)已從原來的簡(jiǎn)單化、局部化向智能化、集成化快速發(fā)展。對(duì)目前無線通信，固定電話撥號(hào)、以太網(wǎng)、等為主要的市面上系統(tǒng)的通信方分析，對(duì)比

13、各種設(shè)計(jì)理念通信方式的優(yōu)點(diǎn)以及不足，我設(shè)計(jì)基于GSM短信模塊作為通訊方式的簡(jiǎn)易智能家居系統(tǒng)。它借助最可靠、最成熟，最穩(wěn)定的GSM移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠輕松解決更及時(shí)、方便進(jìn)行通訊。1.2 課題背景智能家居系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展,人們?cè)絹碓街匾曁岣咦约旱纳钇焚|(zhì)的這種形勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生。如何建立一個(gè)低成本，高效率，充滿人性化的智能家居系統(tǒng)已成為當(dāng)前追求高品質(zhì)社會(huì)生活一個(gè)熱點(diǎn)方向與話題。GSM智能系統(tǒng)被認(rèn)為是第五代防盜器最可靠的移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)充分利用GSM移動(dòng)通訊功能，結(jié)合數(shù)字通訊技術(shù)，傳感器工作，被控對(duì)象的協(xié)同操作實(shí)現(xiàn)對(duì)家居的進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，調(diào)度，控制功能。GSM

14、智能家居系統(tǒng)突破原來通訊方式的不穩(wěn)定近乎可以全球無距離的通訊，GSM本身具有全球最高保密協(xié)議，真正意義上讓自己置身家外，卻感覺自己的家就在你周圍?；贕SM 的智能家居研究可以進(jìn)一步的完善智能家居的體系，促進(jìn)低成本的智能家居走進(jìn)更多家庭之中，同時(shí)智能家居的研究對(duì)社會(huì)治安，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管都有重大意義。 1.3 國(guó)內(nèi)外在該方向研究以及現(xiàn)狀進(jìn)入2016年了，因?yàn)椤癆LophGo”（阿法狗） 戰(zhàn)勝韓國(guó)天才選手李世石的新聞更多的大眾都有聽到人工智能詞匯。從全球首富比爾蓋茨第一次在國(guó)外使用智能家居的家庭概念，谷歌，亞馬遜等世界經(jīng)濟(jì)巨蟒在本世紀(jì)初已經(jīng)研究出一定的產(chǎn)業(yè)用于民用。谷歌智能化實(shí)驗(yàn)室近些年已經(jīng)把智能家

15、居成品的發(fā)展方向更加全面化，人性化，基本可以實(shí)現(xiàn)空天地一體戶智能家居控制。 現(xiàn)如今智能家居進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已經(jīng)10多年了，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云數(shù)據(jù)等先進(jìn)科技的應(yīng)用，傳統(tǒng)的有線的智能家居遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需求和人們對(duì)功能豐富性和可操作性強(qiáng)的要求，智能家居呈現(xiàn)數(shù)字化、智能化、潮流化趨勢(shì)，展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，而且產(chǎn)品也越來越貼近生活，接地氣，實(shí)用越來越成為智能家居發(fā)展的主方向，打造一個(gè)安全，智能，快捷，舒適的生活環(huán)境。在國(guó)內(nèi)以美的海爾為首電子商業(yè)企業(yè)首先把智能家居放在企業(yè)未來發(fā)展的規(guī)劃中，越來越多的投資者把明銳眼光聚集在這一領(lǐng)域，小米，華為等企業(yè)已經(jīng)開始量產(chǎn)智能家居產(chǎn)品。數(shù)據(jù)將成為推進(jìn)社會(huì)進(jìn)步的第四生產(chǎn)力?；?/p>

16、于WIFI和 ZigBee通訊協(xié)議的通訊智能家居原來越普及?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”模式的提出促進(jìn)國(guó)內(nèi)外智能家居再一次發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)變革的動(dòng)力之源主要來自云空間、數(shù)據(jù)資源和大規(guī)模社會(huì)化協(xié)同三方面。而智能家居的核心在于“智能”，互聯(lián)網(wǎng)公司在此領(lǐng)域具備天然優(yōu)勢(shì)。只要將底層開發(fā)與上層的應(yīng)用完美融合，才能促使智能家居研究領(lǐng)域快速健康發(fā)展。第2章 總體設(shè)計(jì)與器件介紹本章將主要介紹設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)以及所包含使用的模塊以及器件功能簡(jiǎn)介。2.1 智能家居基本原理概述本設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)使用最新加強(qiáng)版STC52RC的8位單片機(jī)為主處理控制器，以GSM作為通訊中樞，配有一定數(shù)目的“系統(tǒng)眼睛”即傳感器作為突發(fā)

17、事件以及數(shù)據(jù)采集的來源，控制舵機(jī)，直流風(fēng)機(jī)等被控對(duì)象來實(shí)現(xiàn)的智能系統(tǒng)。智能家居系統(tǒng)上電初始化，STC52RC單片機(jī)采取中斷和查詢方式錄入按鍵工作方式，時(shí)時(shí)掃描傳感器的工作狀態(tài)，如果有系統(tǒng)識(shí)別信號(hào)發(fā)生，傳感器實(shí)現(xiàn)信息反饋的數(shù)字信號(hào)通過IO被單片機(jī)讀取，單片機(jī)判斷是否執(zhí)行相應(yīng)操作，如果溫濕度超限發(fā)出警報(bào)。判斷在家狀態(tài)時(shí)候，當(dāng)紅外傳感器工作即有人非法闖進(jìn)，以及家中煙霧濃度過高等狀況可通過GSM發(fā)送相應(yīng)的中文提示信息到主人的手機(jī)上，智能家居主人也可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程操作一系列必要的遠(yuǎn)程控制MCU進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)操作，比如可以控制被控對(duì)象風(fēng)機(jī)，舵機(jī)工作。智能家居實(shí)物如圖2-1所示。圖2-1 智能家居實(shí)物圖2.

18、2 智能家居的總體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用8位單片機(jī)STC52RC單片機(jī)芯片作為主控微處理器，配有傳感器作為信息監(jiān)測(cè)的信號(hào)來源，舵機(jī)風(fēng)扇作為被控對(duì)象。本次設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖2-2 所示。圖2-2 智能家居總體結(jié)構(gòu)圖2.3 STC89C52單片機(jī) 單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)芯片、為單片機(jī)工作提供能源的電源電路、產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘電路（晶振）、復(fù)位電路以及一些其他的外圍電路組成。這些電路的存在目地就是確保單片機(jī)可以穩(wěn)定的工作。由于該單片機(jī)有4個(gè)八位的可編程I/O口,可以對(duì)其進(jìn)行編程控制，因此可以對(duì)其進(jìn)行一些外圍的擴(kuò)展，使其完成一些指定的任務(wù)。STC89C52片內(nèi)具有ROM/EPROM，這種

19、芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)可靠、簡(jiǎn)單。這種單片機(jī)在其外圍加入時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就可以作為控制單元穩(wěn)定的執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的操作，結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。由于集成度的限制，單片機(jī)最小系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。STC52單片機(jī)引腳圖如圖2-3所示。圖2-3 STC89C52封裝引腳圖STC52單片機(jī)性能及其參數(shù)應(yīng)用如表2-1所示。表2-1 STC性能特性主要功能特性 32位雙向IO口2048內(nèi)部RAM兼容MCS51指令系統(tǒng)4K FLASH ROM 2個(gè)串行中斷時(shí)鐘頻率0-24MHZ2個(gè)外部中斷可編程UART 低功耗和掉電模式軟件設(shè)置睡眠喚醒2.4 DHT11傳感器DHT11溫濕度傳感器是一款用來準(zhǔn)確測(cè)量溫度濕

20、度數(shù)字傳感器，由于抗擾動(dòng)效果好,快速反應(yīng)、優(yōu)良品質(zhì)、低功耗，信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)不易丟失數(shù)據(jù)以及擁有的數(shù)字采集溫濕度傳感模塊技術(shù)等眾多的優(yōu)點(diǎn)使其能夠應(yīng)用使用在許多苛刻特定的工作場(chǎng)所。STC52RC與DHT11溫濕度傳感器之間采用單總線數(shù)據(jù)格式的傳輸數(shù)據(jù),一次DHT11信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間4ms。操作流程如下:1）一次完整的溫濕度數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出低位后出。2）數(shù)據(jù)格式:8位濕度int低位數(shù)據(jù)+8位濕度低位int小數(shù)數(shù)據(jù)+8高位溫度int數(shù)據(jù)采集值+8低位溫度int數(shù)據(jù)采集值+數(shù)據(jù)采集8bit校驗(yàn)和3）數(shù)據(jù)校驗(yàn)和為32bit校驗(yàn)位的之和的低八位。2.5 GSM模塊GSM短線模塊是將基帶控制

21、處理核心芯片SIM900、GSM射頻電路、內(nèi)部存儲(chǔ)器、功率放大集成電路集成在一塊特殊材質(zhì)的電路板上，并且提供特定的AT操作系統(tǒng)、該系統(tǒng)具有射頻功放處理、GSM基帶信號(hào)處理、標(biāo)準(zhǔn)TTL接口功能模塊組成。模塊主要功能有收發(fā)短信，語(yǔ)音通話，無線狀態(tài)下遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信傳輸，GPRS入網(wǎng)通訊瀏覽網(wǎng)頁(yè)。換句話說，加上鍵盤，電源，顯示屏的GSM模塊就是一部全球隨時(shí)隨地使用手機(jī)移動(dòng)終端。GSM模塊支持支持中英文短信服務(wù)，單片機(jī)通過簡(jiǎn)單控制操作模擬串口工作原理去控制GSM模塊收發(fā)短信。GSM模塊如圖2-4所示。 圖2-4 GSM模塊2.6 紅外傳感器 本智能家居系統(tǒng)選取主動(dòng)式釋放紅外傳感器作為非法入侵的檢測(cè)裝置信號(hào)

22、來源。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）傳感器安裝于門窗以及放有重要物品保管的位置，采用多角度多光束綜合判斷，極大的降低了傳感器的錯(cuò)誤的判斷。當(dāng)系通過工作在不在家模式下有人闖入，能被傳感器識(shí)別出來。2）.成本低，實(shí)用性強(qiáng)，操作方便，主人便于不在家或者夜間模式下對(duì)住宅進(jìn)行安保布防操作。 紅外傳感器工作原理，傳感器的紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線，反射回來的強(qiáng)度很低時(shí)光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)，紅外傳感器正常工作。當(dāng)在可檢測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)較大體積或者存在有紅外釋放的移動(dòng)的個(gè)體，發(fā)射二極管發(fā)射出的紅外線反饋回強(qiáng)度大的紅外線，光敏三極管處于飽和，指示燈工作。2.7 煙霧傳感器智能家居對(duì)煙霧進(jìn)行識(shí)別選用MQ-2煙霧傳感器，

23、該煙霧傳感器是一種技術(shù)成熟，工作效率高，直接輸出數(shù)字信號(hào)的智能集成檢測(cè)傳感器，該傳感器在各種氣體檢測(cè)場(chǎng)所中廣泛實(shí)用性使用。MQ-2傳感器正常工作前需要讓檢測(cè)探頭通電加熱一段大概5s左右的時(shí)間，MQ-2氣體傳感器對(duì)CH4、CO、H2以及危害氣體的靈敏度高，模塊輸出數(shù)字信號(hào)可通過IO直接讀寫檢測(cè)傳感器檢測(cè)周圍氣體是否出現(xiàn)易燃有害的氣體。 2.8 直流風(fēng)機(jī)在當(dāng)今電機(jī)眾多類型中，直流電機(jī)因?yàn)榭刂坪?jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)了大部分的電機(jī)市場(chǎng)份額。直流風(fēng)機(jī)是根據(jù)輸入的直流電壓所在的占空比大小來控制直流風(fēng)機(jī)跟輸入電壓成正比快速轉(zhuǎn)動(dòng)快慢，直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇一起轉(zhuǎn)動(dòng)的直流電機(jī)裝置。直流風(fēng)機(jī)具有效率高，機(jī)械損耗小，調(diào)速范圍

24、廣，功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用是AVC系列的12伏直接風(fēng)機(jī)去作為空氣切換窗口裝置。直流風(fēng)機(jī)如圖2-5所示。圖2-5 直流風(fēng)機(jī)2.9 LCD1602液晶顯示器液晶是一種高分子材料集成的材料，以為其特具有殊的物理化學(xué)特性，所以廣泛的應(yīng)用于顯示屏材料中。1602系列字符型液晶是一種只能用來顯示字母、數(shù)字、符號(hào)ASCII碼的點(diǎn)陣型的液晶。LCD1602可以顯示的內(nèi)容為16X2，顯示屏的每一行都由16個(gè)字符模塊組成。LCD1602實(shí)物如圖2-6所示。 圖2-6 LCD1062顯示屏2.10 舵機(jī)智能家居設(shè)計(jì)中，使用舵機(jī)控制房屋門子的開關(guān)。舵機(jī)實(shí)物圖如圖2-7所示。圖2-7 舵機(jī)實(shí)物圖該舵機(jī)有三根引線。

25、電源線和地線，為舵機(jī)提供最基本的工作保證?？刂凭€，用來輸入舵機(jī)的控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)以PWM波的形式出現(xiàn)。一般由定時(shí)器0定時(shí)器實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期為20ms的PWM波。這個(gè)PWM波高電平持續(xù)的時(shí)間決定了舵機(jī)轉(zhuǎn)過的角度。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2-8所示。圖2-8 輸入信號(hào)脈寬與舵機(jī)轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)圖26第3章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本章簡(jiǎn)要地介紹智能家居系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)原理和工作原理。3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是指能夠使單片機(jī)正常工作的最小硬件電路單元。它包括三個(gè)部分：供電電路，提供給單片機(jī)最基本的+5V工作電壓；復(fù)位電路，在單片機(jī)程序跑飛時(shí)能夠使單片機(jī)回到最初始的狀態(tài)；時(shí)鐘電路，為單片機(jī)提供工作的基準(zhǔn)頻率信號(hào)。單片

26、機(jī)最小系統(tǒng)組成框圖如圖3-1所示。 圖3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)組成框圖圖3-2 時(shí)鐘電路原理圖如圖3-2所示，最小單片機(jī)系統(tǒng)在XTAL1和XTAL2構(gòu)成晶振電路，產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖直接提供定時(shí)控制部件使用。X1晶振是11.0592MHZ晶振，C1與C2采用30-50pf的陶瓷電容構(gòu)成晶振電路提供穩(wěn)定的外部時(shí)鐘源。 圖3-3 電平復(fù)位電路原理圖 如圖3-3所示，采用上電+按鈕電平復(fù)位方式，當(dāng)按下按鈕時(shí)，RST管腳高電平觸發(fā)。為保證復(fù)位可靠，RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)大于兩個(gè)機(jī)器周期，一般選取濾波電容22uF，電阻取1K。3.2 LCD顯示電路 圖3-4 LCD顯示接口電路 如圖所示3-4所示1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16

27、腳接口，其中:第1腳：VSS為電源地。第2腳：VCC接5V電源正極。第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端。防止鬼影出現(xiàn)，需要接上拉電阻滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)對(duì)比度。用戶可以通過滑動(dòng)變阻器自己調(diào)節(jié)對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線.一般對(duì)LCD只進(jìn)行寫操作，RW直接接地。第6腳：LCDEN使能端口。第714腳：D0D7為8位數(shù)據(jù)傳輸接口。（由于本系統(tǒng)只寫入數(shù)據(jù)，所有采用單向數(shù)據(jù)模式。第1516腳 ：背燈電源端口。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。LCD與用單片機(jī)P0口作為L(zhǎng)CD數(shù)據(jù)傳輸口 ，P2.2,P2.3,P2.4作為L(zhǎng)CD控

28、制端口。3.3 GSM接口電路圖3-5 GSM接口電路如圖3-5所示，GSM模塊采用串行接口電路與MCU相連接。RXD與TXD與單片機(jī)相接。BOOT端口是GSM啟動(dòng)端口。GSM通過AT指令與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與控制。GSM的工作電壓在5V左右即可。3.4 傳感器接口電路智能家居會(huì)用到很多傳感器去識(shí)別以及收集家庭環(huán)境的現(xiàn)狀。所有本系統(tǒng)選用一系列傳感器作為輔助的“眼睛”，“手”去幫助MCU去協(xié)同管理。紅外傳感器圖3-6以及傳感器接口電路如圖3-7所示。圖3-6 紅外傳感器圖3-7 傳感器接口電路3.5 電源設(shè)計(jì)電路本智能家居系統(tǒng)需要電源模塊提供12V與5V的工作電壓。12V電壓直接與驅(qū)動(dòng)電路相連

29、接驅(qū)動(dòng)12V，0.7A的直流風(fēng)機(jī)，使用LM2940芯片直接把12V的輸入電壓穩(wěn)定在MCU以及傳感器舵機(jī)所需要的工作電壓5V。綜上所述以本智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)電源電路采用構(gòu)建穩(wěn)壓電路的方法提供系統(tǒng)工作電壓。系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)如圖3-8所示。圖3-8 電源設(shè)計(jì)電路3.6 直流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 智能家居采用的是12V,0.7A直流電機(jī)，由于風(fēng)機(jī)的回灌電流太大，可能直接燒毀單片機(jī)，所以直接使用單片機(jī)無法驅(qū)動(dòng)工作。所以單獨(dú)設(shè)計(jì)一款隔離驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)控制直流風(fēng)機(jī)。該驅(qū)動(dòng)電路采用74LS244作為隔離保護(hù)電路，使用BTN7970作為驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)芯片，可以提供的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到1A以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)可以滿足本系統(tǒng)所有直流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)要求。

30、驅(qū)動(dòng)電路的原理圖如圖3-9所示。圖3-9 驅(qū)動(dòng)電路原理第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境 本次系統(tǒng)軟件開發(fā)采用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言開發(fā)與KEIL4 的開發(fā)環(huán)境。C語(yǔ)言作為已經(jīng)得到廣大程序員開發(fā)的青睞與支持的最流行的編程語(yǔ)言，它具有很好的移植性，操作方便，代碼書寫形式簡(jiǎn)單以及是其他高級(jí)語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境語(yǔ)言基礎(chǔ)。在很多硬件開發(fā)的系統(tǒng)幾乎都采用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編程開發(fā)，如DSP，ARM，飛思卡爾K系列，因特爾等公司的單片機(jī)。C語(yǔ)言程序本身具有良好的代碼移植性不完全依靠任何硬件環(huán)境，可以通過簡(jiǎn)單移植或者修改系統(tǒng)代碼移植直接在目標(biāo)硬件系統(tǒng)上開發(fā)使用。C語(yǔ)言提供了很多數(shù)學(xué)函數(shù)并且支持浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，開發(fā)周期短，效率高

31、。增加程序的可讀性，和可維護(hù)性。相對(duì)于匯編語(yǔ)言，C語(yǔ)言編程具有更加規(guī)范性，可讀性。模塊化更有利于系統(tǒng)移植。最主要的用戶不必去了解硬件寄存器分配，不同存儲(chǔ)器的尋址以及數(shù)據(jù)的類型的管理，這一切編譯器都會(huì)自動(dòng)完成?？傊瓹語(yǔ)言編程更加方便，快捷。4.2 主程序系統(tǒng)流程本設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)采用多狀態(tài)工作模式。系統(tǒng)通過按鍵，設(shè)定溫濕度預(yù)警值并在LCD顯示模塊顯示。工作狀態(tài)模式分別為在家模式，外出模式。模式的切換主要通過外部按鍵，LCD1602顯示屏，手機(jī)終端三方面控制顯示以及設(shè)置區(qū)分。在主程序完成對(duì)LCD初始化，GSM初始化串口初始化以及鍵盤掃描，讀取溫度濕度的數(shù)據(jù)以及預(yù)警信號(hào)短信的收發(fā)。主系統(tǒng)的程序流程圖

32、如圖4-1所示。圖 4-1 系統(tǒng)主程序流程圖4.3 中斷處理 中斷是為單片機(jī)具有外部以及內(nèi)部隨意發(fā)生的事件可以實(shí)時(shí)去處理服務(wù)設(shè)置的，在一定程度提高了單片機(jī)的處理能力。是為了提供整體系統(tǒng)的工作效率，故選擇中斷方式去執(zhí)行。4.3.1 定時(shí)器中斷 智能家居系統(tǒng)使用定時(shí)器0生成0.5ms定時(shí)器，在定時(shí)器中進(jìn)行溫濕度采集數(shù)據(jù)，以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，在中斷定時(shí)達(dá)到1s進(jìn)行LCD顯示DHT11傳感器采集數(shù)據(jù)處理后的平均數(shù)據(jù)，在預(yù)設(shè)舵機(jī)標(biāo)志位有效的前提下在定時(shí)器0采用20ms周期進(jìn)行舵機(jī)從0度到180度轉(zhuǎn)動(dòng)控制。定時(shí)器中斷的流程如圖4-2所示。圖4-2 定時(shí)器0中斷流程圖4.3.2 串口中

33、斷 主人通過手機(jī)終端與GSM模塊相互通信，手機(jī)通過公網(wǎng)與指定的GSM模塊發(fā)送控制短信，以及接受相應(yīng)的發(fā)送的提示信息。當(dāng)GSM內(nèi)部有信息接收時(shí)候，會(huì)自動(dòng)提示MCU接受數(shù)據(jù)。此時(shí)通過串口傳輸在GSM模塊里面第一位置的信息，并存放在制定的存儲(chǔ)空間內(nèi)，MCU讀取的數(shù)據(jù)在內(nèi)部進(jìn)行判斷再去執(zhí)行相應(yīng)的操作。 4.4 子系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主要包括LCD1602顯示子系統(tǒng)函數(shù)，鍵盤掃描子程序，GSM接受發(fā)送短信子系統(tǒng)函數(shù)，溫濕度采集數(shù)據(jù)子系統(tǒng)函數(shù)，以及驅(qū)動(dòng)直流風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)函數(shù)，照明燈子系統(tǒng)函數(shù)以及查詢傳感器狀態(tài)函數(shù)七大子函數(shù)組成。 4.4.1 鍵盤掃描子程序 在系統(tǒng)初始化MCU不斷檢測(cè)鍵盤是否有輸入，要等到按鍵確認(rèn)釋

34、放后才去執(zhí)行相應(yīng)的程序流程。如果不加按鍵釋放檢測(cè)，由于單片機(jī)執(zhí)行代碼的速度非?？欤沂茄h(huán)檢測(cè)按鍵，所以當(dāng)按下一個(gè)鍵時(shí)，單片機(jī)會(huì)在程序中多次檢測(cè)到鍵被按下，從而造成錯(cuò)誤的結(jié)果。本設(shè)計(jì)考慮到這些影響特別加入了按鍵釋放以及消除按鍵抖動(dòng)延時(shí)處理操作。具體流程如圖4-3所示。 圖4-3 鍵盤掃描程序流程圖4.3.2溫濕度采集子函數(shù) DHT11采用單總線模式工作，在MCU中斷處理中通過IO口總線上的高低電平以及延時(shí)時(shí)間大小提取傳感器實(shí)時(shí)采取的溫濕度數(shù)據(jù)，最后通過LCD顯示屏顯示出來。讀取DHT11數(shù)據(jù)流程圖如圖4-4所示。圖 4-4 DTH11數(shù)據(jù)采集函數(shù) 4.3.3 GSM模塊收發(fā)短信函數(shù) 單片機(jī)控

35、制串口實(shí)現(xiàn)對(duì)GSM短信模塊收發(fā)短信的控制。在主程序中使用AT指令集與GSM進(jìn)行交互通信，一方面讀取GSM中相應(yīng)的存取位置信息，也可以通過單片機(jī)程序模擬上位機(jī)串口控制GSM模塊給指定的用戶發(fā)送中英文短信作為提示信息。模擬串口上位機(jī)發(fā)送字符串在程序編寫字符串命令A(yù)T&F（初始化命令）初始化GSM工作，GSM接受初始化命令后返回準(zhǔn)備好的狀態(tài)OK，字符串AT+CMGF設(shè)置即將發(fā)送的信息模式選擇為TEXT格式還是PDU格式，AT+CMGS 指令用來設(shè)定即將發(fā)送的中文短線的長(zhǎng)度大小。在接受短信模式中把短信格式設(shè)置為接受英文格式，在緩沖的數(shù)組中讀取是否有數(shù)據(jù)信息用于智能家居部件控制。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的GS

36、M收發(fā)短信流程圖如圖4-5所示。圖 4-5 GSM收發(fā)短信 第5章 系統(tǒng)調(diào)試 本章將要介紹本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序是如何開發(fā)編寫以及調(diào)試，通過串口測(cè)試上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)試傳送是否正確，最后介紹系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果。5.1 GSM模塊調(diào)試 GSM短信模塊通過串口上位機(jī)進(jìn)行調(diào)試，利用上位機(jī)的發(fā)送區(qū)與接收區(qū)所顯示的數(shù)值進(jìn)行模塊調(diào)試。調(diào)試的過程如下：1、 接通電源，按下開關(guān)，GSM自動(dòng)啟動(dòng)，指示燈1s后閃爍，證明GSM正常工作。2、 指示燈在1s亮，3s滅的交替工作，證明GSM連接上網(wǎng)。3、 通過串口上位機(jī)進(jìn)行操作。 調(diào)試GSM成功的結(jié)果如圖5-1所示。圖5-1 GSM調(diào)試成功界面5.2 軟件調(diào)

37、試軟件設(shè)計(jì)完成后，首先進(jìn)行軟件調(diào)試。Keil4軟件對(duì)C語(yǔ)言編寫的源程序進(jìn)行編譯仿真，目前開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件很多，Keil4軟件比較好用。它提供了完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。等程序在Keil4軟件中，調(diào)試成功后，將源程序經(jīng)Keil4編譯后生成的十六進(jìn)制的hex文件，燒制到硬件電路中即單片機(jī)中，進(jìn)行軟硬件結(jié)合調(diào)試。軟件調(diào)試成功如下圖5-2所示。圖5-2 軟件成功調(diào)試圖 5.3 系統(tǒng)整體工作調(diào)試 系統(tǒng)的整體調(diào)試工作主要由系統(tǒng)的顯示功能部分調(diào)試，GSM與傳感器信號(hào)相互協(xié)調(diào)以及被控對(duì)象控制功能調(diào)試三大部分組成。通過LED指示燈觀察程序是否執(zhí)行的與預(yù)想的順序一致，

38、同時(shí)通過LCD顯示的內(nèi)容進(jìn)行幫助系統(tǒng)整體調(diào)試。系統(tǒng)模式主要由在家模式與外出模式組成。在調(diào)試工作模式進(jìn)行中采用多信號(hào)反饋判別系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。 1.在家模式系統(tǒng)工作調(diào)試： 煙霧傳感器，溫濕度傳感器，紅外傳感器同時(shí)工作，當(dāng)溫度或者濕度超過預(yù)警值，蜂鳴器工作報(bào)警，直流風(fēng)機(jī)開始工作。當(dāng)溫度或者濕度降低至預(yù)警值時(shí)候風(fēng)機(jī)停止工作。通過LCD可以顯示當(dāng)前溫濕度參數(shù)以及工作模式以及當(dāng)前所設(shè)置的預(yù)警值。2.外出模式系統(tǒng)工作調(diào)試： STC主要與GSM短信模塊收發(fā)短信，讀取煙霧傳感器與紅外傳感器數(shù)據(jù)，控制直流風(fēng)機(jī)和房門窗戶之間的協(xié)調(diào)工作。當(dāng)標(biāo)志位改變時(shí)候，STC控制GSM收發(fā)短信，遠(yuǎn)程控制當(dāng)前想要執(zhí)行或者改變當(dāng)前執(zhí)行的操作。智能家居只要在外出模式出現(xiàn)特殊工作狀態(tài)下，系統(tǒng)發(fā)送短信以及警報(bào)通知。否者只能進(jìn)行接收短信操作。3.智能家居在正常工作方式下，只有顯示屏顯示工作模式,溫濕度超標(biāo)警報(bào)。結(jié)論通過完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)，我才深刻體會(huì)到自己實(shí)際操作與思考能力的匱乏。其實(shí)自己發(fā)現(xiàn)不在乎自己做的