基于單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與新能源工程系工業(yè)機(jī)器人專業(yè)20級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目:基于單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名XXX學(xué)號(hào)202411XXXX指導(dǎo)教師（簽名）二○二四年10月24日

煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文)誠(chéng)信承諾書本人慎重承諾：我所撰寫的設(shè)計(jì)（論文）《基于單片機(jī)的智能電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》是在老師的指導(dǎo)下自主完成，沒(méi)有剽竊或抄襲他人的論文或成果。如有剽竊、抄襲，本人愿意為由此引起的后果承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的研究成果歸屬學(xué)校所有。學(xué)生(簽名)年月日電氣與新能源工程系20級(jí)高職學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名XXX系別電氣與新能源工程系專業(yè)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)班級(jí)20301指導(dǎo)教師XXX課題來(lái)源實(shí)踐要求任務(wù)書下達(dá)時(shí)間2024系主任簽字教研室主任簽字1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)主要內(nèi)容：基于單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；技術(shù)指標(biāo)：用單片機(jī)控制超聲波的發(fā)射、接收電路以及進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再用液晶顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示；2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基本要求要求：要求：能按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）各階段所要求的工作，論文結(jié)構(gòu)完整、合理，條理清晰，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案論述正確。所需數(shù)據(jù)資料及參考文獻(xiàn)[1]李群芳．單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)（第3版）．電子工業(yè)出版社，2008[2]楊欣．51單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例詳解．清華大學(xué)出版社，2010[3]王洪生.基于單片機(jī)與傳感器的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2020,(22):24-27[4]姚永平．STC89C51RC/RD+系列單片機(jī)指南．www.MCU-M，2005[5]袁濤．單片機(jī)原理及其應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，2012[6]周國(guó)雄．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)精講．中國(guó)鐵道出版社，2011進(jìn)度計(jì)劃序號(hào)階段性工作及成果時(shí)間安排1申報(bào)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題2開(kāi)題會(huì)，各指導(dǎo)教師下達(dá)任務(wù)書。3全體指導(dǎo)教師及學(xué)生大會(huì)：考試時(shí)間調(diào)整；各指導(dǎo)教師檢查工作進(jìn)展情況。4課題設(shè)計(jì)、撰寫論文、實(shí)物制作5上交有關(guān)材料給指導(dǎo)老師6答辯會(huì)III基于單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)XXX[摘要]本文旨在設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)?！爸悄芗揖迎h(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)”是以單片機(jī)為控制核心，通過(guò)紅外遙控模塊遙控單片機(jī)實(shí)現(xiàn)室溫實(shí)時(shí)測(cè)量、時(shí)間日期顯示、以及控制家庭用電器開(kāi)關(guān)通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)家用電器自動(dòng)控制的功能。家用電器開(kāi)關(guān)通斷是通過(guò)繼電器實(shí)現(xiàn)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過(guò)LCD1602液品顯示屏顯示。該系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程方便地控制家用電器的工作狀況，既可以提升家居安全性、便利性、舒適性，又能實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。是未來(lái)家電控制發(fā)展的主要趨勢(shì)。本文首先針對(duì)課題背景設(shè)計(jì)了一套總體的系統(tǒng)框圖與方案，然后根據(jù)系統(tǒng)框圖將系統(tǒng)分為控制、紅外、時(shí)鐘、溫度、繼電器和顯示六個(gè)模塊。分別針對(duì)后五個(gè)模塊進(jìn)行電路介紹、原理分析及軟件設(shè)計(jì)，并用控制模塊將這五個(gè)模塊整理、整合到一個(gè)系統(tǒng)中成為最終的智能家居控制系統(tǒng)。本課題借助Proteus軟件進(jìn)行電路仿真，Keil軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)編譯，使用STC-ISP軟件將程序燒錄至單片機(jī)中，最終成果是使用MX-51開(kāi)發(fā)板，外加SRD-05VDC型號(hào)繼電器實(shí)現(xiàn)的。最終成果現(xiàn)象為開(kāi)機(jī)后液品顯示屏上顯示當(dāng)前日期、時(shí)間、環(huán)境溫度以及當(dāng)前工作的繼電器編號(hào)，遙控器按“1”、“2”、“3”鍵分別控制繼電器1、2、3的通斷，按奇數(shù)次為通電，按偶數(shù)次為斷電，繼電器之間工作獨(dú)立。[關(guān)鍵詞]：智能家居；繼電器；單片機(jī)目錄一、緒論 3（一）研究目的和意義 3（二）基于單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng) 41.單片機(jī)概述 42.基于單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與缺陷 5（三）設(shè)計(jì)內(nèi)容 6二、設(shè)計(jì)方案 6（一）設(shè)計(jì)的目的和要求 61.設(shè)計(jì)的目的 62.設(shè)計(jì)的要求 6（二）設(shè)計(jì)思路 61.硬件部分 72.軟件部分 10三、系統(tǒng)整體測(cè)試方案 11四、系統(tǒng)存在的問(wèn)題 16結(jié)論 17參考文獻(xiàn) 18致謝 19

一、緒論（一）研究目的和意義現(xiàn)今社會(huì)，物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，是繼互聯(lián)網(wǎng)的又一大社會(huì)趨勢(shì)，也是“信息化”時(shí)代的重要發(fā)展階段，而顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)[。無(wú)論是在生活、工作還是學(xué)習(xí)中，物聯(lián)網(wǎng)都在為人類生活的安全、便捷、舒適做出奉獻(xiàn)。而智能家居是物聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的一部分，智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)的影響下物聯(lián)化的體現(xiàn)。智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)最典型的一個(gè)實(shí)例，利用物聯(lián)網(wǎng)理論基礎(chǔ)，將家居中的各種設(shè)備，如安防系統(tǒng)(智能門禁防盜)、光線系統(tǒng)(智能照明遮陽(yáng))、溫控系統(tǒng)(智能空調(diào)電暖)、影音系統(tǒng)(智能電視音箱)、廚房系統(tǒng)(智能烹飪消毒)、衛(wèi)生間系統(tǒng)(智能淋雨洗衣)、環(huán)境監(jiān)測(cè)(智能數(shù)據(jù))等連接到一起，提供防盜報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、溫度控制、遠(yuǎn)程軟件家電控制、遠(yuǎn)程電話控制、紅外遙控轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時(shí)控制等多種功能和手段。與當(dāng)下普通家居相比，智能家居不但具有普通家居的傳統(tǒng)居住功能。還兼有互聯(lián)網(wǎng)通信、設(shè)備自動(dòng)化、家電信號(hào)化等功能，為信息一體化提供一個(gè)全面的交互平臺(tái)，一方面可以為用戶節(jié)約很多消耗資金成本，另一方面可以節(jié)約能源，為保護(hù)環(huán)境做出不菲貢獻(xiàn)。智能家居從最開(kāi)始的照明控制、家用電器遠(yuǎn)程控制和窗簾電動(dòng)控制到中期可以安防報(bào)警、家庭背景音樂(lè)、可視對(duì)講等，可控制的設(shè)備越來(lái)越多，范圍也越來(lái)越廣。最初智能家居的定位是高端消費(fèi)人群，認(rèn)為只有比爾·蓋茨這樣的大亨才可以享受這樣的產(chǎn)品，因?yàn)橹悄芗揖拥膬r(jià)格是十分昂貴的，但隨著涉及此領(lǐng)域的廠商越來(lái)越多，相關(guān)技術(shù)在不斷競(jìng)爭(zhēng)中已經(jīng)十分成熟，人們對(duì)它的研究已經(jīng)不局限于功能的實(shí)現(xiàn)，而是產(chǎn)品的體驗(yàn)以及不斷完善。智能家居產(chǎn)品也在不斷的更新?lián)Q代中由高端奢侈品行業(yè)逐漸轉(zhuǎn)化為個(gè)體化，個(gè)性化，集安全、便利、舒適于一身的高迭代速率物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。自人們?cè)?994年智能家居雛形初誕生以來(lái)至今一直被教育市場(chǎng)，到現(xiàn)在人們的生活對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的依賴，我們可以預(yù)見(jiàn)人們對(duì)此類產(chǎn)品消費(fèi)的未來(lái)前景。應(yīng)用價(jià)值的SWOT分析(1)優(yōu)勢(shì)(Strengths):智能家居是基于傳統(tǒng)家居結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)物，相比傳統(tǒng)家居有更智能、更安全、更便利、更舒適的優(yōu)勢(shì):今后的消費(fèi)主流人群為年輕人，而智能家居更是適合年輕人使用的便捷產(chǎn)品，與年輕人較快的生活節(jié)奏相符。(2)缺點(diǎn)(Weakness):如今智能家居的發(fā)展才剛剛有所起步，并無(wú)很多廠商對(duì)它進(jìn)行研發(fā)，也就導(dǎo)致技術(shù)不成熟，可能在成品真正運(yùn)用到生活中不是很順利，會(huì)有很多bug;對(duì)于中老年人來(lái)說(shuō)，智能家居可能反而會(huì)給他們?cè)景卜€(wěn)的生活帶來(lái)麻煩，他們會(huì)很難接受這種新事物;智能家居目前的價(jià)格還是十分昂貴的，目前普通大眾僅限于使用低端智能家居，如智能燈光音響等，而高端智能家居如遠(yuǎn)程控制、防盜系統(tǒng)等的價(jià)格十分昂責(zé)。(3)機(jī)遇(Opportunity):智能家居是物聯(lián)網(wǎng)的其中一種，凌駕于互聯(lián)網(wǎng)之上的新興產(chǎn)業(yè)，目前涉及此領(lǐng)域的商家還不多，技術(shù)發(fā)展及完善空間非常大，前景十分廣闊:隨著時(shí)間的推移，懂得技術(shù)、快節(jié)奏生活的年齡層會(huì)逐漸增加，智能家居最終有可能占領(lǐng)、吞并整個(gè)家居市場(chǎng)，就像當(dāng)年360搶占?xì)⒍拒浖袌?chǎng)，小米手機(jī)搶占千元機(jī)市場(chǎng)一樣，讓傳統(tǒng)獨(dú)立的家居成為歷史書上的內(nèi)容。(4)挑戰(zhàn)(Threats):“智能”無(wú)限好，只是價(jià)太高，如何做到縮小成本并能像當(dāng)年的雷軍周鴻祎·樣站出來(lái)以賣服務(wù)為核心而不是賣產(chǎn)品，讓人人都能體驗(yàn)到智能的樂(lè)趣，對(duì)廠商來(lái)說(shuō)是個(gè)挑戰(zhàn):智能家居“華而不實(shí)”，很多人雖然買了但是不會(huì)用，教育市場(chǎng)并將用戶教會(huì)這是個(gè)很大的挑戰(zhàn):黑客覬覦安全隱患多，還是需要一個(gè)發(fā)展階段，智能家居產(chǎn)品需要固件軟件不斷更新才可以維持穩(wěn)定發(fā)展，當(dāng)產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)完善到一定程度，能覬它的黑客自然沒(méi)有能力破壞它的穩(wěn)定性:缺乏標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品魚龍混雜，需要國(guó)際化規(guī)范一下產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)，否則既能做安防保險(xiǎn)，又同時(shí)可能存在安全隱患，同時(shí)也會(huì)有很多國(guó)外大牌產(chǎn)品“水土不服”:二次裝修“智能化”要傷筋動(dòng)骨，如何用最簡(jiǎn)捷方式進(jìn)行升級(jí)是個(gè)很值得探討的課題。（二）基于單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)1.單片機(jī)概述單片機(jī)的全稱為單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）,又稱微控制器（MicroControllerUnit，簡(jiǎn)稱MCU），它是微型計(jì)算機(jī)一個(gè)很重要的分支。將計(jì)算機(jī)的中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器、各種輸入/輸出接口（并行I/O口、串行I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器等）、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等基本部件微型化并集成到一塊硅片上，且這樣一塊芯片具有微型計(jì)算機(jī)的功能，則稱為單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)，通常稱為單片機(jī)。單片機(jī)的特點(diǎn)主要有：高集成度，體積小，高可靠性；控制功能強(qiáng)；低電壓、低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；易擴(kuò)展；優(yōu)異的性能價(jià)格比。目前，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：儀器儀表、家用電器、節(jié)能裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信等諸多領(lǐng)域。單片機(jī)的應(yīng)用是不言而喻的。2.基于單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與缺陷基于STC89C51單片機(jī)的智能家居系統(tǒng)具有諸多顯著優(yōu)點(diǎn)。首先，該系統(tǒng)具有較高的智能化水平。通過(guò)集成可燃?xì)怏w傳感器和電阻式薄膜壓力傳感器，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境狀況，如是否存在可燃?xì)怏w。這種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能大大增強(qiáng)了房屋的安全性，有效避免了潛在的安全隱患。同時(shí)，利用LCD1602顯示屏，系統(tǒng)可以清晰地顯示房屋當(dāng)前所處的現(xiàn)狀，為用戶提供了極大的便利。其次，該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上具有較高的靈活性和可擴(kuò)展性。通過(guò)內(nèi)外雙鍵盤的設(shè)計(jì)，用戶可以方便地控制居家環(huán)境，例如屋內(nèi)開(kāi)關(guān)門操作。此外，系統(tǒng)的軟件部分采用了模塊化設(shè)計(jì)，使得后續(xù)的功能擴(kuò)展和升級(jí)變得更加容易。例如，可以在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加語(yǔ)音播報(bào)、人臉識(shí)別等先進(jìn)功能，進(jìn)一步提升家居的智能化水平。最后，該系統(tǒng)在成本控制方面也表現(xiàn)出色。采用STC89C51單片機(jī)作為核心控制器，不僅降低了系統(tǒng)的硬件成本，還使得系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)變得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。同時(shí)，通過(guò)合理的電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化，系統(tǒng)在保證性能的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了較低的能耗。盡管基于STC89C51單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在一些不足之處。系統(tǒng)的按鍵設(shè)計(jì)仍存在一定的局限性。目前，系統(tǒng)僅采用了內(nèi)外雙鍵盤的設(shè)計(jì)，而未能在每層都設(shè)置上下行檢測(cè)的按鍵。這可能會(huì)在一定程度上影響用戶的使用體驗(yàn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以考慮采用更先進(jìn)的按鍵設(shè)計(jì)方案，如觸摸屏或語(yǔ)音識(shí)別等，以進(jìn)一步提升系統(tǒng)的便利性和智能化水平。（三）設(shè)計(jì)內(nèi)容此設(shè)計(jì)以STC89C51單片機(jī)為控制核心，利用其強(qiáng)大的處理能力和豐富的接口資源，實(shí)現(xiàn)電梯的全方位控制。在軟件設(shè)計(jì)方面，系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，將各個(gè)功能模塊進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。同時(shí)，系統(tǒng)還進(jìn)行了嚴(yán)格的仿真測(cè)試和實(shí)物測(cè)試，確保各項(xiàng)功能均能滿足設(shè)計(jì)要求。二、設(shè)計(jì)方案（一）設(shè)計(jì)的目的和要求1.設(shè)計(jì)的目的智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)最典型的一個(gè)實(shí)例，利用物聯(lián)網(wǎng)理論基礎(chǔ)，將家居中的各種設(shè)備，如安防系統(tǒng)(智能門禁防盜)、光線系統(tǒng)(智能照明遮陽(yáng))、溫控系統(tǒng)(智能空調(diào)電暖)、影音系統(tǒng)(智能電視音箱)、廚房系統(tǒng)(智能烹飪消毒)、衛(wèi)生間系統(tǒng)(智能淋雨洗衣)、環(huán)境監(jiān)測(cè)(智能數(shù)據(jù))等連接到一起，提供防盜報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、溫度控制、遠(yuǎn)程軟件家電控制、遠(yuǎn)程電話控制、紅外遙控轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時(shí)控制等多種功能和手段。與當(dāng)下普通家居相比，智能家居不但具有普通家居的傳統(tǒng)居住功能。還兼有互聯(lián)網(wǎng)通信、設(shè)備自動(dòng)化、家電信號(hào)化等功能，為信息一體化提供一個(gè)全面的交互平臺(tái)，一方面可以為用戶節(jié)約很多消耗資金成本，另一方面可以節(jié)約能源，為保護(hù)環(huán)境做出不菲貢獻(xiàn)。2.設(shè)計(jì)的要求(1)通過(guò)觀察現(xiàn)有智能家居簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)一款小型智能家居控制系統(tǒng):(2)確定研究方向后查閱資料，搜索網(wǎng)上資源，學(xué)習(xí)Proteus，Keil等工具的用法，動(dòng)手制作這款小型智能家居控制系統(tǒng):(3)通過(guò)小型智能家居控制系統(tǒng)了解產(chǎn)品的主要工作原理以及用技術(shù)和需求分析未來(lái)可能的發(fā)展方向趨勢(shì)。（二）設(shè)計(jì)思路首先，主要介紹了智能家居控制系統(tǒng)的選題背景和應(yīng)用價(jià)值，介紹了本文的主要工作和內(nèi)容。其次，主要介紹了智能家居控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思想，所分的六個(gè)模塊以及每個(gè)模塊的方案選擇。然后，主要是分模塊地介紹了智能家居控制系統(tǒng)的硬件基本結(jié)構(gòu)，采用塊化的方式使電路分析起來(lái)更有條理，方便易懂。最后，主要是沿用硬件電路分析方法，分模塊地介紹了本智能家居控制系統(tǒng)的軟件程序結(jié)構(gòu)，先將負(fù)責(zé)不同職能的各個(gè)軟件模塊通過(guò)主程序框圖劃分出來(lái)然后逐一列程序框圖介紹不同的模塊的程序，最后再用主程序貫穿整個(gè)系統(tǒng)。介紹實(shí)現(xiàn)本課題的幾個(gè)軟件以及各個(gè)軟件輸出的結(jié)果，最后描述了制作出的成品調(diào)試現(xiàn)象。1.硬件部分智能家居控制系統(tǒng)用到的是以下幾個(gè)模塊:①智能家居控制系統(tǒng)控制模塊②紅外模塊③時(shí)鐘模塊④溫度模塊⑤電磁繼電模塊(外接)⑥顯示模塊。智能家居控制系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)如圖2-1所示：圖2-1智能家居控制系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)圖顯示模塊LCD1602。液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用的是LCD1602，它是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的液晶顯示器，它的顯示的內(nèi)容為16X2，即可以顯示兩行，每行16個(gè)字符（顯示字符和數(shù)字）。LCD1602的實(shí)物圖和結(jié)構(gòu)原理圖分別如圖2-2和2-3所示。（正面）（背面）圖2-2LCD1602的實(shí)物圖圖2-3LCD1602的結(jié)構(gòu)原理圖1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊通過(guò)電壓以及調(diào)用程序?qū)ζ溥M(jìn)行控制，把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”?？刂泼畋鞮CD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器有11條控制指令，如表3.1所示。表2.1LCD1602控制指令I(lǐng)/D=0表示寫入數(shù)據(jù)后光標(biāo)左移，I/D=1表示寫入數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移。S=0表示寫入數(shù)據(jù)后顯示屏不移動(dòng)，S=1時(shí)，如果I/D=1且有字符寫入時(shí)顯示屏左移，否則右移。（顯示屏整體左移或右移，其實(shí)就是屏幕上所有文字左移或右移）D=1顯示屏開(kāi)，D=0顯示屏關(guān)。C=1時(shí)光標(biāo)出現(xiàn)在地址計(jì)數(shù)器所指的位置，C=0時(shí)光標(biāo)不出現(xiàn)。B=1時(shí)光標(biāo)閃爍，B=0時(shí)光標(biāo)不閃爍。S/C=0，RL=0時(shí)光標(biāo)左移1位，地址計(jì)數(shù)器減1。（光標(biāo)所在位置一般為地址計(jì)數(shù)器位置）S/C=0，RL=1時(shí)光標(biāo)右移1位，地址計(jì)數(shù)器加1。S/C=1，RL=0時(shí)顯示器上字符全部左移1個(gè)字符位置，光標(biāo)保持不動(dòng)。S/C=1,RL=1時(shí)顯示器上字符全部右移1個(gè)字符位置，光標(biāo)保持不動(dòng)。DL=1時(shí)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8位，DL=0時(shí)為使用D7-D4共4位，分兩次送一字節(jié)。N=0為單行顯示，N=1時(shí)為雙行顯示。F=1時(shí)為5×10點(diǎn)陣字體，F(xiàn)=0時(shí)為5×7點(diǎn)陣字體。BF=1時(shí)LCD忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)；BF=0時(shí)LCD就緒。時(shí)鐘模塊方案選擇?？梢允褂米詭щ姵氐?2C887芯片或控制起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單的DS1302芯片。前者主要是時(shí)間可以一次設(shè)置成型，不必反復(fù)修改程序，因?yàn)橛须姵卦陉P(guān)機(jī)時(shí)讓芯片自動(dòng)計(jì)時(shí);后者需要持續(xù)的供電，若中間斷電則再次通電開(kāi)機(jī)需要重置時(shí)間，由于使用的MX-51開(kāi)發(fā)板DS1302芯片是既有的，且我們只需要將所設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)的時(shí)間顯示模塊表達(dá)出即可。DS1302芯片是在DS1202芯片的基礎(chǔ)上增加了雙電源管腳、七字節(jié)存儲(chǔ)器的特性。雙電源管腳一方面用于主電源供電、另一方面用于備用電源供電，是可編程的涓流充電電源。在電話傳真、便攜式電池供電的時(shí)間日期顯示設(shè)備(儀器儀表等)領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。圖2-4DS1302芯片是在DS1202芯片比較圖紅外模塊方案選擇常見(jiàn)的適用于紅外模塊的芯片有TC6122D、BC7210A、PT2262、TC9012本課題使用的是功能適宜，較為常見(jiàn)，價(jià)格又便宜的TC9012。溫度傳感器的種類繁多，例如DS18B20、TMP35、DS1620等。本次智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的是DS18B20溫度傳感器。DS1620與DS18B20的區(qū)別是可以脫離單片機(jī)或電腦自行溫度控制，本課題的核心在于單片機(jī)控制，因此DS1620的功能不予考慮。DS18B20芯片體積很小，隨之的硬件開(kāi)消也很小，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。每次讀取溫度前都需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜精準(zhǔn)的時(shí)序處理，讀出的數(shù)據(jù)是直接的溫度值不是模擬量，因而抗外屆干擾能力很強(qiáng)，精度高。使用這個(gè)芯片對(duì)于智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方便、合理。況且，我們將硬件成本轉(zhuǎn)化為軟件成本，節(jié)約了資源。電磁繼電模塊方案選擇。本課題使用的是較為常見(jiàn)的SRD-05VDC型號(hào)電磁繼電器，它有四路繼電器可擴(kuò)展，每個(gè)繼電器電路分別配有一個(gè)顯示電路通斷的指示燈，方便觀測(cè)。2.軟件部分在系統(tǒng)仿真的軟件部分，詳細(xì)描述了基于STC89C51單片機(jī)的智能電梯控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊及其交互邏輯。單片機(jī)初始化：配置STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘頻率，確保系統(tǒng)運(yùn)行在正確的時(shí)序上。初始化端口設(shè)置，包括內(nèi)外雙鍵盤輸入端口、LCD1602顯示端口、MQ-9可燃?xì)怏w傳感器和薄膜壓力傳感器的數(shù)據(jù)接收端口等。配置IIC通信協(xié)議參數(shù)，用于ADS1115模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與51單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。外設(shè)初始化：初始化LCD1602顯示屏，設(shè)置顯示模式、對(duì)比度等參數(shù)。圖2-5系統(tǒng)仿真圖三、系統(tǒng)整體測(cè)試方案系統(tǒng)使用內(nèi)外部矩陣按鍵控制電梯進(jìn)行上下行以及電梯門的開(kāi)合,超重和可燃?xì)怏w檢測(cè)為自動(dòng)進(jìn)行,檢測(cè)到超重則會(huì)在LCD1602顯示相應(yīng)的重量信息,檢測(cè)到可燃?xì)怏w會(huì)進(jìn)行報(bào)警。針對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行測(cè)試,檢測(cè)項(xiàng)目整體是否有不符合設(shè)計(jì)要求的地方,檢測(cè)安全機(jī)制是否能夠正常運(yùn)行,檢測(cè)電梯是否能夠正常運(yùn)作,對(duì)于系統(tǒng)異常狀態(tài)是否能夠進(jìn)行報(bào)警,檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于輸人的敏感程度。針對(duì)系統(tǒng)整體測(cè)試要求提出以下五個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè),并記錄測(cè)試結(jié)果。硬件設(shè)計(jì)部分具體包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示電路、DRV8833電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊模塊和報(bào)警電路。硬件設(shè)計(jì)總框圖如圖3-1所示。電源電路電源電路DRV8833電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊顯示模塊LCD1602報(bào)警模塊STC89C52RC晶振電路復(fù)位電路圖3-1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總框圖本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為控制核心，利用其擴(kuò)展口連接相關(guān)的外圍電路，通過(guò)不同的程序可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。下面就來(lái)了解一下單片機(jī)STC89C52。單片機(jī)STC89C52的特點(diǎn)。STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期8051CPU。1個(gè)機(jī)器周期=6個(gè)震蕩周期=12時(shí)鐘周期。2、工作電壓：5.5V-3.4V（5V單片機(jī)）/3.8V-2.0V（3V單片機(jī)）。3、工作頻率范圍：0-40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz。實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。4、用戶應(yīng)用程序空間4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字節(jié)。5、片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM。6、通用I/O口（32/36個(gè)），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為I/O口用時(shí)，需加上拉電阻。7、ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器/仿真器可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，8K程序3秒即可完成一片8、EEPROM功能：電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器，一種掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲(chǔ)芯片。EEPROM可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程。一般用在即插即用。9、具有看門狗功能：看門狗是用來(lái)自動(dòng)復(fù)位的一個(gè)定時(shí)器，只要在定時(shí)時(shí)間內(nèi)能夠接收到單片機(jī)的數(shù)據(jù)的，說(shuō)明單片機(jī)沒(méi)有走死，如果走死了就收不到，那么看門狗對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。所以由它作為本次設(shè)計(jì)的核心還是非常合適的。（a）（b）（c）圖3-2燒錄過(guò)程1)如圖所示，本課題最終實(shí)物結(jié)果展示。圖3-3系統(tǒng)實(shí)物圖2)如圖所示，為開(kāi)機(jī)初始化，液晶顯示屏第一行顯示時(shí)間(9:11:02)，第二行顯示繼電器(JDQ)、溫度(28.89℃)。圖3-4系統(tǒng)初始化3)如圖所示，遙控器按下“1”時(shí)繼電器與液晶顯示屏的現(xiàn)象:此時(shí)繼電器1燈亮，液晶顯示屏顯示JDQ0，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期相符。圖3-5遙控控制繼電器1開(kāi)工作4)如圖所示，針對(duì)遙控器按下“2”時(shí)繼電器與液晶顯示屏的現(xiàn)象:此時(shí)繼電器2燈亮，繼電器1等保持亮態(tài)，液晶顯示屏顯示當(dāng)前的操作JDQ1，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期相符。圖3-6系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總框圖5)如圖所示，針對(duì)三個(gè)繼電器全部通路時(shí)，遙控器再次按下“3時(shí)”繼電器與液晶顯示屏的現(xiàn)象:此時(shí)繼電器3燈滅，繼電器1、2燈保持亮態(tài)，液晶顯示屏顯示當(dāng)前的操作JDQ2，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)期相符。圖3-7系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總框圖四、系統(tǒng)存在的問(wèn)題本設(shè)計(jì)大體符合本次智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的要求,但仍存在以下問(wèn)題。比如開(kāi)發(fā)板的使用限制了很多更好芯片的選擇，以至于時(shí)間這個(gè)數(shù)值需要在每次開(kāi)啟時(shí)重新設(shè)置，而設(shè)置時(shí)間需要在軟件里，沒(méi)有把它跟硬件結(jié)合放在功能里，使用鍵盤或者遙控器設(shè)置，當(dāng)然這也是為了操作的簡(jiǎn)便和該功能與課題并無(wú)直接聯(lián)系的原因。也是因?yàn)樗x擇的液晶顯示屏顯示空間有限，顯示的內(nèi)容也有限導(dǎo)致課題能夠?qū)崿F(xiàn)的功能比較少。本課題設(shè)計(jì)也仍有很多可拓展空間，比如繼電器模塊可拓展為定時(shí)開(kāi)關(guān)控制，液晶屏可以拓展為彩色數(shù)字大屏或觸屏，遙控控制模塊可以拓展為互聯(lián)網(wǎng)軟件遠(yuǎn)程控制或電話控制，增加防盜系統(tǒng)，增加天氣顯示功能、光敏模塊控制智能燈光、遠(yuǎn)程操控?zé)崴鳠?。可以拓展的還有好多好多，本課題起到的是拋磚引玉的功能，而這些功能在不久的將來(lái)一定會(huì)實(shí)現(xiàn)，并且會(huì)成指數(shù)地速度發(fā)展到家家戶戶都用智能家居，價(jià)格低廉。結(jié)論經(jīng)過(guò)對(duì)硬件電路的細(xì)致梳理，程序的編寫，精心的調(diào)試，我基本成功完成了“基于單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”研究撰寫。項(xiàng)目初期，我設(shè)計(jì)的邏輯是遙控器按鍵控制繼電器通斷，確保一次僅有一路繼電器接通，即按鍵對(duì)應(yīng)的電路為唯一通路。然而，在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)這一邏輯對(duì)于智能家居的實(shí)用性存在局限，因?yàn)榧彝ル娖鞯拈_(kāi)關(guān)操作通常需要相互獨(dú)立。因此，我對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)前更為合理的功能。盡管我在設(shè)計(jì)上傾注了大量心血，但項(xiàng)目仍存在一些局限性。例如，開(kāi)發(fā)板的選擇限制了更先進(jìn)芯片的應(yīng)用，導(dǎo)致每次開(kāi)機(jī)時(shí)都需要重新設(shè)置時(shí)間，且這一設(shè)置需在軟件內(nèi)完成，未能與硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)通過(guò)鍵盤或遙控器設(shè)置的功能。此外，由于所選液晶顯示屏的顯示空間有限，導(dǎo)致系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能相對(duì)較少。然而，這并不意味著項(xiàng)目的潛力已被充分挖掘。相反，該系統(tǒng)仍有諸多可擴(kuò)展之處。例如，繼電器模塊可以升級(jí)為定時(shí)開(kāi)關(guān)控制，液晶屏可以升級(jí)為彩色數(shù)字大屏或觸摸屏，遙控控制模塊可以拓展為互聯(lián)網(wǎng)軟件遠(yuǎn)程控制或電話控制。此外，還可以增加防盜系統(tǒng)、天氣顯示功能、光敏模塊控制智能燈光以及遠(yuǎn)程操控?zé)崴鞯裙δ?。這些拓展功能不僅豐富了智能家居系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景，也預(yù)示著智能家居未來(lái)的發(fā)展方向。我相信，在不久的將來(lái)，這些功能將逐一實(shí)現(xiàn)，并以驚人的速度普及到千家萬(wàn)戶，同時(shí)保持親民的價(jià)格。我的這個(gè)項(xiàng)目雖然只是智能家居領(lǐng)域的一個(gè)小小嘗試，但我相信它能夠激發(fā)更多創(chuàng)新和進(jìn)步，推動(dòng)智能家居行業(yè)的蓬勃發(fā)展。參考文獻(xiàn)[1]李群芳．單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)（第3版）．電子工業(yè)出版社，2024[2]楊欣．51單片機(jī)應(yīng)用實(shí)例詳解．清華大學(xué)出版社，2020[3]唐海晨.基于STM32單片機(jī)家電控制及家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].長(zhǎng)江信息通信,2022,35(09):69-71.[4]王金碩,張紫陽(yáng),鄭昌威,等.智能電梯語(yǔ)音識(shí)別控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用,2024,14(03):199-202.[5]楊昊航.基于PLC的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].吉林建筑大學(xué),2022.[6]胡林林,付龍,吳偉.基于AT89C52單片機(jī)的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息技術(shù)與信息化,2021,(12):75-78.[7]袁濤．單片機(jī)原理及其應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，2012：61-65頁(yè)[8]周國(guó)雄．單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)精講．中國(guó)鐵道出版社，2011：216-233頁(yè)[9]Y.S.HuangM.S.Young．AnAccurateUltrasonicDistanceMeasurementSystemwithSelfTemperatureCompensation[J]．Instrumentationscience&technology，2009，37(01)：22-29[10]Sv.NoykovCh.Roumenin．Calibrationandinterfaceofapolaroidultrasonicsensorformobilerobots[J]．SensorsandActuators，2007，135(01)：55-58[11]L.Bergman．Ultrasonics[Russiantranslation]．Izd.Inostr.Lit.,Moscow，2024[12]V.A.Krasil'nikov．SonicandUltrasonicWaves[inRussian]．FizmatgizMoscow，2020[13]M.MokhtarandE.Richardson．ProceedingsoftheRoyalSociety．1945，184[14]周峻臣,李磊.基于單片機(jī)的ZigBee智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].電工技術(shù),2019,(24):10-11.[15]王洪生.基于單片機(jī)與傳感器的智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2020,(22):24-27[16]莫先.基于STM32單片機(jī)家電控制及家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].重慶理工大學(xué),2016.

致謝隨著本設(shè)計(jì)題目的撰寫完成，我心懷感激，向每一位在此過(guò)程中給予我無(wú)私幫助與堅(jiān)定支持的伙伴致以最深的謝意。這段經(jīng)歷不僅是我學(xué)術(shù)知識(shí)的綜合運(yùn)用，更是一次寶貴的人生歷練。首先，我要感恩我的學(xué)校，這片滋養(yǎng)夢(mèng)想與智慧的沃土。在這里，我不僅汲取了深厚的專業(yè)知識(shí)，更在實(shí)踐中不斷錘煉解決問(wèn)題