《基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》10000字（論文）

目錄緒論課題設(shè)計(jì)背景以及設(shè)計(jì)意義隨著軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，目前單片機(jī)控制器作為系統(tǒng)核心處理裝置，已經(jīng)在各類場(chǎng)景中得到了大量的應(yīng)用，并且使用其設(shè)計(jì)的產(chǎn)品已經(jīng)遍布生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，比如城市交通信號(hào)燈控制裝置，工廠流水線控制中心，健康電子設(shè)備控制裝置，住宅電梯控制裝置等等[1]。單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為我們的生活提供了很多便利。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步，相比生活質(zhì)量的提升，人們更加注重生活舒適性的提升，因此人們對(duì)于家居環(huán)境的舒適度以及安全性有了更高的要求。目前市面上所售賣的各種智能家居控制系統(tǒng)功能較多，操作上也存在著較大的差異。目前能夠滿足人們基本需求的智能家居室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)較少，并且有的智能家居室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)，僅能實(shí)現(xiàn)某一方面的功能，例如對(duì)環(huán)境當(dāng)中的光照強(qiáng)度進(jìn)行控制，對(duì)環(huán)境當(dāng)中的溫濕度進(jìn)行檢測(cè)控制，對(duì)煙霧濃度超標(biāo)或者發(fā)生火災(zāi)時(shí)進(jìn)行報(bào)警等等，在對(duì)這些智能家居在進(jìn)行控制的時(shí)候，由于其功能較為單一，因此在進(jìn)行互聯(lián)的時(shí)候較為復(fù)雜，并且兼容性較差，難以得到有效的整合[2]且市面上智能家居控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴，普通消費(fèi)者難以承受。在未來(lái)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，更加便捷以及功能更加完善的智能家居設(shè)備將會(huì)越來(lái)越受到人們的青睞。近幾年隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，無(wú)線遙控產(chǎn)品種類越來(lái)越多，通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程連接，可以極大的提高相關(guān)設(shè)備的安全性，并且在后期進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制的時(shí)候，能夠使用統(tǒng)一的遠(yuǎn)程管理終端,也能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)連接控制。本設(shè)計(jì)的重要性在于采用了遠(yuǎn)程遙控的思路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居環(huán)境的調(diào)節(jié)控制，在現(xiàn)有的智能家居環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)上更好地實(shí)現(xiàn)了人機(jī)互動(dòng)，能夠讓家居環(huán)境按照人們的意愿實(shí)時(shí)調(diào)整，在提高家居環(huán)境舒適度的同時(shí)也最大程度的降低了能源消耗。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，完成了裝置的硬件選型、電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、程序編寫以及實(shí)物安裝調(diào)試，相較于現(xiàn)有的研究設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)比較系統(tǒng)化，裝置的使用性能也相對(duì)更具有優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)能夠通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作[3-5]，對(duì)光照強(qiáng)度、溫濕度以及煙霧濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)繼電器進(jìn)行控制，可以使控制系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)潔，高效。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)，由于巨大的市場(chǎng)潛力，越來(lái)越多的大型國(guó)際科技公司將目光投向了的智能家居領(lǐng)域。目前，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的智能家居控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展已經(jīng)逐漸成熟[6-8]。比較主流的智能家居產(chǎn)品有美國(guó)control4公司的智能家居OS3系統(tǒng)，它可以個(gè)性化定制并編排設(shè)備、場(chǎng)景和房間，可以輕松、快速地調(diào)節(jié)和控制智能家居，可以實(shí)現(xiàn)影音娛樂(lè)、對(duì)講、照明、煙霧監(jiān)控、控制空調(diào)和控制窗簾等功能。法國(guó)羅格朗公司的LegrandConnect智能家居控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)燈光、可視對(duì)講及控制窗簾、安全防控以及其它場(chǎng)景控制功能。德國(guó)西門子公司SieNeuro智能家居控制系統(tǒng)，采用服務(wù)開(kāi)發(fā)和AWS技術(shù)，涵蓋感應(yīng)器、溫控器、智能插座、智能開(kāi)關(guān)等八個(gè)品類超過(guò)20款智能硬件產(chǎn)品，通過(guò)手機(jī)APP和云端后臺(tái)提供功能服務(wù)。日本在很多年前便開(kāi)始研發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一管理的智能家居設(shè)備，并且在設(shè)計(jì)智能家居的過(guò)程當(dāng)中提出了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，并引出了家庭總線控制這一技術(shù)，該種技術(shù)能夠在小區(qū)當(dāng)中多個(gè)家庭戶當(dāng)中進(jìn)行使用，能夠接受大量的數(shù)據(jù)信息，為建設(shè)智能化小區(qū)提供了大力的支持。這種控制方式可以極大的保證人們的使用需求，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候利用了智能化的控制方式對(duì)家庭內(nèi)部設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能控制[9-11]。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)智能家居行業(yè)在進(jìn)行發(fā)展的過(guò)程當(dāng)中主要是經(jīng)歷了三個(gè)階段，第一階段就是2007年以前的互聯(lián)網(wǎng)階段，該階段主要是由國(guó)內(nèi)的相關(guān)科研機(jī)構(gòu)對(duì)安防控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的研究，以及設(shè)計(jì)出部分的產(chǎn)品[12]，在2004年成立了中國(guó)家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，該聯(lián)盟使智能安防設(shè)備開(kāi)始進(jìn)入到家庭當(dāng)中。第二階段是2007年至2012年，該階段主要是屬于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，中國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域開(kāi)始進(jìn)入快速發(fā)展，2010年TCL成功研制了中國(guó)第1臺(tái)基于Android的智能互聯(lián)網(wǎng)電視[13]，2012年海爾發(fā)起了成立中國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的口號(hào)。第三階段則是從2012年開(kāi)始的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，在國(guó)家政策扶持下，國(guó)內(nèi)大部分的科技公司便開(kāi)始紛紛進(jìn)入到智能家居行業(yè)當(dāng)中，使得整個(gè)智能家居控制系統(tǒng)在發(fā)展的時(shí)候呈現(xiàn)較為迅猛的態(tài)勢(shì)，基于各種控制系統(tǒng)特別是語(yǔ)音控制系統(tǒng)的智能家居控制系統(tǒng)層出不窮，越來(lái)越多的智能產(chǎn)品開(kāi)始融入到普通的家庭生活當(dāng)中[14]。華為、格力、小米和海爾等3C企業(yè)和家電行業(yè)，在智能家居產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程當(dāng)中也各有建樹(shù)。比如格力電器在2019年中國(guó)家電及消費(fèi)電子博覽會(huì)展示了格力公司在智能家居領(lǐng)域的發(fā)展成果，以集成化的系統(tǒng)打造了現(xiàn)代智能家居智能化、健康化、綠色化的新業(yè)態(tài)[15]。1.3論文主要設(shè)計(jì)內(nèi)容面向智能家居系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)遙控裝置系統(tǒng)，對(duì)其實(shí)現(xiàn)主要結(jié)合單片機(jī)技術(shù)、傳感器數(shù)據(jù)采集技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)等，通過(guò)系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)各種所需的功能。本文主要分為6個(gè)章節(jié):第一章分析了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景和設(shè)計(jì)意義，介紹了國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，表明了設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的重要性以及目的。第二章分析了系統(tǒng)的整體方案，并且對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和整體的設(shè)計(jì)框圖進(jìn)行了介紹。第三章設(shè)計(jì)分析了整個(gè)系統(tǒng)的硬件組成部分，同時(shí)對(duì)于各個(gè)部分的模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包含單片機(jī)電路、液晶顯示器、溫濕度采集、煙霧濃度采集、光照強(qiáng)度采集，以及WIFI通信和報(bào)警。第四章分析了整個(gè)系統(tǒng)的軟件部分，主要包含主程序整體設(shè)計(jì)部分以及各個(gè)模塊的軟件設(shè)計(jì)部分。第五章介紹了硬件系統(tǒng)部分以及軟件系統(tǒng)部分的調(diào)試過(guò)程。第六章總結(jié)了全文，并對(duì)下一步工作進(jìn)行了展望。

2整體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要通過(guò)外部的傳感器檢測(cè)環(huán)境當(dāng)中的各種參數(shù)信息，對(duì)室內(nèi)影響人舒適度的主要因素進(jìn)行分析，比如光照、溫度和濕度等，因此需要對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的采集以及控制。同時(shí)為了應(yīng)對(duì)室內(nèi)火災(zāi)，也需要對(duì)室內(nèi)煙霧濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)分析室內(nèi)煙霧濃度數(shù)值，從而判斷室內(nèi)火災(zāi)情況。為了提高遙控裝置的可操作性和交互性，采用液晶顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)信息，并利用WiFi通信模塊來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸，將采集到的數(shù)據(jù)上傳到手機(jī)終端，利用手機(jī)查看家居環(huán)境參數(shù)，通過(guò)手機(jī)對(duì)遙控裝置進(jìn)行控制，來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)各監(jiān)測(cè)參數(shù)。2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行整體硬件以及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要按照設(shè)計(jì)的思路來(lái)進(jìn)行繪制硬件設(shè)計(jì)框圖。整體硬件設(shè)計(jì)如圖2-1所示：圖2-1整體硬件設(shè)計(jì)(1)STC89C52單片機(jī)：該單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中的核心，它的作用是對(duì)來(lái)自溫濕度傳感器模塊的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解析，同時(shí)也能夠通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行采集外部的煙霧濃度狀況以及光照信息狀況，并且還能夠利用按鍵來(lái)進(jìn)行輸入相應(yīng)的閾值范圍，在處理的過(guò)程當(dāng)中接收到上述輸入信號(hào)之后進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，同時(shí)對(duì)控制結(jié)果進(jìn)行輸出，外部設(shè)備主要包含液晶顯示器裝置，以及報(bào)警裝置和WiFi通信單元模塊。(2)傳感器MQ-2：煙霧濃度傳感器在進(jìn)行使用的時(shí)候，其主要作用是可以實(shí)時(shí)采集當(dāng)前環(huán)境的煙霧濃度，并且能夠?qū)⒃摕熿F濃度的信息進(jìn)行電路的轉(zhuǎn)換，通過(guò)電路方面的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)進(jìn)行輸出。(3)DHT11溫濕度模塊：該溫濕度傳感器能夠通過(guò)內(nèi)部的采集電路，對(duì)環(huán)境當(dāng)中的溫度以及濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信息進(jìn)行控制輸出，利用單片機(jī)進(jìn)行處理任務(wù)，完成環(huán)境當(dāng)中溫度以及濕度的采集功能。(4)ADC0832模數(shù)模塊：由于單片機(jī)控制器不具備模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，因此在采集模擬電壓的時(shí)候，需要借助相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊為ADC0832，該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊能夠同時(shí)轉(zhuǎn)換兩路模擬電壓，使其能夠轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字電壓信號(hào)，以便進(jìn)行讀取。(5)LCD1602液晶顯示器：LCD1602顯示器所起到的主要作用是能夠進(jìn)行人機(jī)交互，將采集到的溫度濕度以及煙霧濃度信息和光照數(shù)值信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，也能夠顯示閾值信息。(6)WIFI通信模塊：為了能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送，因此需要利用WiFi通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。該模塊能夠?qū)⒃搯纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)與手機(jī)建立起數(shù)據(jù)連接，完成數(shù)據(jù)的傳送。2.3本章小結(jié)本章主要介紹了整個(gè)系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)了總體的設(shè)計(jì)框圖，對(duì)硬件框圖的組成部分進(jìn)行了功能分析。

3整體硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)3.1.1STC89C52單片機(jī)的介紹STC89C52單片機(jī)處理器屬于八位型單片機(jī)處理器，該單片機(jī)的內(nèi)部具有一個(gè)8K字節(jié)大小的flash存儲(chǔ)空間。既可以利用該存儲(chǔ)空間來(lái)進(jìn)行程序的存儲(chǔ)，又可以對(duì)計(jì)算過(guò)程當(dāng)中輸出的數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)進(jìn)行保存。該單片機(jī)在進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程當(dāng)中，主要采用了CMOS的生產(chǎn)工藝。利用該生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的單片機(jī)處理器，不僅可以大大縮小單片機(jī)的體積，還可以在很大程度上降低單片機(jī)的功耗，提高單片機(jī)的性能。STC89C52單片機(jī)實(shí)物圖如圖3-1所示：圖3-1STC89C52單片機(jī)實(shí)物圖3.1.2單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了使STC89C52單片機(jī)可以進(jìn)行程序的運(yùn)行，則需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行外部電路焊接處理。能夠使單片機(jī)進(jìn)行工作的最精簡(jiǎn)電路被稱為單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路主要有兩種，分別是單片機(jī)時(shí)鐘電路和單片機(jī)復(fù)位電路。以下是對(duì)這兩種電路的介紹。（1）單片機(jī)復(fù)位電路復(fù)位電路在整體硬件電路的結(jié)構(gòu)上，主要由按鍵，電阻以及電容來(lái)構(gòu)成。它的工作原理是當(dāng)按下復(fù)位電路當(dāng)中的按鍵時(shí)，單片機(jī)的復(fù)位引腳會(huì)連接到高電平信號(hào)上。當(dāng)高電平信號(hào)持續(xù)兩個(gè)單片機(jī)周期時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的相關(guān)操作，讓單片機(jī)進(jìn)行重新啟動(dòng)。（2）單片機(jī)時(shí)鐘電路單片機(jī)時(shí)鐘電路的主要功能是能夠在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候?yàn)閱纹瑱C(jī)運(yùn)行提供頻率信號(hào)。該部分電路主要是由按鍵電阻以及電容所構(gòu)成的。所選擇的晶振大小為11.0592MHz，電容大小為22pf，晶振可以在通電的時(shí)候產(chǎn)生振蕩信號(hào)，電容可以為振蕩信號(hào)提供并聯(lián)諧振回路。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖如圖3-2所示：圖3-2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路原理圖3.2液晶顯示器3.2.1LCD1602液晶顯示器的介紹LCD1602液晶顯示器可以將數(shù)據(jù)信息分為兩行進(jìn)行顯示，總共能夠顯示32個(gè)字符。能夠顯示的內(nèi)容較多，例如可以進(jìn)行漢字顯示，也能夠?qū)Υ笮懽帜高M(jìn)行顯示，同時(shí)還包含數(shù)字。在多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)中都得到了廣泛的應(yīng)用，在一些小型設(shè)備當(dāng)中也開(kāi)始使用這款液晶顯示裝置。使用該液晶顯示器時(shí)，由于該液晶顯示器可以使用對(duì)比度調(diào)節(jié)引腳，因此在不同的亮度下均能夠?qū)崿F(xiàn)清晰的顯示。在進(jìn)行供電時(shí)，該顯示器的功能電壓為5V系統(tǒng)具有較高的抗干擾性能，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性的進(jìn)行工作。液晶顯示器實(shí)物圖如圖3-3所示。圖3-3液晶顯示器實(shí)物圖3.2.2液晶顯示器的電路設(shè)計(jì)通過(guò)上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，得知LCD1602液晶顯示器一共有16個(gè)引腳，它的功能電壓為5V，在與單片機(jī)進(jìn)行連接的時(shí)候并且與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的時(shí)候，必須將各引腳的功能了解清楚，更好的設(shè)計(jì)其電路。LCD1602液晶顯示器的第3號(hào)引腳需要外接相關(guān)電位器，以便用來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)它的對(duì)比度，它的第1號(hào)引腳第16號(hào)引腳需要進(jìn)行電路的連接設(shè)計(jì)，因此需要連接電源的負(fù)極，它的第2號(hào)引腳和第15號(hào)引腳，則需要連接電源的正極。液晶顯示器電路圖如圖3-4所示。圖3-4液晶顯示器電路圖3.3溫濕度的采集3.3.1DHT11溫濕度傳感器為了能夠采集室內(nèi)環(huán)境的溫度以及濕度狀況，需要利用相應(yīng)的傳感器裝置。經(jīng)過(guò)選型，所使用的傳感器為DHT11溫濕度傳感器。該溫濕度傳感器屬于一種能夠進(jìn)行數(shù)字校準(zhǔn)的傳感器輸出裝置，在采集溫度以及濕度的過(guò)程中模塊內(nèi)部具有較高的精準(zhǔn)度和極高的可靠性，同時(shí)能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性的進(jìn)行工作，在模塊的內(nèi)部有一個(gè)電阻式感濕元器件以及NTC測(cè)溫元器件，并且這兩個(gè)傳感器與內(nèi)部的一個(gè)高性能8位單片機(jī)進(jìn)行連接。通過(guò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換。能夠在較為苛刻的環(huán)境當(dāng)中進(jìn)行大范圍的使用，DHT11溫濕度傳感器實(shí)物圖如圖3-5所示。圖3-5DHT11溫濕度傳感器實(shí)物圖3.3.2DHT11電路圖的設(shè)計(jì)在進(jìn)行使用時(shí)，需要將DHT11溫濕度傳感器與單片機(jī)之間建立起數(shù)據(jù)連接。因此在設(shè)計(jì)該部分的時(shí)候，需要繪制相關(guān)的電路原理圖。由器件使用手冊(cè)可以得知，該溫濕度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)的傳輸，如果數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線大于20米，則應(yīng)該外接上拉電阻，進(jìn)行提高程序的穩(wěn)定性。當(dāng)模塊的外部芯片引腳，電平為低電平的時(shí)候，DHT11不進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)，此時(shí)處于忙碌狀態(tài)。DHT11的電路連接圖如下圖所示，其正極連接電源的正，負(fù)極連接電源的地段，中間連接單片機(jī)的引腳，DHT11溫濕度傳感器電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3-6所示。圖3-6DHT11溫濕度電路原理圖3.4MQ-2煙霧濃度傳感器的設(shè)計(jì)在火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，往往會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的煙霧，因此系統(tǒng)需要對(duì)生成的煙霧進(jìn)行實(shí)時(shí)采集處理。采集煙霧濃度所選用的傳感器為MQ-2煙霧濃度傳感器，該煙霧濃度傳感器能夠?qū)崟r(shí)采集當(dāng)前環(huán)境當(dāng)中的相關(guān)的煙霧濃度信息，并且將得到的煙霧濃度信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行輸出，利用相應(yīng)的電路進(jìn)行處理之后便能夠得到煙霧濃度狀況，其輸出的模擬電壓信號(hào)與煙霧濃度之間呈正比例關(guān)系。煙霧濃度傳感器電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3-7所示。圖3-7煙霧濃度傳感器電路設(shè)計(jì)原理圖3.5光照強(qiáng)度的采集光照強(qiáng)度模塊是一種利用光敏作為感光元器件的傳感器單元，該模塊在進(jìn)行工作的時(shí)候，光敏電阻的相關(guān)數(shù)值會(huì)隨著光照強(qiáng)度的變化產(chǎn)生一定的改變，利用其內(nèi)部電阻的電路設(shè)計(jì)，將輸出電壓的信號(hào)通過(guò)電壓信號(hào)來(lái)進(jìn)行一定的判斷處理。STC89C52單片機(jī)采集模擬電壓數(shù)值，將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的光照強(qiáng)度，利用模擬電壓信號(hào)來(lái)判斷當(dāng)前環(huán)境的光照情況。光敏電阻電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3-8所示。圖3-8光敏電阻電路設(shè)計(jì)原理圖3.6報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)執(zhí)行工作的過(guò)程當(dāng)中，如果檢測(cè)到當(dāng)前環(huán)境有大量煙霧濃度產(chǎn)生時(shí)，可能會(huì)有火災(zāi)發(fā)生，此時(shí)則需要報(bào)警。經(jīng)過(guò)綜合選擇后，決定該系統(tǒng)的報(bào)警單元為峰鳴器。在使用蜂鳴器的時(shí)候，它的驅(qū)動(dòng)形式上主要分為兩種，分別是有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器，為了能夠使設(shè)計(jì)變得更加簡(jiǎn)單，在本次設(shè)計(jì)選擇了有源蜂鳴器。在單片機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，由于它的驅(qū)動(dòng)能力較弱，輸出電流較低，為了可以使蜂鳴器得以正常工作，因此需要使用三極管放大電路。三極管放大電路主要是由三極管限流電阻構(gòu)成。蜂鳴器電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3.9所示。圖3-9蜂鳴器電路設(shè)計(jì)原理圖3.7ESP8266WIFI模塊的設(shè)計(jì)Esp8266WIFI模塊是一款物聯(lián)網(wǎng)型專用通信模塊，它可以與單片機(jī)之間進(jìn)行串口通信。在進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，主要利用AT指令進(jìn)行模式的設(shè)置，已經(jīng)數(shù)據(jù)的傳輸，該模塊應(yīng)用范圍較廣，能夠應(yīng)用在智能家居以及智能型物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中。單片機(jī)模塊模式設(shè)置分為STA，AP兩種模式，可以與云終端進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，訪問(wèn)遠(yuǎn)程服務(wù)器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目的。該模塊具備超低功耗的特點(diǎn)，能夠在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中始終保持穩(wěn)定的性能，適合于較為復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，該模塊主要與51單片機(jī)的串口進(jìn)行連接。Esp8266WiFi模塊電路原理圖如圖3-10所示。圖3-10ESP8266WIFI模塊電路原理圖3.8繼電器3.8.1繼電器的相關(guān)作用繼電器是一種具有隔離功能的自動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，它廣泛應(yīng)用于通訊、遙測(cè)、遙控、機(jī)電一體化、自動(dòng)控制以及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一，它通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中。它實(shí)際上是一種用較小的電流去控制較大的電流的“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。在電路中起著安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路、自動(dòng)調(diào)節(jié)等作用。繼電器在本次硬件設(shè)計(jì)中作為開(kāi)關(guān)來(lái)控制外部設(shè)備工作，通過(guò)手機(jī)APP下發(fā)“11，22，33，44”等指令控制繼電器的打開(kāi)與關(guān)閉，圖3-11為繼電器實(shí)物圖。圖3-11繼電器實(shí)物圖3.8.2繼電器在家居環(huán)境調(diào)節(jié)中的用途在家居環(huán)境調(diào)節(jié)中，繼電器可用于家用空調(diào)，加濕器，窗簾等。（1）家用空調(diào)上的繼電器主要用于控制板對(duì)壓縮機(jī)的啟停控制①開(kāi)啟制冷模式時(shí)，當(dāng)室內(nèi)溫度低于或等于設(shè)定溫度，傳感器會(huì)讓繼電器停止工作，不在制冷；當(dāng)室內(nèi)溫度超過(guò)設(shè)定溫度，傳感器會(huì)讓繼電器開(kāi)始空調(diào)的制冷動(dòng)作。②開(kāi)啟制熱模式時(shí)，當(dāng)室內(nèi)溫度低于或等于設(shè)定溫度，傳感器會(huì)讓繼電器停止工作不在制冷；當(dāng)室內(nèi)溫度超過(guò)設(shè)定溫度，傳感器會(huì)讓繼電器開(kāi)始空調(diào)的制熱動(dòng)作。而對(duì)于監(jiān)控和延時(shí)等功能大部分是由電路板的邏輯進(jìn)行控制。此外，繼電器在空調(diào)電路中起到隔離作用、使低壓和高壓隔離，可控硅也可以開(kāi)關(guān)負(fù)載但它不能隔離。也可以把小的驅(qū)動(dòng)電壓變成可以啟動(dòng)更大電流的開(kāi)關(guān)。（2）加濕器中的繼電器主要用與控制加濕器的啟停控制①當(dāng)濕度值超過(guò)或等于設(shè)定值，傳感器會(huì)讓繼電器停止工作，不再對(duì)空氣加濕。②當(dāng)濕度低于設(shè)定濕度值，傳感器會(huì)讓繼電器驅(qū)動(dòng)加濕器工作，對(duì)空氣加濕。（3）窗簾中的繼電器主要用于控制窗簾的開(kāi)關(guān)控制①當(dāng)光照強(qiáng)度超過(guò)肉眼所能接受的程度，傳感器會(huì)讓繼電器關(guān)閉窗簾。②當(dāng)光照強(qiáng)度符合肉眼所能接受的程度，傳感器會(huì)讓繼電器打開(kāi)窗簾。3.9本章小結(jié)本章主要對(duì)面向智能家居的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)遙控裝置使用的單片機(jī)及其外圍硬件模塊進(jìn)行介紹，給出了電路圖設(shè)計(jì)方案。本次設(shè)計(jì)使用STC89C52進(jìn)行開(kāi)發(fā)，涉及的硬件模塊主要有溫濕度監(jiān)測(cè)模塊、LCD顯示器模塊、WIFI連接模塊、MQ-2煙霧監(jiān)測(cè)模塊和繼電器模塊。

4主程序設(shè)計(jì)4.1整體設(shè)計(jì)流程圖首先將系統(tǒng)進(jìn)行初始化，使得DHT11溫濕度傳感器接口來(lái)進(jìn)行初始化操作，然后進(jìn)行溫度以及濕度的采集，同時(shí)進(jìn)行煙霧濃度和光照的采集，系統(tǒng)分析環(huán)境數(shù)據(jù)并進(jìn)行判斷：如果系統(tǒng)當(dāng)中采集到煙霧濃度超標(biāo)時(shí)進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警，當(dāng)光照較弱時(shí)則進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)光，溫度以及濕度超標(biāo)時(shí)點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)指示燈，同時(shí)接受WIFI指令，根據(jù)WIFI指令來(lái)控制設(shè)備工作。整體設(shè)計(jì)流程圖如圖4-1所示。圖4-1整體設(shè)計(jì)流程圖4.2DHT11溫濕度子程序設(shè)計(jì)流程圖在溫濕度系統(tǒng)進(jìn)行程序的執(zhí)行過(guò)程當(dāng)中，首先將該系統(tǒng)進(jìn)行初始化，之后便開(kāi)始進(jìn)行DHT11的初始化，接著配置溫濕度傳感器模塊的引腳，在采集完數(shù)據(jù)之后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，最后單片機(jī)將DHT11所采集到的數(shù)據(jù)顯示到液晶顯示器上。流程圖如圖4-2所示：圖4-2DHT11溫濕度子程序設(shè)計(jì)流程圖4.3WIFI模塊流程圖單片機(jī)與WiFi之間建立起數(shù)據(jù)通信的過(guò)程當(dāng)中，主要是通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。串口通信波特率設(shè)置為9600。首先是單片機(jī)控制WiFi模塊連接到指定網(wǎng)絡(luò)，在進(jìn)行連接的時(shí)候打開(kāi)串口中斷，然后對(duì)WiFi模塊發(fā)送相應(yīng)的連接指令。使WIFI模塊能夠鏈接相應(yīng)的手機(jī)端口，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。該模塊設(shè)計(jì)流程圖如圖4-3所示：圖4-3WIFI模塊程序設(shè)計(jì)流程圖4.4光照以及煙霧濃度模塊流程圖在光照以及煙霧濃度監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于光照模塊以及煙霧濃度模塊輸出均為模擬電壓，因此需要使用ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。在使用AD轉(zhuǎn)換模塊時(shí)，首先系統(tǒng)啟動(dòng)ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，轉(zhuǎn)換完畢后通過(guò)計(jì)算將其轉(zhuǎn)化為光照數(shù)值以及煙霧濃度數(shù)值，流程圖如圖4-4所示：圖4-4光照煙霧AD轉(zhuǎn)換流程圖4.4本章小結(jié)本章主要針對(duì)面向智能家居的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)遙控裝置的功能實(shí)現(xiàn)，對(duì)溫濕度子模塊、WIFI連接模塊、光照以及煙霧濃度等模塊功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為下一步硬件組裝和系統(tǒng)調(diào)試做好準(zhǔn)備。

5系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)硬件調(diào)試在進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要設(shè)計(jì)相關(guān)的電路原理圖，按照需要實(shí)現(xiàn)的功能，利用軟件進(jìn)行電路圖的設(shè)計(jì)。將電路原理圖設(shè)計(jì)完畢后，進(jìn)行硬件的焊接。在進(jìn)行焊接的過(guò)程中，需要先將元器件集中到板子上，按照設(shè)計(jì)的電路圖進(jìn)行擺放。焊接的過(guò)程中先焊接小元器件，再焊接大的元器件，當(dāng)焊接完畢后需要利用萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)各個(gè)元器件的引腳是否存在虛焊以及漏焊。當(dāng)各個(gè)模塊檢測(cè)完畢后，再進(jìn)行綜合調(diào)試，然后下載代碼進(jìn)行測(cè)試。硬件組裝如圖5-1所示：圖5-1硬件設(shè)計(jì)5.1.1連接測(cè)試根據(jù)電路設(shè)計(jì)圖，檢查單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上線路連接是否正確，對(duì)元器件規(guī)格進(jìn)行檢查，使用萬(wàn)用表對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電路連接完好，符合設(shè)計(jì)要求。測(cè)試結(jié)果如圖5-2所示：圖5-2連接測(cè)試圖5.1.2光照及煙霧濃度及溫濕度采集模塊測(cè)試方案：光照及煙霧濃度及溫濕度采集功能通過(guò)觀察LCD1602液晶顯示器顯示相關(guān)信息，以此來(lái)判斷采集功能是否好用。測(cè)試用例：連接好開(kāi)發(fā)板，先不連接DHT11溫濕度傳感器和MQ-2煙霧濃度傳感器，觀察LCD1602液晶顯示器記錄數(shù)據(jù)值，然后再連接DHT11溫濕度傳感器和MQ-2煙霧濃度傳感器，最后進(jìn)行測(cè)光、測(cè)溫濕度、測(cè)煙霧濃度，再次觀察LCD1602液晶顯示器的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)如圖5-3所示：圖5-3光照及溫濕度及煙霧濃度采集模塊測(cè)試結(jié)果：傳感器未連接時(shí)，LCD1602液晶顯示器未檢測(cè)到；連接好后，光照強(qiáng)度、溫濕度、煙霧濃度與周圍環(huán)境一致，功能基本正常。5.1.3WiFi模塊測(cè)試方案：WiFi串口調(diào)試APP能夠?qū)崟r(shí)顯示各環(huán)境變量信息，以此來(lái)判斷監(jiān)測(cè)功能是否正常。測(cè)試用例：連接好開(kāi)發(fā)板，先不連接WiFi模塊，觀察LCD1602液晶顯示器顯示相關(guān)數(shù)值，然后再連接WiFi模塊，配對(duì)好WiFi，觀察APP接收情況。測(cè)試結(jié)果：WiFi未連接時(shí)，LCD1602液晶顯示器未檢測(cè)到；當(dāng)配對(duì)好WiFi后，光照強(qiáng)度、溫濕度、煙霧濃度數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)串口更新到APP上，以達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的效果，顯示的環(huán)境信息與家居環(huán)境一致。具體數(shù)據(jù)顯示如圖5-4所示。圖5-4WiFi模塊手機(jī)APP顯示界面5.1.4報(bào)警模塊測(cè)試方案：報(bào)警模塊能夠超過(guò)或低于煙霧濃度數(shù)值時(shí)，做出相應(yīng)的反饋，以此來(lái)判斷報(bào)警功能是否好用。測(cè)試用例：連接好開(kāi)發(fā)板，觀察LCD1602液晶顯示器顯示相關(guān)數(shù)值，觀察數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果：煙霧濃度未超過(guò)設(shè)定的煙霧濃度數(shù)值時(shí)，不會(huì)自動(dòng)報(bào)警且燈滅；超過(guò)設(shè)定的煙霧濃度數(shù)值時(shí)，則會(huì)自動(dòng)報(bào)警且亮燈。測(cè)試結(jié)果如圖5-5所示。圖5-5報(bào)警模塊5.2系統(tǒng)軟件調(diào)試本系統(tǒng)需要進(jìn)行程序的編寫，所使用的編程軟件為keil4。該款軟件主要是采用了C語(yǔ)言進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)程序的過(guò)程中采用了模塊化的設(shè)計(jì)方式，需要對(duì)每塊部分進(jìn)行子程序的調(diào)試，在調(diào)試完畢各個(gè)部分子程序后進(jìn)行整體程序的調(diào)試，將WIFI模塊鏈接手機(jī)之后觀測(cè)是否進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，在代碼出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候需要進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)在后期也需要進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)不斷地進(jìn)行驗(yàn)證以及修改來(lái)完成系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。下圖5-6為軟件調(diào)試界面成功截圖：圖5-6軟件系統(tǒng)調(diào)試界面5.3本章小結(jié)本章主要對(duì)面向智能家居的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)控制裝置軟件和硬件進(jìn)行調(diào)試，對(duì)客戶終端控制進(jìn)行了調(diào)試，對(duì)遙控裝置硬件組裝和調(diào)試，驗(yàn)證了系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性。

6總結(jié)與展望6.1總結(jié)本次論文主要設(shè)計(jì)了一套面向智能家居的室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)遙控裝置，通過(guò)對(duì)裝置整體方案的設(shè)計(jì)、硬件模塊的設(shè)計(jì)、各硬件功能模塊的設(shè)計(jì)及連接交互實(shí)現(xiàn)，對(duì)客戶端的功能流程進(jìn)行設(shè)計(jì)以及代碼編程，最終實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)遙控裝置，使其能夠使用手機(jī)及硬件裝置對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控核心，能夠?qū)?lái)自溫濕度傳感器模塊的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解析，同時(shí)也能夠通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊，采集外部的煙霧濃度狀況以及光照信息狀況；室內(nèi)監(jiān)測(cè)參數(shù)通過(guò)LCD顯示器進(jìn)行顯示；利用溫濕度傳感器采集家庭室內(nèi)環(huán)境的溫度以及濕度狀況；同時(shí)為了應(yīng)對(duì)火災(zāi)，利用煙霧濃度傳感器采集室內(nèi)煙霧濃度信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析預(yù)警；能夠?qū)κ覂?nèi)光照及溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)遙控裝置實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)內(nèi)容，能夠滿足室內(nèi)環(huán)境的智能調(diào)控，完成了整體的設(shè)計(jì)任務(wù)。6.2展望由于在本次設(shè)計(jì)中時(shí)間有限，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中仍舊有很多的缺點(diǎn)需要去進(jìn)行改進(jìn)，主要有以下兩點(diǎn)：（1）加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性進(jìn)行研究，使本智能家居室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)遙控裝置能夠持久穩(wěn)定的為相關(guān)用戶服務(wù)，且使用精度更高的硬件監(jiān)測(cè)模塊，對(duì)室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)更加精細(xì)化