基于单片机的智能家居安防系统设计.docx
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基于单片机的智能家居安防系统设计
学生姓名：
学生学号：
院（系）：
电气信息工程学院
年级专业：
电子信息工程指导教师：
助理指导教师：
二〇一五年五月
1
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年 月 日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年
月
日
导师签名：
日期：
年
月
日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、
程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装
订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优 □良 □中 □及格 □不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优 □良 □中 □及格 □不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优 □良 □中 □及格 □不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优 □良 □中 □及格 □不及格二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优 □良 □中 □及格 □不及格三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优 □良 □中 □及格 □不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优 □良 □中 □及格 □不及格
建议成绩：
□优 □良 □中 □及格 □不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名） 单位：
（盖章）
年 月 日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优 □良 □中 □及格 □不及格二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优 □良 □中 □及格 □不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优 □良 □中 □及格 □不及格
建议成绩：
□优 □良 □中 □及格 □不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名） 单位：
（盖章）
年 月 日
摘要
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优 □良 □中 □及格 □不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优 □良 □中 □及格 □不及格二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优 □良 □中 □及格 □不及格三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优 □良 □中 □及格 □不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优 □良 □中 □及格 □不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优 □良 □中 □及格 □不及格
评定成绩：
□优 □良 □中 □及格 □不及格教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年 月 日
I
教学系意见：
年 月 日
系主任：
（签名）
ABSTRACT
摘要
随着智能家居在市场上不断的得到推广，智能家居市场的潜力肯定是非常大的，智能家居防盗报警系统作为一个新型产品，其前景必然是一片光明的。
因此，在国内许多智能家居生产企业越来越加强了对该行业市场的重视。
所以对智能家居防盗系统产品的研究具有重要意义。
近年来，电子技术以及应用需求发展迅速，单片机技术也得到了快速的发展，并且在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面都取得了很大的进步。
我们现在完全可以运用单片机、电子温度传感器、热释电传感器、气体传感器等器件构成智能家庭控制系统，使我们的生活更加方便、安全。
本设计采用一块STC12C5202单片机作为控制核心，将温度传感器获取的温度传输给单片机，通过单片机控制液晶显示屏将当前的温度值显示出，并利用按键设置布防和撤销防盗报警。
当设置布防时，热释电传感器将检测入侵者是否闯入。
如果闯入室内，热释电传感器将产生信号，无线发送模块将信号发送出去，接收模块接受到告警信号后解码送给单片机进行处理，单片机控制报警灯亮同时蜂鸣器开始报警，从而达到防盗的作用。
关键词单片机，无线收发，温度采集，智能家居
II
ABSTRACT
Smarthomesecurityalarmsystem,asanewindustrywithintelligenthouseholdcontinuouslypromotedinthemarket,thesmarthomemarketpotentialisverylarge,theindustrymustbeabrightfuture.Therefore,inthedomesticmanyintelligenthouseholdproductionenterprisesistostrengthentherecognitionoftheindustrymarket,Don'tstrengthenstotheenterprisedevelopmentenvironmentandconsumerdemandchangeofdeeperresearch.
Withthedevelopmentofelectronictechnologyandapplicationrequirements,microcontrollertechnologyhasbeenrapiddevelopment,andinhighintegration,highspeed,lowpowerconsumptionandhighperformancehasmadegreatprogress.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,electronictechnologyhasahigherleap,wenowcanusesinglechipmicrocomputer,electronictemperaturesensorandpyroelectricsensor,gassensorcomponentssuchasintelligenthomecontrolsystem,makeourlifemoreconvenientandsafe.
ThisdesignUSESaSTC12C5202singlechipmicrocomputerascontrolcore,transmittoMCU,thetemperatureofthetemperaturesensorsthroughthesingle-chipmicrocomputercontrolLCDdisplaythecurrenttemperaturevalueshows,andusetheSettingsprotectionandalarm.Whensettingprotection,pyroelectricsensorswilldetectifanintruderbrokeinto.Ifenterindoor,pyroelectricsensorwillproduceasignal,wirelesstransmissionmodulewillsignalsentout,receivethealarmsignalreceivingmoduleafterdecodingtosinglechipmicrocomputerforprocessing,single-chipmicrocomputercontrolalarmlightsatthesametimeabuzzeralarm.
Keywords Microcontroller, wireless transceiver, temperature acquisition,intelligenthousehold
目
录
目 录
30
摘要 1
ABSTRACT II
1绪 论 3
1.1研究意义 3
1.2国内外的发展现状 3
1.2.1国外的发展现状 4
1.2.2国内发展现状 5
1.3发展趋势 5
2系统设计 7
2.1系统基本方案 7
2.2各模块的方案选择和论证 8
2.2.1控制器模块 8
2.2.2温度检测模块 8
2.2.3显示模块 9
2.2.4电源模块 9
2.2.5无线发送、接收模块 9
2.2.6入侵检测模块 9
3硬件设计 11
3.1单片机基本电路 11
3.2温度测量电路 14
3.3液晶屏显示电路 18
3.4按键电路 20
3.5电源电路 21
3.6无线发送模块、无线接收告警模块 21
4软件设计 24
4.1Keil简介 24
4.2KeiluVision3介绍 24
4.3DS18B20温度传感器的初始化 24
4.4软件设计方案 25
5主电路仿真 26
5.1Proteus仿真软件介绍 26
5.1.1Proteus简介 26
5.1.2Proteus软件的使用 26
5.2主电路仿真图 27
6PCB设计 28
6.1PCB设计软件简介 28
6.2PCB的EMC设计 29
6.2.1元器件布局的基本原则 29
6.2.2布线设计原则 29
6.2.3印制电路板制作流程 29
6.3PCB图 30
7系统测试 31
7.1测试使用的仪器 31
7.2硬件电路调试 31
7.2.1液晶屏显示模块的调试 31
7.2.2画硬件电路时的调试 31
7.2.3温度传感器的调试 31
结束语 32
参考文献 33
附录1：
实物演示图 1
附录2：
程序清单 2
致谢 错误！
未定义书签。
绪
论
1 绪 论
1.1研究意义
当代家庭防范盗贼的主要方式是以安装防盗安全门、防盗锁为主,但是这些防盗设备主要是通过增加相应入室的难度来达到防盗目的。
这种传统的安防系统在实际使用时暴露出很多缺点,且防盗效果往往不尽如人意。
这种防盗方式不仅影响房屋的美观,而且在发生火灾等事故时,住户难以逃生,威胁人们的生命安全。
因此,人们需要有新型的防盗系统--智能家居防盗报警系统。
随着现代科技的快速发展，原来那些简单化、局部化的报警系统已向智能化、集成化的方向发展。
当前市场上常规防盗报警系统主要的通信形式为家庭电话、以太网、集群系统等等，但是这些通信方式都存在各自的缺点。
（1）盗贼在入室前比较容易切断固定电话线或者恶意占线，使其在关键时刻失灵。
（2）以太网和固定电话一样都面临着线路被剪切的问题，且以太网不易被推广使用。
（3）集群系统功耗相当大，其网络架设和管理维护费用很高，其正常使用需要购买固定的频点
随着新器件和新技术的出现，家居安防系统将会更加智能化，选择智能家居防盗报警系统，也将为人们提供更加安全可靠的保障。
智能家居安防系统将为我们的家庭构筑一道坚固的安全防线，有了它我们的生活将会更加美好。
1.2国内外的发展现状
智能家居的发展主要分为三个阶段：
首先是家庭电子化（HomeElectronics）阶段，这个时期主要是面向单个的电器，家庭电器之间并没有形成网络，亦没有大的联系。
其次是住宅自动化（HomeAutomation）阶段，这个时期是面向功能的阶段，一部分的家庭电器之间形成了简单的网络，主要是为了实现某个特定单一的功能，例如单一的自动抄表功能。
最后是家居智能化（欧洲称为SmartHome，美国称为WiseHouse）阶段，这个时期是面向系统设计的阶段，系统通过家庭分布总线把住宅内各种与信息相关的通信设备、家用电器、报警装置并到网络节点中进行集中的监控、管理，保持家电与环境的协调，提供生活、工作、学习以及娱乐的各种优质服务，营造一种温馨舒适的家庭氛围。
智能家居控制系统提供高效、舒适的家居环境，确保住户的生命财产安全；集中或远程调节家居环境的温度、湿度以及风的速度等，同时检查空气成分，提高空气质量；调节音响，电视等娱乐设施，愉悦心情；合理利用太阳能活周遭环境的变化，尽可能的节约能耗，达到合理利用资源；提供现代化的通信、信息服务。
1.2.1国外的发展现状
1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是对一座旧式大楼的一定程度的改造而完成的。
它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。
2000年，新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达4万户。
2003年，网络化家居的建设带来了高达4500亿美元的市场价值，这其中有3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。
现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年，50%以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。
于此同时，由于技术的日益标准化，这些新型智能家居系统将比比尔.盖茨耗资6000万美元的高端别墅便宜得多。
在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。
近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。
例如:
微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM公司开发的“家庭主任”等均已日趋成熟的技术强占家居市场。
此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。
目前市场上出现得智能家居控制系统主要有：
（1）X-10系统（美国），该系统是利用电力线作为网络平台，采用集中控制方式实现。
这套系统的功能较为强大，与其它家居控制系统如ABB、C_BUS等比起来更容易接收，使用也相对简单。
因为实现同样的功能，X-10家居控制系统是利用220v电力线将发射器发出的X-10信号传送给接收器从而实现智能化的控制，因此采用这套系统不需要额外的布线，这也是这套系统的最大的一个优势，因为其它系统基本上都需要布低压线，在墙上或地面开槽、钻孔，施工难度大、费用高、工期长。
但由于缺乏在国内市场推广的条件且价格昂贵，该系统在国内应用极少。
（2）EIB系统（德国），该系统采用预埋总线及中央控制方式实现控制功能。
但由于其工程要求复杂严苛，并且价格较高，因此一直无法打开国内市场。
（3）8X系统（新加坡），该系统采用预处理总线跟集中控制方式来实现功
能。
它的优点在于利用的产品对系统进行扩展，系统较为成熟，比较适合中国国情。
但是由于系统架构、灵活性及产品价格等方面还难以达到要求，所以目前在国内还较少应用。
1.2.2国内发展现状
20世纪90年代后期，我国的智能小区日益兴起。
众所周知，我国的智能
化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。
在97香港回归之际，在建设部“97跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，揭开了全国智能小区发展的序幕。
1999年，建设部勘察设计公司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。
随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。
据建设部要求，截止今年，我国将有70%以上的家庭拥有Internet入网设备，大中城市中50%的住宅要实现智能化。
我国的智能家居相对于国外起步较晚，尚未形成一定的国家标准。
目前，主要采用国外的一些技术产品，但也有一些企业推出了自己的产品，主要有：
（1）e家庭（海尔），该系列产品以海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，海尔移动电话作为移动数字控制中心。
海尔在技术上同微软合作，利用微软的WindowsMe技术和海尔的网络家电，使“e家庭”已具雏形，已推出了网络洗衣机、网络冰箱、网络空调、网络微波炉等一系列网络家电。
（2）e-home数字家园（清华同方），该智能家居控制系统是专门针对中国家庭设计的，遵循国际技术标准，采用嵌入式软、硬件技术，提供网络、网络节点及末端设备。
产品以功能模块开发为主，基于国外成熟的智能家居标准之上。
其智能家居控制系统主要有以下三个部分：
A系列：
遵循EIB协议的家庭控制产品，适用于中高档住宅区。
B系列：
遵循X-10协议的家庭控制产品，适用于中档住宅区。
易家三代：
配电箱集中安装式家庭控制产品。
国内各大软、硬件机构正在积极的研制、开发更为符合市场的智能化家居设备，以解决当前智能化产品实用性差、使用复杂及产品价格昂贵等缺点，而技术创新性也逐步向国际先进水平靠拢，这样的未来值得期待。
1.3发展趋势
经过去年的哥本哈根会议，我国更加明确了节能减排，绿色建筑的目标，这就使住宅智能化凸显出了其合理规划，最大限度的节约能源的优势。
如果我
国大力推广绿色建筑，仅在铺设智能化系统上所需的新设备的生产上就有2000
亿到3000亿人民币的新市场。
而中国“智能家居网络”必在“智能化住宅”的框架下形成一个新型IT产业，而这一切必将对未来几十年我国房地产的健康有效发展起着深远的影响。
系统设计
2系统设计
2.1系统基本方案
根据题目设计，系统可以划分为单片机控制器模块，温度测量模块，液晶显示模块,电源模块电路，入侵信号发送模块，无线接收及告警模块电路。
模块框图如图2.1所示。
为了实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。
电源模块
温度采集模块
无线接收模块
按键电路模块
单
片机控制
器
LCD液晶显示
电路模块
热释电红外传感器+无线发送模块
功能说明：
图2.1智能家庭控制系统框图
温度实时监控系统主要是将温度传感器采集的温度显示在LCD液晶显示屏上。
主机上有两个按键，功能分别是布防、清除布防及清除告警。
当主机设置了布防功能后，此时热释电传感器监测是否有入侵者闯入，如果有入侵者闯入，则将信号经无线发射模块传输给主机，无线接收模块接收到信号后，识别具体是哪个位置有入侵者闯入，显示在主机上，同时通过蜂鸣器发出告警声并点亮
警告灯作为指示。
当需要关闭告警时，按清除按键即可。
2.2各模块的方案选择和论证
2.2.1控制器模块
方案一：
采用FPGA（现场可编程门阵列）作为系统的控制器。
它将所有的器件集成在一块芯片上，缩小了它的体积，增强了它的稳定性，而且能够利用
EDA软件进行仿真和调试，以至于能够方便的实施功能的扩
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