智能家居毕业设计.doc
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摘 要
智能家居系统采用电子传感技术、计算机技术和信息传输技术，对用户提供全方位的服务，同时对住房内情况进行实时监控和管理。
它包括家庭内部信息传输系统、家庭报警、显示系统及智能传感/执行设备等几个部分。
本文所做的智能家居控制系统包括室内信息智能监控功能、输入与实时显示功能、智能报警和通讯报警等。
本文将整个系统分为主机部分和分机部分，以AT89C51单片机为主控器件，两部分之间通过无线通讯模块进行数据交换。
主机部分是系统的核心部分，通过键盘输入模块对系统温湿度的进行初始化设置，并利用LCD显示模块对室内状况进行实时显示，本部分还具有温湿度控制和煤气阀开关控制的功能，对于异常情况，系统可通过声光报警模块进行报警提示，情形严重的可通过电话拨号模块通知用户、物业或相关部门。
分机部分是系统的监测部分，主要是通过温湿度传感器、气体传感器和烟雾传感器对室内信号进行采集，并通过无线通讯模块PTR8000将信息传送给主机，实现对家居的智能控制。
通过本文的研究，使得整个智能家居控制系统得到了进一步完善！
关键词：
AT89C51；智能控制；传感器；无线通讯
关键词是为了文献标引工作从论文中选取出来用以表示全文主题内容信息款目的单词或术语。
如有可能，应尽量用《汉语主题词表》等词表提供的规范词。
不用此信息时，删除此框。
Abstract
Intelligenthomesystemuseselectronicsensingtechnology,computertechnologyandinformationtransfertechnologytoprovideafullrangeofservices,andatthesametimetomonitorthesituationofhousingandreal-timemanagement.Itincludesfamilyinformationtransmissionsystems,homealarm,displaysystemandintelligentsensor/equipmentsuchastheimplementationofseveralparts.
Theintelligenthomecontrolsystemmadeinthisarticleincludinganindoorinformationintelligentmonitoring,inputanddisplayreal-time,intelligentalarmandcommunicationsalarm.Itisdividedintohostpartandextensionpart,andmaketheAT89C51single-chipasthemaincontrolunit,thetwopartsexchangedataforeachotherthroughthewirelesscommunicationmodule.
Thehostpartisthecoreofthesystem,initializethetemperatureandhumiditysettingsthroughthekeyboardinputmoduleofthesystem,andusetheLCDdisplaymoduleforthereal-timedisplayofindoorsituation,thispartalsohavethecontrolfunctionsfortemperature,humidityandgasvalveswitch,foranomalies,thesystemalsocanalarmbysoundandlightalarmmodule.Fortheserioussituation,thesystemalsocaninformtheusers,propertyorrelatedsectorsbytelephonedial-upmodule.
Extensionisthemonitoringpartofthesystem,itcollecttheindoorsignalthroughtemperatureandhumiditysensors,gassensorsandsmokesensors,andtransporttheinformationtothehostthroughwirelesscommunicationmodulePTR8000,toachieveIntelligentcontrolofhome.
Throughthestudyofthisarticle,theentireintelligenthomecontrolsystemhasbeenfurtherimproved!
KeyWords：
AT89C51;IntelligentControl;Sensor；Wirelesscommunication
-3-
目 录
摘 要 1
Abstract 2
引 言 1
1绪论 2
1.1研究智能家居的意义 2
1.2国内外智能家居的现状与发展趋势 2
1.2.1国内外智能家居的发展现状 2
1.2.2智能家居的发展趋势 3
2智能家居控制系统的方案设计 5
2.1AT89C51单片机 5
2.2系统的总体方案设计 6
3硬件设计 7
3.1主机系统的硬件设计 7
3.1.1可编程并行I/O口的扩展 7
3.1.2键盘接口电路设计 8
3.1.3液晶显示模块 9
3.1.4声光报警 11
3.1.5自动报警系统 12
3.1.6电磁阀控制模块的设计 14
3.1.7温湿度控制系统的硬件设计 15
3.2分机系统的硬件设计 16
3.2.1A/D转换芯片 17
3.2.2温湿度传感器SHT11 18
3.2.3气体传感器 20
3.2.4烟雾传感器 22
3.3主机与分机通讯部分 22
3.4电源模块的设计 24
4系统的软件设计 25
4.1软件开发环境的介绍 25
4.2主机系统部分的软件设计 25
4.2.1键盘输入模块的软件设计 26
4.2.2LCD液晶显示模块程序设计 28
4.2.3MT8888的软件设计 30
4.3分机系统的软件 33
4.3.1温湿度检测模块的软件设计 33
4.3.2气体检测 36
4.3.3分机数据传输 37
4.4NRF905无线通讯的软件设计 38
5系统的抗干扰能力设计 40
5.1单片机系统硬件的抗干扰 40
5.2单片机系统软件的抗干扰 40
结 论 42
参考文献 43
附录A 主机部分电气原理图 45
附录B 分机部分电气原理图 46
附录C 主机部分主流程图 47
附录D 分机部分主流程图 48
附录E 部分初始化源程序 49
致 谢 52
引 言
随着现代科学技术的发展和人民生活水平的提高，人们对居住环境的要求正在从追求居室空间宽大和装饰豪华向着追求品味、安全、舒适、便捷和智能方向发展。
单个家用电器的自动化已不能完全满足人们的需求，家电网络化就成为必然的趋势，于是智能家居、智能住宅、数字家园网络化住宅、家庭网络、数码家庭等概念在国内外被广泛提出，各种新技术在家庭智能化系统中不断得到应用。
近几年来，国内外研究机构和厂商已经意识到家庭安全的重要性，把智能家居作为一个极其重要的方向来考虑，并纷纷投入技术力量和资金对其进行研究和产业化。
通过对智能家居的进一步研究，达到对家庭的安全方面进行智能控制的目的。
本文所研究的目的是设计一个智能家居控制系统，该系统应能够实现对系统进行初始化设置；对室内温湿度信号、烟雾信号和气体信号的采集；并能够对室内状况进行实时显示；具有对温湿度智能控制和气体泄漏智能控制功能；在异常情况下，能够进行声光报警和远程报警的功能。
1绪论
1.1研究智能家居的意义
随着人们生活水平的不断提高，人们不断的对居住环境提出更高的要求，越来越注重家庭生活中每个成员的舒适、安全与便利，因此从市场需求的角度看，智能家居必然是前景广阔[1]。
纵览中国的智能家居市场，我觉得现在呈现出以下几个特点：
没有形成统一的行业标准，各大、中、小厂家各自为政，种类繁多且互不兼容的产品充斥市场，形成春秋战国时代诸侯争霸的分割局面。
厂家多集中在东部沿海地区，且没有形成规模化生产，产品销量不大，与国外产品相比品牌的影响力远远不够。
市场分布极不平均。
沿海经济发达地区和内地大中城市的市场活跃，人们大多接受智能家居的概念；北方和西部地区则逊色许多，但是市场潜力巨大。
随着房地产市场的稳中有升，新楼盘的火爆开发，房地产开发商和投资商日益重视智能家居的广泛应用。
实际生活当中的家居智能化与理想的智能化差距甚大。
随着未来几十年的蓬勃发展，将使智能化家具系统的应用越来越广泛。
对于智能化家具的研究，将在理论上推动智能化技术在家具领域的纵深发展，并为各类智能化家具新产品的设计与开发提供一定理论依据，产生一定的经济效益和社会效益，大大丰富并充实了家具系统理论。
到目前为止，国内外尚未有学者进行智能化家具的系统研究，因此以此作为主要研究内容具有现实指导意义。
1.2国内外智能家居的现状与发展趋势
1.2.1国内外智能家居的发展现状
人类在追求高度物质文明的同时，更加追求环境绿色化、生活信息化。
安全、舒适、方便、现代的家居环境已成为21世纪居家生活的象征。
进入21世纪，日新月异的现代科技的力量，打破了传统的时空界限，计算机网络和层出不穷的信息技术，改变了人类的生产、生活方式，科技正以超乎想象的速度深刻地影响着人类的思维模式和生存状态。
住宅作为人类生存的物质基础，必将受到信息技术的冲击和影响，传统住宅己不能满足现代社会对其使用功能及其所能提供的环境的更高要求，未来住宅应是高科技与传统技术的有机融合体：
不仅功能齐全、居住舒适、使用方便，而且安全节能，有益人类健康和自然生态环境[2]。
目前，智能技术在家具行业中已经得到初步应用，一些智能化家具的雏形或前期产品己经出现。
国外，如爱尔兰的兰开斯特大学与苏黎世、德国、瑞典及芬兰等学府合作，开发了一系列“智能家具”。
用“智能沙发”可以开启电视机、激活电话录音机，还可以认出是谁坐在沙发上，懂得说欢迎辞，甚至根据输入的程序自动唤醒躺在特定位置的病人。
“智能书架”会在负荷过重时做出投诉“智能药品柜”会在药物过期时发出警告。
美国纽约现代博物馆展馆中央放着一张智能化桌子，里面装了多个芯片及多个网络接入点，通过感应手的动作，控制有信息装置的特定物体。
德国乌尔姆大学的一个研究小组研制出了一种智能轮椅，它是通过一个高度发达的导航系统实现的，这一系统利用它的传感器和激光仪连续不断地搜索其周围的障碍物，利用一个小型计算机分析出如何选择穿过人群的路线。
这种轮椅能自动穿过拥挤的火车站大厅，而不会与人相撞。
我国在智能化家具方面也作了一些初步探索，有些先进家具企业也开发了一些简单的智能化家具产品。
智能化家具必然是世纪发展的趋势。
例如，深圳市大富豪实业发展有限公司，正以“富之岛•小狗第一”的旗帜在国内率先推出了智能婴儿床，能在婴儿尿床时立即发出温馨警报、能够定时自动弹起的懒汉床、能够接受声音指令的智能按摩床、能教人化妆的梳妆台等等众多新款智能家具。
这些家具之所以具有智能，除了传感器和硬件控制电路以外，单片机发挥了大脑指挥作用。
总之，我国的家具智能化水平还处在起步和尝试阶段，具体表现在基础比较薄弱、技术含量低等方面。
国内家具智能化的研究仅仅停留在概要性论述和一些简单产品开发的层面上，缺乏系统的理论研究，有待于进一步开发设计。
1.2.2智能家居的发展趋势
我们都知道，智能家居目前已取得了初步的成功，但是离“智能化”还有很长的距离，智能家居的发展趋势有以下几个方向：
1.网络化
每一个大大小小的家电都有固定的网络地址，可以随时控制，网络化是信息技术、通信技术和计算机技术发展的必然趋势，是智能家居的一个重要条件。
2.智能化、人性化
随着人工智能的不断发展和机器人的出现,使得智能化不再是一个神话，智能化是智能控制发展的必然趋势。
因此，家居的智能化也必然向智能化方向发展；智能家居是IT技术（特别是计算机技术）、网络技术、控制技术）向传统家电产业渗透发展的必然结果。
智能化应服务于人们的生活，因此应更全面、更富有人性化，因此也是智能家居未来的一个发展方向。
3.节能环保
智能化的本质之一是降低成本和提高效率,节能是降低成本的关键技术；绿色、环保、节能将成为未来家居的重要考核指标,甚至是首要考虑因素。
在住宅实现了基本智能化后，绿色生态住宅成为必然的追求目标。
提高生活环境的质量，这些也是其未来发展必须考虑的因素。
4.一体化
家居智能化需满足自动化管理、安全防范监控、火灾报警、对讲呼叫、设备监控等内容，把它们智能化功能集成,从而降低成本，也是未来发展的一个方向。
5.规范化、标准化
由于智能家居发展较晚，新技术、新产品层出不穷，标准和规范还在制定之中，规范化、标准化是智能家居快速发展，走入国际市场的必由之路。
6.成本低廉化
2智能家居控制系统的方案设计
2.1AT89C51单片机
1.AT89C51单片机简介
本系统采用由美国ATMEL公司生产的低电压、高性能的CMOS8位AT89C51单片机，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器[3][4]。
引脚排列如图2.1所示。
图2.1AT89C51引脚图
2.AT89C51单片机的主要特性
l4K字节可编程闪烁存储器
l寿命：
1000写/擦循环
l数据保留时间：
10年
l全静态工作：
0Hz-24Hz
l三级程序存储器锁定
l128×8位内部RAM
l32可编程I/O线
l两个16位定时器/计数器
l5个中断源
l可编程串行通道
l低功耗的闲置和掉电模式
l片内振荡器和时钟电路
2.2系统的总体方案设计
智能家居控制系统主要是在家庭安全方面起到智能控制的目的，本系统分为主机部分和分机部分。
系统的整体框图如图2.2。
主机部分首先可以通过键盘输入模块对系统进行初始化设置；其次，通过通讯模块实现与分机之间的数据传输；然后，主控元件对接收到的数据通过LCD显示模块进行实时显示，使室内情况一目了然；对于需要控制的情况可通过温湿度控制模块和煤气阀开关进行控制；对于危险的情况也可以通过声光报警模块和远程报警模块实现报警。
分机部分是系统的执行部分，其功能主要是对室内的安防进行监控，首先是对温湿度传感器、气体传感器以及烟雾传感器对室内的温湿度、气体以及烟雾等信号进行采集并作出判断，然后通过通讯模块将检测的结果传送与主机系统。
主机和分机之间采用无线传输的方式进行通讯，这样可以省去传统的在家居内走线的弊端，从而具有低成本和组网方便的优势。
同时选用射频技术，因其具有省电、可靠、低成本、时延短等优点。
图2.2系统整体框图
3硬件设计
正确可行的硬件设计是整个智能家居系统开发的基础和主要部分。
一个好的可靠的系统硬件设计，应该能够在系统分析时实现对功能目标的确定。
另一方面，硬件设计的同时要考虑到与软件开发相协调的问题，在保证软件设计正确和简明的同时，也必须考虑到该硬件基础上进行软件开发的可行性和难度。
3.1主机系统的硬件设计
主机系统主要部件有主控器件AT89C51、键盘输入模块、LCD液晶显示器、报警系统和无线通讯模块等。
当家庭内发生危险情况时，系统不仅能及时的做出声光报警警戒人们，而且还具有对外通讯的功能，以此通知有关部门。
所以系统对报警系统分为声光报警和自动报警两部分。
考虑到主控器件的I/O接口数量的限制,所以主机部分采用可编程并行I/O扩展芯片8255A对I/O接口进行扩展，以此实现对各个部分的设计。
3.1.1可编程并行I/O口的扩展
在本系统中，8255A的A0、A1端分别接地址锁存器74LS373的地址线的Q0、Q1，CS与单片机的P2.0相连，数据线和P0口相连，读写线和单片机的对应读写线相连，这样8255A的口地址为：
A：
0A00H，B口：
0A01H，C口：
0A02H，控制口：
0A03H。
8255A与单片机的接线图如下图3.1所示[5]。
图3.18255A与单片机的接线图
3.1.2键盘接口电路设计
键盘在单片机应用系统中是一个关键部件，它能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人机对话不可缺少的输入方式之一。
主机部分一共包含了18个键，其中包括一个系统复位按键、一个由T1中断实现的键盘启动键、10个数字键和5个功能键，其余的按键无效。
5个功能键分别是:
确认键、退出键、温度设定键、湿度设定键、火灾报警快捷键。
在此我们采用4×4键盘，键盘与8255的PA口、PB口低四位相连，8255A的PA口作输入，PB口的低四位作输出。
矩阵的4条列线接到输出端口B的低四位PB0-PB3，用程序能改变这4条列线上的电平。
4条行线连到输入端口A的PA0-PA3，4条列线同时接到输入端口A的PA4-PA7上，这样，用输入指令读取A口状态时，可同时读取键盘的行列信号。
键盘接口电路如图3.2所示[6]。
图3.2键盘接口电路
3.1.3液晶显示模块
本系统采用的显示模块是LCM128645ZK，中文液晶显示模块LCM128645ZK的字型ROM内含8192个16*16点中文字型和128个16*8半宽的字母符号字型；另外绘图显示画面提供一个64*256点的绘图区域GDRAM；而且内含CGRAM提供4组软件可编程的16*16点阵造字功能。
电源操作范围宽2.7V-5.5V，低功耗设计可满足产品的省电要求；同时与单片机等微控器的接口界面灵活（三种模式：
并行8位/4位，串行3线/2线）。
中文液晶显示模块具有上/下/左/右移动当前显示屏幕及清除屏幕的命令，具有光标显示/闪烁控制命令及关闭显示命令。
预留多种控制线（复位/串并选择/亮度调整）供用户灵活使用。
LCM128645ZK的引脚说明如表3.1。
表3.1LCM128645ZK的引脚
引脚
名称
方向
说明
1
GND
×
地
2
VCC
×
逻辑电压
**3
V0
×
LCD亮度调整，外接电阻端
4
RS（CS）
I
选择寄存器（并行）0：
指令寄存器1：
数据寄存器
片选（串行）0：
禁止1：
允许
5
R/W（SID）
I
读写控制脚（并行）0：
写入1：
读输入串行数据（串行）
6
E（SCLK）
I
读写数据启始脚（并行）输入串行脉冲（串行）
7
DB0
I/O
数据线0
8
DB1
I/O
数据线1
9
DB2
I/O
数据线2
10
DB3
I/O
数据线3
11
DB4
I/O
数据线4
12
DB5
I/O
数据线5
13
DB6
I/O
数据线6
14
DB7
I/O
数据线7
*15
PSB
I
控制界面0：
串行，1：
并行8/4位
16
NC
×
未用
续表3.1LCM128645ZK的引脚
*17
/RST
I
复位信号，低有效
**18
VR
×
LCD亮度调整，外接电阻端
19
LED+
×
背光正极
20
LED-
×
背光负极
LCM128645ZK具有两种传输模式：
并行传输模式和串行传输模式。
1.并行接口数据传输
当PSB脚接高电时（模块背面S/P的短路电阻在“P”侧），模块将进入并行传输模式；在并行传输模式下，可由指令位（DLFLAG）来选择8-BIT或4-BIT接口，主控制系统将配合（RS，RW，E，DB0..DB7）来完成传输动作。
在4-BIT传输模式中，每一个八位的指令或资料都将被分为二组：
较高4位（DB7~DB4）的资料将会被放在第一组的（DB7~DB4）部分，而较低4位（DB3~DB0）的资料则会被放在第二组的（DB7~DB4）部分，至于相关的另四位则在4-位传输模式中DB3~DB0介面未使用。
2.串行接口数据传输
当PSB脚接低电位（模块背面S/P的短路电阻在“S”侧），模块将进入串行模式；在串行模式下将使用二条传输线作串行资料的传送，主控制系统将配合传输同步时钟（SCLK）与接收串行数据线（SID）,来完成串行传输的动作。
本系统对LCM128645ZK采用串行输入模式，这样可以节约系统的I/O引脚，简化系统的复杂性，使系统清晰易懂。
在串行输入模式下，LCM128645ZK与主机的连接主要占用三个引脚，为合理利用系统I/O口，在此将LCM128645ZK的片选端与74LS138的Y3脚相连，实现片选。
将SCLK和SID分别与AT89C51单片机的P26、P27相连，LCM128645ZK与主机的连接图如图3.3。
图3.3LCM128645ZK与AT89C51的连线图
3.1.4声光报警
本系统中所涉及的声光报警电路是由一个蜂鸣器与四个不同颜色的小灯组成。
其中蜂鸣器连接在扩展I/O口的PA口的PA0位上，可以根据不同情况（火灾、气体泄漏等异常情况），从PA0位输出发出不同频率的电平信号，实现声音报警；三个光报警小灯与PA口的PA1-PA4三位相连，绿灯表示键盘设置指示、红灯表示火灾报警、黄灯表示气体泄漏报警。
声光报警电路与8255A的连接图如图3.4。
图3.4声光报警连线图
3.1.5自动报警系统
智能家居的最终目的都是为“满足人们对安全、舒适、方便、高效和符合绿色环境保护的需求”，其中“方便”要求家庭内部系统能够通过家庭对外接口，实现家庭外部的通讯。
家庭对外通信模块在智能家居系统中扮演着非常重要的角色。
具体来讲，该模块的功能是提供一个家庭内部与外部的通信链路，通信的内容是数据信息或指令信息，常用的通信媒介有电话、GSM短信、Internet等。
电话比Internet更具有普及性和方便性，这是中国国情,国内信息家电的发展落后于欧美发达国家，家庭中信息家电的数量少，无需Internet提供的宽带数据通信链路。
现阶段家庭内部智能化方面的需求主要是开关家庭设备，例如电灯、窗帘。
因此，在智能家居的远程通讯方面，电话通信具有更高的优越性。
综上所述，本文选择电话作为智能家居外部通信的方式。
本系统设计的自动拨号电路可根据不同的危情，通过电话网实现自动拨打
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