【正文】 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目: 基于單片機(jī)的小型智能家居系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 姓 名: 常盼盼 學(xué) 院: 理 學(xué) 院 專 業(yè): 網(wǎng)絡(luò)工程 班 級(jí): 2009級(jí)（2）班 學(xué) 號(hào): 1887090202 指導(dǎo)教師: 趙艷紅 職稱: 講師 2013 年 5 月 10 日安徽科技學(xué)院教務(wù)處制目 錄1摘要 1關(guān)鍵詞 11 引言 1 課題研究背景 1 系統(tǒng)的主要功能 12 整體設(shè)計(jì) 2 總體介紹 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 23 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 硬件系統(tǒng)概述 3 硬件系統(tǒng)的功能模塊 3 電源模塊 3 串口模塊 4 核心板模塊 8 LED模塊 9 蜂鳴器模塊 10 步進(jìn)電機(jī)模塊 11 LCD模塊 12 熱敏amp。光敏傳感器模塊 144 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 keil uVision2簡(jiǎn)介 15 keil uVision2新建項(xiàng)目、編輯、編譯以及調(diào)試運(yùn)行 15 205 系統(tǒng)平臺(tái)搭建 22 系統(tǒng)組成 22 系統(tǒng)硬件連接 22 PC機(jī)與單片機(jī)的連接 22 226 系統(tǒng)功能介紹 22 整體功能介紹 22 詳細(xì)功能介紹 24 音樂(lè)播放 24 花樣燈 25 窗簾 26 火災(zāi)報(bào)警 27 串口通信模塊 277 系統(tǒng)測(cè)試 28 系統(tǒng)基本性能驗(yàn)證 28 整體驗(yàn)證 288 總結(jié)與展望 29 總結(jié) 29 展望 29致謝 29參考文獻(xiàn) 2931基于單片機(jī)的小型智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)工程 常盼盼指導(dǎo)教師 趙艷紅摘要：智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信、音視頻等技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的家庭日程事務(wù)管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性，實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境?；趩纹瑱C(jī)的小型智能家居系統(tǒng)是以STC12C5A60S2芯片為控制核心，用單片機(jī)上不同的器件及PC機(jī)與單片機(jī)之間的通訊，將智能家居中的相應(yīng)模塊模擬展示出來(lái)。系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成，其中硬件系統(tǒng)是以STC12C5A60S2芯片為核心的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板以及單片機(jī)外圍發(fā)光二極管、數(shù)碼管、蜂鳴器等功能模塊。以Keil uVision2為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的通訊，從而達(dá)到PC機(jī)控制單片機(jī)的目的。論文詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。關(guān)鍵詞：智能家居；Keil uVision2；單片機(jī)；STC12C5A60S2；串口通信1 引言 課題研究背景進(jìn)入21世紀(jì)，科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)力水平進(jìn)入加速發(fā)展階段，隨之而來(lái)的是人類物質(zhì)文化生活的極大提高。隨著人們生活水平的不斷提高，人們不斷的對(duì)居住環(huán)境提出更高的要求，越來(lái)越注重家庭生活中每個(gè)成員的舒適、安全與便利。智能家居是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)，依照人體工程學(xué)原理，融合個(gè)性需求，將與家居生活有關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)，如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)、地板采暖等有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)“以人為本”的全新家居生活體驗(yàn)[1]。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間，還將原來(lái)被動(dòng)靜止的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具[2]，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金[3]。智能家居的目標(biāo)是用各種方法或設(shè)備使家居生活實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化，使家居變得更加舒適、安全和有效，從而提高人們的生活質(zhì)量[4]。 系統(tǒng)的主要功能本系統(tǒng)以STC12C5A60S2芯片為核心，利用單片機(jī)的外圍設(shè)備及串口通信開(kāi)發(fā)、實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)功能模塊：（1）花樣燈的控制，利用單片機(jī)上的二極管模擬電燈，根據(jù)不同的指令，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序，變換出不同的花樣。（2）音樂(lè)播放，利用單片機(jī)上的蜂鳴器模擬音箱，根據(jù)指令，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序，播放音樂(lè)。（3）電機(jī)模擬窗簾，利用單片機(jī)上的步進(jìn)電機(jī)模擬窗簾的開(kāi)關(guān)，根據(jù)指令，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序，步進(jìn)電機(jī)模擬完成窗簾的拉開(kāi)、關(guān)閉。（4）火災(zāi)報(bào)警，利用單片機(jī)上的熱敏、光敏傳感器，實(shí)時(shí)采集周圍的溫度以及光的強(qiáng)度，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序，若周圍的溫度升高且同時(shí)光強(qiáng)下降，則認(rèn)為發(fā)生火災(zāi)，發(fā)出警報(bào)。2 整體設(shè)計(jì) 總體介紹本系統(tǒng)以STC12C5A60S2芯片為控制核心，溫度，濕度等傳感器為環(huán)境信息采集源，以串口通信控制為輔助，模擬了一個(gè)小型的智能家居系統(tǒng)。在原有的機(jī)械式按鍵開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上，采用串口通信，來(lái)控制各功能模塊，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)控制。此外在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用了多種傳感器相結(jié)合，根據(jù)各傳感器采集的數(shù)值進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警自動(dòng)化控制。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)提供了包括了核心控制模塊，串口通信模塊，花樣燈模塊等等。系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。環(huán)境信息用戶輸入信息設(shè)備狀態(tài)信息控制界面返回用戶輸入信息用戶控制信息串口窗簾（步進(jìn)電機(jī)）核心控制設(shè)備（以STC12C5A60S2為核心）音樂(lè)播放（蜂鳴器）花樣燈（LED顯示）溫度，濕度信息LCD顯示火災(zāi)報(bào)警（溫度，濕度）圖1 系統(tǒng)整體框圖3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)概述 小型智能家居系統(tǒng)的核心是單片機(jī)的主芯片，因此首先要確定單片機(jī)及所用主芯片的類型。單片機(jī)具有高集成度、體積小、高可靠性、控制功能強(qiáng)、低功耗、易擴(kuò)展、優(yōu)異的性價(jià)比等特點(diǎn)，在機(jī)電一體化、實(shí)時(shí)過(guò)程控制、辦公自動(dòng)化設(shè)備、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信、航空航天系統(tǒng)和國(guó)防軍事、尖端武器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[5]。小型智能家居系統(tǒng)要求能夠?qū)崟r(shí)控制并通過(guò)串口傳輸數(shù)據(jù)，根據(jù)上述的要求，系統(tǒng)選用STC公司的以STC12C5A60S2芯片為主芯片的51核心板單片機(jī)，該核心板支持DIP40封裝的STC系列單片機(jī)、AT89S5X系列單片機(jī)，帶USB轉(zhuǎn)串口模塊，能為STC系列單片機(jī)編程，能與PC進(jìn)行串口通信。本系統(tǒng)硬件原理圖如圖2所示：LED51核心板（以STC12C5A60S2為核心）蜂鳴器USB轉(zhuǎn)串口PC機(jī)步進(jìn)電機(jī)LCD火災(zāi)報(bào)警熱敏傳感器光敏傳感器圖2 硬件系統(tǒng)圖 硬件系統(tǒng)的功能模塊 電源模塊 電源部分是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，這部分的穩(wěn)定工作對(duì)整個(gè)單片機(jī)硬件系統(tǒng)的穩(wěn)定工作起著至關(guān)重要的作用，單片機(jī)帶有先進(jìn)的系統(tǒng)控制及電源管理模塊[6]。單片機(jī)開(kāi)發(fā)板支持以下兩種供電方式： （1） 通過(guò)PC機(jī)的USB口提供的+5V電源，如圖3所示，即為通過(guò)USB為系統(tǒng)供電。 （2） 外部712V（最好使用9V）直流穩(wěn)壓電源適配器供電，通過(guò)電源接口JP1輸入電源。 通過(guò)手動(dòng)控制開(kāi)發(fā)板上的K1開(kāi)關(guān)來(lái)打開(kāi)和斷開(kāi)系統(tǒng)供電，當(dāng)K1開(kāi)關(guān)撥至“ON”位置，發(fā)光二極管點(diǎn)亮指示系統(tǒng)上電。圖3 主板供電系統(tǒng)原理圖 串口模塊u 串行通訊基本概念計(jì)算機(jī)與外界的信息交換稱為通信[7]。常用通信方式有兩種：并行通信與串行通信，簡(jiǎn)稱并行傳送和串行傳送。并行傳送具有傳送速度快，效率高等優(yōu)點(diǎn)，但傳送多少數(shù)據(jù)位就需要多少根數(shù)據(jù)線，傳送成本高；串行傳送是按位順序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，最少僅需要一根傳輸線即可完成，傳送距離遠(yuǎn)，但傳送速度慢[8]。串行通信又分同步和異步兩種方式。這兩種通信方式的區(qū)別在于發(fā)送設(shè)備時(shí)鐘與接收設(shè)備時(shí)鐘是否嚴(yán)格一致。同步通信中，在數(shù)據(jù)傳送開(kāi)始時(shí)先用同步字符來(lái)指示（常約定12個(gè)），并由同時(shí)傳送的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，即檢測(cè)到規(guī)定的同步字符后，接著就連續(xù)按順序傳送數(shù)據(jù)。這種傳送方式對(duì)硬件結(jié)構(gòu)要求較高。異步通信中，接收器和發(fā)送器有各自的時(shí)鐘，它們的工作是非同步的，異步通信用一幀來(lái)表示一個(gè)字符，其內(nèi)容如下：一個(gè)起始位，僅接著是若干個(gè)數(shù)據(jù)位，圖4中傳輸45H的數(shù)據(jù)格式。圖4 串口通信傳輸45H的數(shù)據(jù)格式 另外一個(gè)字符應(yīng)包括以下信息： （1） 起始位：對(duì)應(yīng)邏輯0（space）狀態(tài)