【文章內(nèi)容簡介】 亞馬遜 等世界經(jīng)濟巨蟒在本世紀初已經(jīng)研究出一定的產(chǎn)業(yè)用于民用。谷歌智能化實驗室近些年已經(jīng)把智能家居成品的發(fā)展方向更加全面化，人性化，基本可以實現(xiàn)空天地一體戶智能家居控制。 現(xiàn)如今 智能家居進入國內(nèi)市場已經(jīng) 10 多年了，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云 數(shù)據(jù) 等先進科技的應用，傳統(tǒng)的有線的智能家居遠遠不能滿足市場的需求和人們對功能豐富性和可操作性強的要求，智能家居呈現(xiàn)數(shù)字化、智能化、潮流化趨勢，展現(xiàn)出強大的生命力，而且產(chǎn)品也越來越貼近生活，接地氣，實用越來越成為智能家居 發(fā)展的主方向 ，打造一個安全 ，智能，快捷，舒適的生活環(huán)境。 在國內(nèi)以美的海爾為首電子商業(yè)企業(yè)首先把智能家居放在企業(yè)未來發(fā)展的規(guī)劃中 ， 越來越多的投資者把明 銳眼光 聚集在這一領域 ， 小米，華為等企業(yè)已經(jīng)開始量產(chǎn)智能家居產(chǎn)品。 數(shù)據(jù)將成為推進社會進步的第四生產(chǎn)力。 基于 WIFI 和 ZigBee 通訊協(xié)議的通訊 智能家居 原來越普及。“互聯(lián)網(wǎng) +”模式的提出促進國內(nèi)外智能家居再一次發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)對傳統(tǒng)行業(yè)變革的動力之源主要來自云空間、數(shù)據(jù)資源和大規(guī)模社會化協(xié)同三方面。而智能家居的核心在于“智能”，互聯(lián)網(wǎng)公司在此領域具備天然優(yōu)勢。只要將底層開發(fā)與上層的應用完美融 合，才能促使智能家居研究領域快速健康發(fā)展。 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 5 第 2 章 總體設計與器件介紹 本章將主要介紹設計的智能家居系統(tǒng)總體設計以及所包含使用的模塊以及器件功能簡介。 智能家居基本原理概述 本設計的智能家居系統(tǒng)使用最新加強版 STC52RC的 8位單片機為主處理控制器，以 GSM 作為通訊中樞，配有一定數(shù)目的“系統(tǒng)眼睛”即傳感器作為突發(fā)事件以及數(shù)據(jù)采集的來源，控制舵機，直流風機等被控對象來實現(xiàn)的智能系統(tǒng)。智能家居系統(tǒng)上電初始化， STC52RC 單片機采取中斷和查詢方式錄入按鍵工作方式，時時掃描傳感 器的工作狀態(tài)，如果有系統(tǒng)識別信號發(fā)生，傳感器實現(xiàn)信息反饋的數(shù)字信號通過 IO 被單片機讀取，單片機判斷是否執(zhí)行相應操作，如果溫濕度超限發(fā)出警報。判斷在家狀態(tài)時候，當紅外傳感器工作即有人非法闖進，以及家中煙霧濃度過高等狀況可通過 GSM 發(fā)送相應的中文提示信息到主人的手機上，智能家居主人也可以通過手機遠程操作一系列必要的遠程控制 MCU 進行相應的系統(tǒng)操作，比如可以控制被控對象風機，舵機工作。智能家居實物如圖 21 所示。 圖 21 智能家居實物圖 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 6 智能家居的總體設計方案 本設計系統(tǒng)采用 8 位單片機 STC52RC 單片機芯片作為主控微處理器，配有傳感器作為信息監(jiān)測的信號來源，舵機風扇作為被控對象。本次設計的智能家居系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。 S T C 5 1 單 片 機手 機 終 端G S M 模 塊電 源 系 統(tǒng)傳 感 器信 號被 控 對象D H T 1 1 溫 濕度 傳 感 器M Q 2 煙 霧 傳感 器紅 外 傳 感 器舵 機 房 門驅(qū) 動 電 路 直 流 風 機電 源 系統(tǒng) 圖 22 智能家居總體結(jié)構(gòu)圖 STC89C52 單片機 單片機最小系統(tǒng)由單片機芯片、為單片機工作提供能源的電源電路、產(chǎn)生時鐘信號的時鐘電路（晶振）、復位電路以及一些其他的外圍電路組成。這些電路的存在目地就是確保單片機可以穩(wěn)定的工作。由于該單片機有 4 個八位的可編程I/O 口 ,可以對其進行編程控制， 因此可以對其進行一些外圍的擴展，使其完成一些指定的任務。 STC89C52 片內(nèi)具有 ROM/EPROM，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)可靠、簡單。這種單片機在其外圍加入時鐘電路和復位電路就可以作為控制單元穩(wěn)定的執(zhí)行一些簡單的操作，結(jié)構(gòu)如圖 33 所示。由于集成度的限制，單片機最小系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元 。 STC52 單片機引腳圖如圖 23 所示。 圖 23 STC89C52 封裝引腳圖 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 7 STC52 單片機性能及其參數(shù)應用如表 21 所示。 表 21 STC 性能特性 主要功能特性 32 位雙向 IO 口 2048 內(nèi)部 RAM 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 4K FLASH ROM 2 個串行中斷 時鐘頻率 024MHZ 2 個外部中斷 可編程 UART 低功耗和掉電模式 軟件設置睡眠喚醒 DHT11 傳感器 DHT11 溫濕度 傳感器是一款用來準確測量溫度濕度數(shù)字傳感器，由于抗擾動效果好 ,快速反應、優(yōu)良品質(zhì)、低功耗，信號傳輸距離較遠不易丟失數(shù)據(jù)以及擁有的數(shù)字采集溫濕度傳感模塊技術(shù)等眾多的優(yōu)點使其能夠應用使用在許多苛刻特定的工作場所。 STC52RC 與 DHT11 溫濕度傳感器之間采用單總線數(shù)據(jù)格式的傳輸數(shù)據(jù) ,一次 DHT11 信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間 4ms。操作流程如下 : 1）一次完整的溫濕度數(shù)據(jù)傳輸為 40bit,高位先出低位后出。 2）數(shù)據(jù)格式 :8 位濕度 int 低位數(shù)據(jù) +8 位濕度低位 int 小數(shù)數(shù)據(jù) +8 高位溫度 int 數(shù)據(jù)采集值 +8 低位溫度 int 數(shù)據(jù)采集值 +數(shù)據(jù)采集 8bit 校驗和 3）數(shù)據(jù)校驗和為 32bit 校驗 位的之和的低八位。 GSM 模塊 GSM 短線模塊是將基帶控制處理核心芯片 SIM900、 GSM 射頻電路、內(nèi)部 存儲器 、功率放大集成電路集成在一塊特殊材質(zhì)的電路板上，并且提供特定的 AT操作系統(tǒng)、該系統(tǒng)具有射頻功放處理、 GSM 基帶信號處理、標準 TTL 接口功能模塊組成。模塊主要功能有收發(fā)短信，語音通話，無線狀態(tài)下遠程數(shù)據(jù) 通信傳輸，GPRS 入網(wǎng)通訊瀏覽網(wǎng)頁。換句話說，加上鍵盤，電源，顯示屏的 GSM 模塊就是一部全球隨時隨地使用手機移動終端。 GSM 模塊支持支持中英文短信服務，單片機通過簡單控制操作模擬串口工作原理去控制 GSM 模塊收發(fā)短信。 GSM 模塊如圖 24 所示。 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 8 圖 24 GSM 模塊 紅外傳 感器 本 智能家居 系統(tǒng) 選取主動式釋放紅 外傳感器 作為非法入侵的檢測裝置信號來源。它具有以下優(yōu)點： 1） 傳感器安裝于門窗 以及放有重要物品保管的 位置，采用多 角度多 光束綜合判斷，極大的降低了傳感器的 錯誤的判斷。 當 系通過工作在不在家模式下有人闖入 ，能被傳感器識別出來。 2） .成本低，實用性強，操作方便，主人便于不在家或者夜間模式下對住宅進行安保布防操作。 紅外 傳感器 工作原理，傳感器的 紅外發(fā)射二極管不斷發(fā)射紅外線， 反 射回來的強度很低時 光敏三極管一直處于關斷狀態(tài)， 紅外傳感器正常工作 。 當在可檢測范圍內(nèi)出現(xiàn)較大體積或者存在有紅外釋放的移動的個體，發(fā)射二極管發(fā)射出的紅外線反饋回強度大的紅外線，光敏三極管處于飽和，指示燈工作。 煙霧傳感器 智能家居對煙霧進行識別 選用 MQ2 煙霧傳感器， 該 煙霧傳感器是一種 技術(shù)成熟， 工作 效率高，直接輸出數(shù)字信號的智能集成檢測 傳感器， 該傳感器在各種氣體檢測場所中廣泛實用性使用。 MQ2 傳感器正常工作前需要讓檢測探頭通電加熱一段大概 5s 左右的時間，MQ2 氣體傳感器對 CH CO、 H2 以及危 害 氣體的靈敏度高 ，模塊輸出數(shù)字信號可通過 IO 直接讀寫檢測傳感器檢測周圍氣體是否出現(xiàn)易燃有害的氣體。 直流風機 在當今電機眾多類型中，直流電機因為控制簡單，成本低等優(yōu)點占據(jù)了大部河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 9 分的電機市場份額。直流風機是根據(jù)輸入的直流電壓所在的占空比大小來控制直流風機跟輸入電壓成正比快速轉(zhuǎn)動快慢，直接驅(qū)動風扇一起轉(zhuǎn)動的直流電機裝置。直流風機具有效率高，機械損耗小，調(diào)速范圍廣，功率因數(shù)高等優(yōu)點。本系統(tǒng)采用是 AVC 系列的 12 伏直接風機去作為空氣切換窗口裝置。直流風機如圖 25所示。 圖 25 直流風機 LCD1602 液晶顯示器 液晶是一種高分子材料集成的材料，以為其特具有殊的物理化學特性，所以廣泛的應用于顯示屏材料中。 1602 系列字符型液晶是一種只能用來顯示字母、數(shù)字、符號 ASCII 碼的點陣型的液晶。 LCD1602 可以顯示的內(nèi)容為 16X2，顯示屏的每一行都由 16 個字符模塊組成。 LCD1602 實物如圖 26 所示。 圖 26 LCD1062 顯示屏 舵機 智能家居設計中，使用舵機控制房屋門子的開關。舵機實物圖如圖 27 所示 。 河南大學本科畢業(yè)生學士學位論文 10 圖 27 舵機實物圖 該舵機有三根引線。電源線和地線，為舵機提供最基本的工作保證?？刂凭€，用來輸入舵機的控制信號。控制信號以 PWM 波的形式出現(xiàn)。一般由定時器 0 定時器實現(xiàn)一個周期為 20ms 的 PWM 波。這個 PWM 波高電平持續(xù)的時間決定了舵機轉(zhuǎn)過的角度。其對應關系如圖 28 所示。 圖 28 輸入信號脈寬與舵機轉(zhuǎn)角對應圖 河南大學本科畢業(yè)