【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 亞馬遜 等世界經(jīng)濟(jì)巨蟒在本世紀(jì)初已經(jīng)研究出一定的產(chǎn)業(yè)用于民用。谷歌智能化實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)空天地一體戶智能家居控制。 現(xiàn)如今 智能家居進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)已經(jīng) 10 多年了，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云 數(shù)據(jù) 等先進(jìn)科技的應(yīng)用，傳統(tǒng)的有線的智能家居遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需求和人們對(duì)功能豐富性和可操作性強(qiáng)的要求，智能家居呈現(xiàn)數(shù)字化、智能化、潮流化趨勢(shì)，展現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力，而且產(chǎn)品也越來越貼近生活，接地氣，實(shí)用越來越成為智能家居 發(fā)展的主方向 ，打造一個(gè)安全 ，智能，快捷，舒適的生活環(huán)境。 在國(guó)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(lǐng)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(jìn)社會(huì)進(jìn)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?！盎ヂ?lián)網(wǎng) +”模式的提出促進(jìn)國(guó)內(nèi)外智能家居再一次發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)變革的動(dòng)力之源主要來自云空間、數(shù)據(jù)資源和大規(guī)模社會(huì)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(lǐng)域具備天然優(yōu)勢(shì)。只要將底層開發(fā)與上層的應(yīng)用完美融 合，才能促使智能家居研究領(lǐng)域快速健康發(fā)展。 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 5 第 2 章 總體設(shè)計(jì)與器件介紹 本章將主要介紹設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)以及所包含使用的模塊以及器件功能簡(jiǎn)介。 智能家居基本原理概述 本設(shè)計(jì)的智能家居系統(tǒng)使用最新加強(qiáng)版 STC52RC的 8位單片機(jī)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(jī)，直流風(fēng)機(jī)等被控對(duì)象來實(shí)現(xiàn)的智能系統(tǒng)。智能家居系統(tǒng)上電初始化， STC52RC 單片機(jī)采取中斷和查詢方式錄入按鍵工作方式，時(shí)時(shí)掃描傳感 器的工作狀態(tài)，如果有系統(tǒng)識(shí)別信號(hào)發(fā)生，傳感器實(shí)現(xiàn)信息反饋的數(shù)字信號(hào)通過 IO 被單片機(jī)讀取，單片機(jī)判斷是否執(zhí)行相應(yīng)操作，如果溫濕度超限發(fā)出警報(bào)。判斷在家狀態(tài)時(shí)候，當(dāng)紅外傳感器工作即有人非法闖進(jìn)，以及家中煙霧濃度過高等狀況可通過 GSM 發(fā)送相應(yīng)的中文提示信息到主人的手機(jī)上，智能家居主人也可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程操作一系列必要的遠(yuǎn)程控制 MCU 進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)操作，比如可以控制被控對(duì)象風(fēng)機(jī)，舵機(jī)工作。智能家居實(shí)物如圖 21 所示。 圖 21 智能家居實(shí)物圖 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 6 智能家居的總體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用 8 位單片機(jī) STC52RC 單片機(jī)芯片作為主控微處理器，配有傳感器作為信息監(jiān)測(cè)的信號(hào)來源，舵機(jī)風(fēng)扇作為被控對(duì)象。本次設(shè)計(jì)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(jī)手 機(jī) 終 端G S M 模 塊電 源 系 統(tǒng)傳 感 器信 號(hào)被 控 對(duì)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(jī) 房 門驅(qū) 動(dòng) 電 路 直 流 風(fēng) 機(jī)電 源 系統(tǒng) 圖 22 智能家居總體結(jié)構(gòu)圖 STC89C52 單片機(jī) 單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)芯片、為單片機(jī)工作提供能源的電源電路、產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘電路（晶振）、復(fù)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(jī)可以穩(wěn)定的工作。由于該單片機(jī)有 4 個(gè)八位的可編程I/O 口 ,可以對(duì)其進(jìn)行編程控制， 因此可以對(duì)其進(jìn)行一些外圍的擴(kuò)展，使其完成一些指定的任務(wù)。 STC89C52 片內(nèi)具有 ROM/EPROM，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)可靠、簡(jiǎn)單。這種單片機(jī)在其外圍加入時(shí)鐘電路和復(fù)位電路就可以作為控制單元穩(wěn)定的執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的操作，結(jié)構(gòu)如圖 33 所示。由于集成度的限制，單片機(jī)最小系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元 。 STC52 單片機(jī)引腳圖如圖 23 所示。 圖 23 STC89C52 封裝引腳圖 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 7 STC52 單片機(jī)性能及其參數(shù)應(yīng)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(gè)串行中斷 時(shí)鐘頻率 024MHZ 2 個(gè)外部中斷 可編程 UART 低功耗和掉電模式 軟件設(shè)置睡眠喚醒 DHT11 傳感器 DHT11 溫濕度 傳感器是一款用來準(zhǔn)確測(cè)量溫度濕度數(shù)字傳感器，由于抗擾動(dòng)效果好 ,快速反應(yīng)、優(yōu)良品質(zhì)、低功耗，信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)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(diǎn)使其能夠應(yīng)用使用在許多苛刻特定的工作場(chǎng)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(shí)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(yàn)和 3）數(shù)據(jù)校驗(yàn)和為 32bit 校驗(yàn) 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(chǔ)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(hào)處理、標(biāo)準(zhǔn) 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(yuǎn)程數(shù)據(jù) 通信傳輸，GPRS 入網(wǎng)通訊瀏覽網(wǎng)頁(yè)。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(shí)隨地使用手機(jī)移動(dòng)終端。 GSM 模塊支持支持中英文短信服務(wù)，單片機(jī)通過簡(jiǎn)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(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)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(dòng)式釋放紅 外傳感器 作為非法入侵的檢測(cè)裝置信號(hào)來源。它具有以下優(yōu)點(diǎn)： 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(cuò)誤的判斷。 當(dāng) 系通過工作在不在家模式下有人闖入 ，能被傳感器識(shí)別出來。 2） .成本低，實(shí)用性強(qiáng)，操作方便，主人便于不在家或者夜間模式下對(duì)住宅進(jìn)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(qiáng)度很低時(shí) 光敏三極管一直處于關(guān)斷狀態(tài)， 紅外傳感器正常工作 。 當(dāng)在可檢測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)較大體積或者存在有紅外釋放的移動(dòng)的個(gè)體，發(fā)射二極管發(fā)射出的紅外線反饋回強(qiáng)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(duì)煙霧進(jìn)行識(shí)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(hào)的智能集成檢測(cè) 傳感器， 該傳感器在各種氣體檢測(cè)場(chǎng)所中廣泛實(shí)用性使用。 MQ2 傳感器正常工作前需要讓檢測(cè)探頭通電加熱一段大概 5s 左右的時(shí)間，MQ2 氣體傳感器對(duì) CH CO、 H2 以及危 害 氣體的靈敏度高 ，模塊輸出數(shù)字信號(hào)可通過 IO 直接讀寫檢測(cè)傳感器檢測(cè)周圍氣體是否出現(xiàn)易燃有害的氣體。 直流風(fēng)機(jī) 在當(dāng)今電機(jī)眾多類型中，直流電機(jī)因?yàn)榭刂坪?jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)了大部河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 9 分的電機(jī)市場(chǎng)份額。直流風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)跟輸入電壓成正比快速轉(zhuǎn)動(dòng)快慢，直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇一起轉(zhuǎn)動(dòng)的直流電機(jī)裝置。直流風(fēng)機(jī)具有效率高，機(jī)械損耗小，調(diào)速范圍廣，功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用是 AVC 系列的 12 伏直接風(fēng)機(jī)去作為空氣切換窗口裝置。直流風(fēng)機(jī)如圖 25所示。 圖 25 直流風(fēng)機(jī) 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(xué)特性，所以廣泛的應(yīng)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(hào) ASCII 碼的點(diǎn)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(gè)字符模塊組成。 LCD1602 實(shí)物如圖 26 所示。 圖 26 LCD1062 顯示屏 舵機(jī) 智能家居設(shè)計(jì)中，使用舵機(jī)控制房屋門子的開關(guān)。舵機(jī)實(shí)物圖如圖 27 所示 。 河南大學(xué)本科畢業(yè)生學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 27 舵機(jī)實(shí)物圖 該舵機(jī)有三根引線。電源線和地線，為舵機(jī)提供最基本的工作保證?？刂凭€，用來輸入舵機(jī)的控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)以 PWM 波的形式出現(xiàn)。一般由定時(shí)器 0 定時(shí)器實(shí)現(xiàn)一個(gè)周期為 20ms 的 PWM 波。這個(gè) PWM 波高電平持續(xù)的時(shí)間決定了舵機(jī)轉(zhuǎn)過的角度。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖 28 所示。 圖 28 輸入信號(hào)脈寬與舵機(jī)轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)圖 河南大學(xué)本科畢業(yè)