【正文】 國(guó)家，智能化家居早被廣泛應(yīng)用于生活。整個(gè)系統(tǒng)功能包括安防報(bào)警功能、視頻對(duì)講功能、監(jiān)控中心功能、家電自控功能、有線電視與電話接入以及智能家居控制面板等 [2]。智能家居系統(tǒng)還可以提供舒適的健康環(huán)境，通過(guò)配置相應(yīng)的傳感器可以有效監(jiān)視室內(nèi)的溫度、濕度和亮度，進(jìn)而控制空調(diào)、窗簾和照明系統(tǒng)的運(yùn)行 ，從而提供更加適宜的生活空間。在智能家居中配備 Inter 接入功能后，則家居的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力將更強(qiáng)，給住戶一種前所未有的安全感，使他們更加的放心去工作，去生活，從而提高用戶的生活質(zhì)量。多網(wǎng)合一將在一定程度上降低建設(shè)和維護(hù)的復(fù)雜度，而且提高了傳輸?shù)目煽啃裕? （ 3）從有線逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線。 智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 1 設(shè)計(jì)概述 設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn) 多媒體家庭智能控制系統(tǒng)，結(jié)合了多媒體數(shù)字影院系統(tǒng)、家庭監(jiān)控防盜系統(tǒng)、家庭背景音樂(lè)系統(tǒng)、燈光窗簾控制系統(tǒng)、家庭急救報(bào)警系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和自動(dòng)節(jié)能系統(tǒng)等系統(tǒng)的功能優(yōu)點(diǎn)。 采用模塊化設(shè)計(jì)， 可根據(jù)不同的家庭的習(xí)慣采用不同的組合方式，使家居智能實(shí)現(xiàn)“ DIY”，從而更好的體現(xiàn)家庭特點(diǎn)，體現(xiàn)不同的生活理念。 論文概述 論文包括智能家居整體制作思路及硬件外設(shè)部分的介紹與設(shè)計(jì)。 其中，第一章為引言，主要介紹了智能家居發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景；第二章為智能家居系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，主要包括主控芯片的選擇、功能模式的設(shè)計(jì)；第三章為硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其中主要 介紹了硬件電路設(shè)計(jì)，各類傳感器的功用及電源模塊、顯示模塊等；第四章為智能家居軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括智能家居系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)流程，并介紹了整個(gè)軟件的編譯環(huán)境；第五章是總結(jié)和鳴謝。 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖如圖 1 所示。 8 位單片機(jī)由于內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單、體積小、成本低廉，在一些較簡(jiǎn)單的控制器中應(yīng)用很廣。 方案一：采用傳統(tǒng)的 8 位 89C51 單片機(jī)作為主控芯片。若采用 89C51需要做 RAM， ROM 來(lái)擴(kuò)展其內(nèi)存空間，其硬件工作量必然大大增多。 綜上考慮，選用 ATmega16 單片機(jī)為 CPU 最為合適，且 ATmega16 單片機(jī)具有 16K的 flash， 512 字節(jié)的 EEPROM，滿足我們?cè)O(shè)計(jì)的需求。得益于 其先進(jìn)的指令集 及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間 ，使 ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐量可達(dá) 1MIPS/MHz，故可緩解系統(tǒng)在功耗和處理速度之間矛盾 [5]。 當(dāng)單片機(jī)處于空閑方式時(shí)， CPU 不再運(yùn)行，但 USART、 SRAM、 T / C、 SPI 端口、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器和中斷繼續(xù)正常工作；當(dāng)單片機(jī)處于掉電模式時(shí)，晶體振蕩器不再振蕩，但中斷模塊以及復(fù)位系統(tǒng)正常工作，而其他所有功能都不再運(yùn)行； 智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 當(dāng)單片 機(jī)處于省電模式時(shí)，異步定時(shí)器正常運(yùn)行，且允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，但其他功能將停止運(yùn)行；當(dāng)單片機(jī)處于 ADC 噪聲抑制模式下，只有異步定時(shí)器以及 ADC正常運(yùn)行，其他模塊均休眠，為的是減少在 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)噪聲； ATmega16 擁有 C 語(yǔ)言編譯器、宏匯編程序、程序調(diào)試器 /仿真器以及仿真器等一系列的編程工具，還會(huì)有評(píng)估板等相應(yīng)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具 [7]。 圖 2 ATmega16 實(shí)物圖 圖 3 ATmega16 引腳圖 功能設(shè)計(jì) 雙模式設(shè)計(jì) 為了適應(yīng)人們高質(zhì)量，便捷的生活需求，本系統(tǒng)采用兩種模式控制，即安防模式和自動(dòng)模式。且設(shè)置了手動(dòng)控制模式，人為的調(diào)節(jié)環(huán)境變化。 溫度控制 通過(guò)溫度傳感器（如圖 4）采集當(dāng)前的溫度信息，送到采集模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由控制中心進(jìn)行分析，通過(guò)與預(yù)設(shè)值的對(duì)比，決定空調(diào)的開(kāi)關(guān)，使室溫保持在一個(gè)恒定的范圍。 2021屆本科畢業(yè)論文 7 圖 4 溫度傳感器 DS18B20 圖 5 光敏傳感器 燈光 控制 通過(guò)光敏傳感器（如圖 5）采集當(dāng)前光線的值，通過(guò)與預(yù)設(shè)白天夜晚的值相比， 讓控制中心知道當(dāng)前的環(huán)境狀態(tài)，從而決定是開(kāi)燈還是關(guān)燈，是開(kāi)窗簾還是關(guān)窗簾。它提供了一種控制靈敏的聲控?zé)?[9]，它采用人嘴發(fā)出約 1 秒的控制信號(hào)“嘶”聲，即可方便及時(shí)地打開(kāi)和關(guān)閉聲控照明裝置，并有防誤觸發(fā)而具有的自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉功能，并設(shè)有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，使其應(yīng)用更加方便。 本次設(shè)計(jì)通過(guò)聲音傳感器 （如圖 6）檢測(cè)當(dāng)前是否有語(yǔ)音命令，來(lái)控制窗簾、臺(tái)燈、音響的開(kāi)關(guān)等，從而達(dá)到聲控的效果。若有火災(zāi)發(fā)生，則控制器發(fā)出聲光、短信等報(bào)警信號(hào)，通知家人及相關(guān)部門及時(shí)撲滅火災(zāi)，保證家居的安全。 本次設(shè)計(jì)通過(guò)火焰?zhèn)鞲衅鳎ㄈ鐖D 7）檢測(cè)室內(nèi)是否有異常明火，若檢測(cè)到有異常明火，則通過(guò)蜂鳴器報(bào)警且控制噴射閥工作。住宅周界防護(hù)是指在住宅門，房子的窗戶，窗戶上的玻璃等外部環(huán)境上安裝一些傳感器來(lái)檢測(cè)環(huán)境的變化，達(dá)到保護(hù)家居安全的作用，例如玻璃破碎探測(cè)器 ；住宅區(qū)的保護(hù)是指在主通道、臥室、書房、浴室安裝一檢測(cè)各種環(huán)境信息的傳感器 [11]，來(lái)保護(hù)室內(nèi)的安全，諸如紅外探測(cè)器、溫度傳感器、煙霧傳感器、震動(dòng)傳感器等，都可以幫助居室主人更好的管理家居。若檢測(cè)到有異常人員進(jìn)入，則會(huì)通過(guò)蜂鳴器報(bào)警。同時(shí)為了方便控制，控制芯片會(huì)將采集到的一些數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶屏上顯示出來(lái)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中 ,我們選用了穩(wěn)壓芯片 LM2576 完成 12V 向 5V的轉(zhuǎn)變 ,并讓其對(duì) ATmega16 控制核心和其他 5V 單元的供電。 LM2576 為 開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器。12V 電源，因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求增加了 7812/7912 三端穩(wěn)壓 IC 提供的177。 12V 直流電壓，177。 12V 直流電壓，給模塊供電源。 12V 電源穩(wěn)壓器電路 顯示模塊 方案一：采用 LED 數(shù)碼管顯示器。 方案二：采用漢字 LCD 液晶顯示器。 基于上面的比較分析 ，故采用 LCD 作為顯示模塊 ,而使用 Nokia5110 液晶（如圖 12）的有如下優(yōu)勢(shì)： 1)性價(jià)比高， LCD1602 可以顯示 32 個(gè)字符，而 Nokia5110 可以顯示 15個(gè)漢字， 30 個(gè)字符。 2)接口簡(jiǎn)單，僅 8 根 I/O 線即可驅(qū)動(dòng)， LCD1602 需 11 根 I/O 線， LCD12864需 12 根。 4)Nokia5110 工作電壓 ，正常顯示時(shí)工作電流 200uA 以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè) 備。當(dāng)無(wú)按鍵按下時(shí)，所有的輸入端檢測(cè)到的都是高電平，行線輸出低電平。通過(guò)讀取輸入線的狀態(tài)就可得知是否有按鍵按下，這種讀取方法我們稱為掃描法，這是人們最常用的矩陣鍵盤判別方法。若有一列是低電平，則表示鍵盤有鍵按下，且按下的鍵位于低電平線與 4 根行線相交叉的 4 個(gè)按鍵之中。 2）確定閉合鍵的具體位置，確認(rèn)方法是依次讓行線置為低電平，即在一個(gè)線為低電平時(shí)，其他線均為高電平。如果某列為低電平，則該列與此低電平行線交叉處的按鍵，即為閉合鍵。只要 獲得正確的時(shí)序電流， 步進(jìn)電機(jī)就 可以正常運(yùn)轉(zhuǎn) 。 當(dāng) 單刀 開(kāi)關(guān) SC連通 電源 時(shí) ， SB、 SA、 SD斷開(kāi)， 此時(shí) C 相繞組的 電 磁力和 4 號(hào)齒之間 電 磁力 開(kāi)始 作用，使 得 轉(zhuǎn)子 開(kāi)始 轉(zhuǎn)動(dòng)， 4 號(hào) 齒輪 和 C 相繞組的 電 磁極對(duì)齊。 同理 ， ABCD 四相繞組 依次 輪流供電， 由于 0 至 5 號(hào)齒輪的之間的錯(cuò)位， 轉(zhuǎn)子 就會(huì)依次順著 ABCD 方向 運(yùn)轉(zhuǎn) 。單四拍 的 步距角與雙四拍的 一樣 [14]， 且雙四拍 的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩 大， 單四拍 和 雙四拍的步距角 是 八拍 模式下 的 兩倍 ， 故 八拍 模式擁有 保持高轉(zhuǎn)動(dòng)力矩 和 高控制精度 的雙優(yōu)點(diǎn) 。且廣泛用于單片機(jī)、儀器儀表、 PLC 等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中。ULN2021 輸入為 5V 的 TTL 電平，且輸出電壓可達(dá) 50V，以及灌電流可達(dá) 500mA。 ULN2021 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 16： 圖 16 ULN2021 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 2021屆本科畢業(yè)論文 13 4 軟件設(shè)計(jì) 原理圖繪制 Altium Designer 6 是 Altium 公司 Protel 系列軟件基于 Windows 平臺(tái)的最新產(chǎn)品 [15]，是 Altium 公司總結(jié)了多年的技術(shù)研發(fā)成果，是對(duì) Protel 99 SE 以及 Protel DXP 不斷修改、擴(kuò)充新設(shè)計(jì)模塊和多次升級(jí)完善后的產(chǎn)物。 Altium Designer 6 是將設(shè)計(jì)流程、集體化 PCB 設(shè)計(jì)、可編程器件設(shè)計(jì)和基于處理器設(shè)計(jì)的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)功能整合在一起的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該平臺(tái)拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)界面，全面集成了 FPGA 設(shè)計(jì)功能和 SOPC 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的 FPGA 與 PCB 設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起 [16]。 圖 17和圖 18分別為在 Altium Designer 6 平臺(tái)上繪制的 ATmega16原理圖和 PCB圖。 32 位的程序，可在 Win 9 Win 9 Win ME、 Win NT、 Win 202 Win XP 和 Win 7 等 環(huán)境下運(yùn)行。 圖 20 為 progisp 的主界面： 圖 20 Progisp 主界面 智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 整體設(shè)計(jì)功能 通過(guò)按鍵選擇工作模式： ,檢測(cè)光照強(qiáng)度，自動(dòng)控制窗簾的拉伸；檢測(cè)光照強(qiáng)度，自動(dòng)控制臺(tái)燈的亮滅；檢測(cè)聲音，控制臺(tái)燈的亮滅； ,檢測(cè)是否有火焰產(chǎn)生，蜂鳴器報(bào)警；檢 測(cè)是否有異常聲音產(chǎn)生，蜂鳴器報(bào)警；檢測(cè)是否有外來(lái)人員進(jìn)入，蜂鳴器報(bào)警； 設(shè)計(jì)功能流程圖如下： 圖 21 功能流程圖 5 結(jié)論 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，基本完成了預(yù)期的設(shè)計(jì)模式（自動(dòng)模式與按鍵模式）。 整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)控制都取決于我們的傳感器模塊，它們主要由聲音傳感器、紅外傳感器以及光敏傳感器組成。設(shè)計(jì)的傳感器模塊如圖 23。實(shí)際測(cè)試效果明顯，能夠根據(jù)環(huán)境中光照等信息，來(lái)控制窗簾開(kāi)關(guān)，實(shí)物圖如下： 圖 24 步進(jìn)電機(jī)控制窗簾模型 智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 通過(guò)幾個(gè)月的不斷學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)，本次的智能家居設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了光照強(qiáng)度檢測(cè)、聲音檢測(cè)以及紅外煙霧檢測(cè)，并達(dá)到了自動(dòng)控制窗簾拉伸，自動(dòng)控制臺(tái)燈亮滅的效果。 參考文獻(xiàn) [1] 王鵬 .基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端的家庭智能控 制系統(tǒng) [D].西安工業(yè)學(xué)院 ,2021. 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