【正文】 hejiang University of Technologyfor the Degree of BachelorApplication And Hardware Implementation Of Intelligent Temperature Controller InSmart HomeStudent: XXXX Advisor: XXXXXXXXX. . . .College of Information EngineeringZhejiang University of TechnologyJune 2022. . . .浙 江 工 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文、創(chuàng)作）任務(wù)書(shū)專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 學(xué)生姓名/學(xué)號(hào) 一、設(shè)計(jì)（論文、創(chuàng)作）題目： 智能溫控器在智能家居中的應(yīng)用及硬件實(shí)現(xiàn) 二、主要任務(wù)與目標(biāo)： 設(shè)計(jì)智能溫控器并提出其在智能家居中的應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)精確定位功能，精確溫度檢測(cè)功能，以及實(shí)時(shí)通訊功能，并實(shí)現(xiàn)通過(guò)溫度感知對(duì)電機(jī)的控制 三、主要內(nèi)容與基本要求： ，設(shè)計(jì)各模塊電路，畫(huà)出原理圖 ，完成應(yīng)用方案設(shè)計(jì) 3. 撰寫(xiě)畢業(yè)論文和提交相關(guān)設(shè)計(jì)文擋、圖紙、程序流程圖等 四、計(jì)劃進(jìn)度： ~ 收集相關(guān)資料文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)相關(guān)傳感器基礎(chǔ)知識(shí)，完成市場(chǎng)調(diào)研；完成外文翻譯、文獻(xiàn)綜述；熟悉課題，做好開(kāi)題準(zhǔn)備，有初步設(shè)計(jì)方案； ~ 完成開(kāi)題報(bào)告，參加開(kāi)題交流； ~ 完成智能溫控器在智能家居中的應(yīng)用方案制定，制作樣機(jī)，接受中期檢查； ~ 樣機(jī)測(cè)試與改進(jìn)，做出最終設(shè)計(jì)成品。撰寫(xiě)畢業(yè)論文初稿； ~ 論文修改，畢業(yè)答辯，提交相關(guān)文檔資料。與人類(lèi)生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究之間的關(guān)系密切，許多生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)研究都會(huì)有溫濕度測(cè)量或檢測(cè)的相關(guān)要求。與此同時(shí)，智能家居作為家庭信息化的實(shí)現(xiàn)方式，已成為社會(huì)信息化發(fā)展的重要組成部分。通過(guò)對(duì)溫控器市場(chǎng)的調(diào)研，我們得知該項(xiàng)目的應(yīng)用以及市場(chǎng)都非常廣泛，競(jìng)爭(zhēng)激烈。主要介紹了該系統(tǒng)配合四旋翼飛行器，通過(guò)飛行器在空中的航行軌跡，記錄下飛行器在飛行過(guò)程中周?chē)h(huán)境的溫濕度，并把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)傳輸?shù)诫娔X端。實(shí)現(xiàn)了低功耗，低成本，體積?。梢园惭b在小型四旋翼飛行器上），工作穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。例如工業(yè)中的報(bào)警器 [2]、裝有溫控器的微波爐 [3]等，甚至涂覆裝備中也涉及到溫控器的運(yùn)用 [4]。例如冰箱上的溫控是控制壓縮機(jī)啟動(dòng)與停止的，設(shè)定的溫濕度到了，壓縮機(jī)停轉(zhuǎn)，加熱裝置上的溫控器是控制加熱與保溫的。目前，市面上很多溫控器也包含濕度的測(cè)量，因此在后續(xù)章節(jié)，我們提到的溫控器統(tǒng)一指溫濕度的測(cè)量和控制設(shè)備。這種方法將改變整個(gè)房屋的安全和舒適性能，使我們的生活更加方便輕松，而且還能起到節(jié)能減排的環(huán)保作用。想象一下，在人們剛剛回到家里的時(shí)候，大門(mén)鎖被開(kāi)啟之后，房屋中的智能安防系統(tǒng)自動(dòng)解除原先設(shè)定的室內(nèi)警戒狀態(tài)，走廊里的燈慢慢地開(kāi)啟，室內(nèi)溫控系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，自己常聽(tīng)的流行音樂(lè)在耳邊輕輕響起。到了晚上的時(shí)候，所有的窗簾都會(huì)按照設(shè)定好的時(shí)間自動(dòng)關(guān)閉。智能家居作為家庭信息化的實(shí)現(xiàn)方式，已成為社會(huì)信息化發(fā)展的重要組成部分 [6]。智能家居的概念很早就已經(jīng)被提出，只是那時(shí)還沒(méi)出現(xiàn)一個(gè)實(shí)際存在的案例。 溫控器項(xiàng)目研究意義及發(fā)展背景智能家居從起源至今已有三十多年的歷史。此外，在歐州、日本等地區(qū)，智能家居也已開(kāi)始穩(wěn)步發(fā)展。它與人類(lèi)生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究之間的關(guān)系相當(dāng)緊密，幾乎所有的生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)研究都會(huì)有溫濕度檢測(cè)的相關(guān)要求 [8]。以前很多都是人為進(jìn)行溫濕度控制，這樣不僅浪費(fèi)人力，同時(shí)還增加了很多不穩(wěn)定性 [9]。 那么很顯然，溫濕度的控制在智能家居中的應(yīng)用也占據(jù)著非常重要的地位。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。結(jié)合前兩段不難看出，智能溫濕度控制系統(tǒng)已經(jīng)在智能家居中占據(jù)了很重要的地位。近年來(lái)隨著新的溫控器企業(yè)的不斷涌入，各企業(yè)都在承受著成本不斷攀升，產(chǎn)品利潤(rùn)日益微薄的壓力。再加上國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力成本的上升，原材料價(jià)格的上漲，多方作用，種下的苦果是部分競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)的產(chǎn)品幾乎進(jìn)入純成本競(jìng)爭(zhēng)階段。對(duì)比中. . . .小企業(yè)，或者是新進(jìn)入市場(chǎng)的企業(yè)，一些龍頭企業(yè)在中高端市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)明顯，同時(shí)還有更多精力和能力完成技術(shù)創(chuàng)新，并拓展到多領(lǐng)域。現(xiàn)如今很多帶有溫濕度控制產(chǎn)品中，有冷鏈監(jiān)測(cè)(物聯(lián)網(wǎng))系統(tǒng) [12]、冷鏈溫濕度控制器、溫濕度記錄儀、冷庫(kù)電氣控制箱、溫濕度環(huán)境測(cè)量?jī)x、空氣能熱泵控制器、車(chē)用空調(diào)控制器等，這些都應(yīng)用于不同領(lǐng)域和處所。各種廚房柜、飲料柜、展示柜、醫(yī)療柜、冷凍冷藏柜等制冷系統(tǒng)的溫濕度控制等。有一種遠(yuǎn)程監(jiān)控是通過(guò)通信模塊和控制器把互聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備連成物聯(lián)網(wǎng)，并可用于集中監(jiān)控，無(wú)需網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)控制，無(wú)需再在多個(gè)工地奔走勞碌。通過(guò)手機(jī) [13]和網(wǎng)頁(yè)兩種方式及時(shí)發(fā)送設(shè)備故障信息，極大降低人工運(yùn)維成本，減少損失和賠償。因此，文獻(xiàn)[14]中的工業(yè)溫濕度控制器，完全可以加以改進(jìn)，添加無(wú)線(xiàn)傳輸系統(tǒng)，并運(yùn)用到智能家居中。實(shí)現(xiàn)人們雖然遠(yuǎn)離房屋，但任然對(duì)房屋中的狀況一清二楚，方便快捷。再細(xì)致化到家庭用于養(yǎng)魚(yú)觀賞用的魚(yú)缸中的智能溫控調(diào)節(jié)系統(tǒng),在文獻(xiàn)[15]中采用的是工業(yè)中最常用的 PID 控制算法。還可以根據(jù)不同魚(yú)的習(xí)性設(shè)置不同的溫濕度，并通過(guò)移動(dòng)終端或者互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地控制。而在國(guó)內(nèi)，已安裝在運(yùn)行和正在安裝調(diào)試準(zhǔn)備投入使用的壁掛爐近 95%的都有配備各種各樣的簡(jiǎn)易型的或智能型的溫濕度控制器。. . . .總結(jié)：由以上內(nèi)容分析，適合國(guó)內(nèi)的溫濕度采集系統(tǒng)需要具備的性能有溫濕度的采集，無(wú)線(xiàn)傳輸，節(jié)能環(huán)保，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集和分析。 本論文主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排本論文主要實(shí)現(xiàn)基于DHT11傳感器的溫濕度實(shí)時(shí)采集的硬件電路設(shè)計(jì)及軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。第一章：緒論該章重點(diǎn)介紹智能溫濕度控制器的研究背景與意義、國(guó)內(nèi)外溫控器當(dāng)前的發(fā)展情況和具體應(yīng)用案例，并給出本論文的主要章節(jié)安排。第三章：溫濕度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)該章詳細(xì)介紹了溫濕度采集與顯示系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方案、電路設(shè)計(jì)思想以及各個(gè)電子元器件的選擇與優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也介紹了硬件實(shí)現(xiàn)中所遇到的問(wèn)題以及解決方案。 第五章：溫濕度顯示系統(tǒng)人機(jī)軟件界面簡(jiǎn)介該章簡(jiǎn)單闡述了溫濕度采集與顯示系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)思想、功能模塊以及具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。第六章：總結(jié)總結(jié)本論文所做的工作，討論當(dāng)前設(shè)計(jì)的不足和展望后續(xù)可能實(shí)現(xiàn)的功能。 F450 四旋翼飛行器的基本結(jié)構(gòu)對(duì)于經(jīng)典的四旋翼飛行器，旋翼對(duì)稱(chēng)分布在機(jī)體的前后、左右四個(gè)方向，四個(gè)旋翼處于同一高度平面，且四個(gè)旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同，對(duì)角的兩個(gè)旋翼的旋轉(zhuǎn)方向必須一致，處于鄰角位置的兩個(gè)旋翼的旋轉(zhuǎn)方向必須相反（其原因?qū)⒃?3中詳細(xì)介紹）。結(jié)構(gòu)形式如圖21所示。常用于各類(lèi)航拍項(xiàng)目如高壓電線(xiàn)檢測(cè)、電視節(jié)目拍攝等。圖 22 遙控器與無(wú)線(xiàn)數(shù)傳 F450 四旋翼飛行器的工作原理 四旋翼飛行器通過(guò)控制四個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)改變旋翼（螺旋槳）的旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)四個(gè)旋翼升力的不同變化，從而控制飛行器的姿態(tài)和位置。 四旋翼飛行器的電機(jī)1和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此當(dāng)飛行器平衡飛行時(shí)，陀螺效應(yīng)和空氣動(dòng)力扭矩效應(yīng)均被抵消。 （1）垂直運(yùn)動(dòng)：同時(shí)增加四個(gè)電機(jī)的輸出功率，旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力增大，當(dāng)總拉力足以克服整機(jī)的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機(jī)的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現(xiàn)了沿z軸的垂直運(yùn)動(dòng)。 （2）俯仰運(yùn)動(dòng)：在圖23（b）中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3 的轉(zhuǎn)速下降（改變. . . .量大小應(yīng)相等），電機(jī)電機(jī)4的轉(zhuǎn)速保持不變。 （3）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：與圖23（b）的原理相同，在圖23（c）中，改變電機(jī)2和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，保持電機(jī)1和電機(jī)3的轉(zhuǎn)速不變，則可使機(jī)身繞x軸旋轉(zhuǎn)（正向和反向），實(shí)現(xiàn)飛行器的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，四個(gè)旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會(huì)引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 23 四旋翼飛行器眼各自由度的運(yùn)動(dòng). . . . F450 四旋翼飛行器的搭建與調(diào)試因多旋翼飛行器構(gòu)造簡(jiǎn)單，相對(duì)直升機(jī)調(diào)試容易，對(duì)飛手基礎(chǔ)知識(shí)要求大大降低，導(dǎo)致近年航模在拍攝領(lǐng)域的流行。某些調(diào)試盲點(diǎn)甚至是已入模多年的模友也難以避免。首先，螺旋槳要采用正反槳的方式。其次是電調(diào)，電調(diào)充當(dāng)了變壓器的作用，供電。然后是電池，一塊電池飛行時(shí)間大概1015分鐘（懸停省電，做動(dòng)作會(huì)耗電），屬于易耗品。通上電，飛控板上的燈處于關(guān)閉狀態(tài)，可以聽(tīng)到電調(diào)發(fā)出的滴滴聲，這時(shí)將油門(mén)打到最低（注意油門(mén)方向，需要實(shí)現(xiàn)確定是設(shè)置的向上為最低，還是向下為最低），然后方向舵向右扳到底，飛控板的燈就會(huì)亮，電調(diào)也不會(huì)再繼續(xù)發(fā)聲，說(shuō)明飛行器已準(zhǔn)備好起飛。第一個(gè)遇到的問(wèn)題是F450四軸飛行器通過(guò)USB數(shù)據(jù)線(xiàn)連接地面站后，GPS無(wú)法正常定位。其解決方案是由于PixHawk飛控內(nèi)置有GPS，所以進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，可以只選一個(gè)GPS，本次課題設(shè)計(jì)中，我們選用外接GPS模塊；第三個(gè)問(wèn)題是F450四軸飛行器解鎖后起飛時(shí)立即倒向一邊，無(wú)法正常起飛。其解決方案是給PixHawk飛控重新載入最新的固件，從而解決該問(wèn)題。圖 25 為四旋翼飛行器定點(diǎn)懸停，圖 26 為F450 飛行器靜態(tài)圖。. . . .第 3 章 溫濕度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 溫濕度采集系統(tǒng)的各部分硬件選取該溫濕度采集系統(tǒng)既可以使用電池供電，也可以使用固定電源供電，例如在使用USB 接口的情況下可以由電腦供電也可使用手機(jī)充電器或是移動(dòng)電源供電。這 4 個(gè)元器件屬于低功耗器件，這樣的選取保證了溫濕度采集系統(tǒng)在工作時(shí)采集到的數(shù)據(jù)更加精確標(biāo)準(zhǔn)，降低了電池的消耗使四旋翼飛行器的續(xù)航能力更久，同時(shí)減小了整個(gè)系統(tǒng)的體積，使其更易安裝在四旋翼飛行器上便于飛行器攜帶，這樣的硬件選取在降低成本的同時(shí)提高了性?xún)r(jià)比 [18]。該單片機(jī)采用了 8051 核的 ISP（In System Programming）系統(tǒng)可編程芯片，該芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)可編程（ISP）特性，通過(guò)配合 PC 端的控制程序即可將用戶(hù)的程序代碼下載進(jìn)單片機(jī)內(nèi)部，省去了購(gòu)買(mǎi)通用編程器，而且速度更快。并且該器件單片機(jī)的基本功能和其它型號(hào)的 51單片機(jī)完全兼容。STC89C51RC系列單片機(jī)不僅是單時(shí)鐘機(jī)器周期(1T)的兼容 8051 內(nèi)核單片機(jī)，還是高速低功耗的新一代 8051 單片機(jī)，全新的流水線(xiàn)精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)，而且內(nèi)部集成了 MAX810 專(zhuān)用復(fù)位電路。STC89C51 單片機(jī)微控制器系列還具有以下性能特點(diǎn)：無(wú)需專(zhuān)用的編輯器即可通過(guò)串口()用 STC 提供的 軟件進(jìn)行燒錄；增強(qiáng)型的 STC89C 系列單片機(jī)在進(jìn)行 ISP 燒錄程序時(shí)，可以設(shè)置為 6 時(shí)鐘/機(jī)器周期(雙倍速)或 12 時(shí)鐘/機(jī)器周期工作模式，而且通過(guò)設(shè)置 6 時(shí)鐘/機(jī)器周期（雙倍速），可以將外接晶振頻率降低一半，能有效降低對(duì)外部電磁輻射（EMI）；STC89C 系列單片機(jī)中的 RC 系列單片機(jī)在原. . . .有 8052 共 256 字節(jié) RAM 的基礎(chǔ)上，又?jǐn)U展了 256 字節(jié) RAM，共有 512 字節(jié)RAM(000H～1FFH)；目前，STC89C51/52/53RC 報(bào)價(jià)分別為 ，STC89C54/58/516RD+報(bào)價(jià) 11/15/17 元，STC89LE54/58/516AD 報(bào)價(jià)分別為 11/元。圖 31 STC89C51 引腳圖初次學(xué)習(xí) 89c51 單片機(jī)時(shí)總結(jié)的編程注意事項(xiàng)：每次編程時(shí)，最好建立單獨(dú)的文件夾，便于管理和以后運(yùn)用。. . . .圖 32 STC89C51 單片機(jī)實(shí)物 HC05 主從機(jī)一體藍(lán)牙模塊HC05 主從機(jī)一體藍(lán)牙模塊類(lèi)型屬于串口發(fā)送接收模塊類(lèi)型。該模塊兼容 5V 或 的電壓，因此非常適合與單片機(jī)系統(tǒng)的配對(duì)，可以很方便與本文設(shè)計(jì)的溫濕度采集系統(tǒng)進(jìn)行連接，使用起來(lái)非常靈活、方便。ATKHC05 藍(lán)牙模塊與單片機(jī)系統(tǒng)的典型連接方式如圖 33 所示：圖 3