單片機家居智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)范文

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摘要：采用STC89C52單片機為主控制芯片的智能家居系統(tǒng)，能給用戶提供一個安全、智能、舒適的家居環(huán)境。通過DHT11溫濕度傳感器檢測當前室內(nèi)的溫度和濕度，可以按鍵設(shè)置溫度和濕度的范圍，當檢測到溫度或者濕度不在設(shè)置的范圍內(nèi)時，可自動調(diào)節(jié)。此外，具有防盜功能，通過紅外傳感器能夠進行檢測，當有人闖入或者當前的煙霧濃度過高時，蜂鳴器會發(fā)出聲光報警，提示信息通過GSM模塊發(fā)送短信到用戶的手機上。調(diào)試后系統(tǒng)可以達到預(yù)期效果，有一定的實用價值。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機；智能家居；GSM模塊

1引言

隨著科學(xué)技術(shù)水平的進步和提高，智能家居系統(tǒng)應(yīng)運而生。智能家居目前正處于成長期，國內(nèi)一些優(yōu)秀的企業(yè)逐漸加深了對智能家居行業(yè)的研究，特別是隨著企業(yè)的不斷發(fā)展和人們逐漸上升的家居需求，促使智能家居品牌迅速崛起，并日益發(fā)展壯大，智能家居從開始出現(xiàn)到發(fā)展，已經(jīng)走過了將近20年，如今，智能家居已走進了人們的生活[1]。

2基于單片機的家居智能系統(tǒng)本設(shè)計

以單片機為核心，通過溫濕度傳感器檢測當前室內(nèi)的溫度和濕度，按鍵設(shè)置溫度和濕度的范圍。在檢測到溫度或者濕度不在設(shè)置的范圍內(nèi)時，可自動啟動空調(diào)對室內(nèi)溫濕度進行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)可實現(xiàn)對多種家用電器的開關(guān)控制，通過按鍵控制電機正反轉(zhuǎn)模擬窗簾開關(guān)，控制燈光和其他家用電器的開關(guān)。該系統(tǒng)還具有防盜功能，通過紅外傳感器檢測是否有人闖入，如果檢測到有人闖入時蜂鳴器會發(fā)出聲光報警。能夠通過煙霧傳感器檢測煙霧，通過按鍵設(shè)置煙霧濃度的上限，當檢測到當前的煙霧濃度過高時，也會發(fā)出聲光報警，提示煙霧濃度過高并通過模塊發(fā)送短信到用戶的手機上。

3基于單片機家居智能系統(tǒng)的設(shè)計

3.1系統(tǒng)構(gòu)成

基于單片機的家居智能系統(tǒng)以單片機為核心控制芯片，系統(tǒng)組成有紅外檢測模塊、煙霧檢測模塊、溫濕度檢測模塊、顯示模塊、電機模塊、繼電器模塊、短信模塊和LED燈模塊[2]。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

3.2系統(tǒng)方案的選擇與論證

家居智能系統(tǒng)由控制芯片、紅外檢測模塊、煙霧檢測模塊、溫濕度檢測模塊、顯示模塊、電機模塊、繼電器模塊、短信模塊和LED燈組成，根據(jù)設(shè)計要求對比選擇相關(guān)元器件。

3.2.1控制器的選擇方案一：使用STC89C52單片機。STC89C52單片機為STC公司生產(chǎn)的一種51系列單片機，繼承了其他51系列單片機的低功耗、性能高的特點，采用CMOS8位控制器。而Flash存儲有8K，可燒錄大量程序，具有很多傳統(tǒng)的51系列單片機所不具備的優(yōu)點，編寫方式更靈活、效率更高，解決問題時更有效。方案二：采用STM32F103C9T6單片機。STM32F103C9T6為STM32系列單片機的最小系統(tǒng)，為32位，具有性能高、成本低、功耗低等特點，屬于增強型系列的單片機[3]。內(nèi)核是ARM公司生產(chǎn)研發(fā)的Cortex-M3，能夠滿足用戶的多種需求，且內(nèi)部的Cortex-M3架構(gòu)能使其指令執(zhí)行更快，單片機性能更強。通過對以上兩種單片機的對比，雖然兩種單片機都完全能實現(xiàn)本設(shè)計的功能。但是，STM32F103C9T6單片機的價格高，而STC89C52單片機的性能，不但完全能實現(xiàn)本設(shè)計所要求的功能，而且價格低廉，在市場也很常見。經(jīng)過多方面的考慮，系統(tǒng)采用方案一中STC89C52單片機作為本設(shè)計的主控制芯片。3.2.2紅外檢測模塊的選擇方案一：HC-SR501人體感應(yīng)模塊可以全自動感應(yīng)人體，通過判斷人體波長來判斷是否有人經(jīng)過，當模塊感應(yīng)到人體時，會輸入高電平，而當人距離遠，模塊感應(yīng)不到人體時，會輸出低電平。HC-SR501非常靈敏，因此對于測試者有很強的技術(shù)要求，如不需要檢測人體時，需要將模塊擋住，不適用于初學(xué)者用來測試[4]。方案二：紅外光電傳感器工作原理是將被測對象的變化轉(zhuǎn)化成為光信號的變化，然后在通過內(nèi)部的光電原件把檢測到的光信號轉(zhuǎn)化為需要的電信號。光電傳感器具有反應(yīng)靈敏、檢測準確等特點，且傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，因此使用廣泛。通過兩種傳感器的對比，光電傳感器可以準確的檢測到是否有遮擋來判斷電梯門是否有人或者物體，起到防夾的作用，而HC-SR501人體感應(yīng)模塊只能檢測人體，而且反應(yīng)過于靈敏，很容易出現(xiàn)誤觸、誤判現(xiàn)象，因此通過對比選擇光電傳感器[5]。3.2.3顯示模塊的選擇與論證方案一：數(shù)碼管顯示模塊是一種發(fā)光器件，內(nèi)部由多個發(fā)光二極管組成。而數(shù)碼管分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管兩種。在顯示數(shù)字時，采用數(shù)碼管及其方便，也非常直觀，因此數(shù)碼管被廣泛用于需要計時計數(shù)的家用電器、比賽計分等需要數(shù)字顯示的設(shè)備和場合。但是，數(shù)碼管不善于顯示漢字、字母和圖形。方案二：LCD1602是一種很常見的液晶顯示屏，通過字面意思可理解到，1602能同時顯示16x02即32個字符。LCD1602在顯示數(shù)字、圖形、字母中十分常見，如果有多種需要顯示的類目，采用LCD1602是一種極佳的選擇，而且LCD1602的市場價低廉，也很常見，因此被廣泛使用[6]。通過對兩種顯示方式的對比，設(shè)計選用LCD1602液晶顯示屏作為本設(shè)計的顯示模塊。

4基于單片機家居智能系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計及實現(xiàn)

4.1SIM800系列模塊電路

SIM800L模塊電路設(shè)計最重要的部分是模塊的供電電源。該模塊在工作時，瞬間電流高達2A，而GSM模塊電路還要考慮兼容性，既可與單片機通信，又可和計算機通信，因此設(shè)計采用5V電源供電。為了保持模塊的穩(wěn)定性，本設(shè)計采用較粗的電源線，防止瞬間電流過大模塊工作失敗的現(xiàn)象發(fā)生。SIM800L模塊有四個引腳，兩端為VCC和GND分別連接整個電路的電、接地，SRXD連接單片機的P3.1口。

4.2DHT11溫濕度傳感器電路

DHT11是一個集成的數(shù)字溫濕度一體傳感器，接線簡單。DHT11具有極高的穩(wěn)定性和可靠性。測量范圍、測量精度等均滿足設(shè)計的要求。使用范圍廣闊，可用于倉庫、溫濕度大棚、汽車以及家電等各個需要溫濕度檢測的器件和場合。單片機的家居智能系統(tǒng)設(shè)計采用DHT11溫濕度傳感器檢測室內(nèi)環(huán)境溫度和濕度，DHT11傳感器與STC89C52單片機連接相對比較簡單。單片機的P3.7口用來發(fā)收串行數(shù)據(jù)（即數(shù)據(jù)口），連接傳感器的Pin2（DATA）。傳感器的電源端口Pin1和Pin4分別接單片機的GND和VCC端，傳感器Pin3懸空[7]。

4.3煙霧檢測模塊

MQ2煙霧傳感器具有檢測煙霧靈敏度高、反應(yīng)快、檢測范圍廣、穩(wěn)定性強等特點，MQ2的驅(qū)動電路很簡單，軟硬件控制方便。MQ2對天然氣、液化氣體特別是檢測煤氣煙霧更是敏感，而且不容易受到外界環(huán)境的干擾。即使多種氣體混合，MQ2煙霧傳感器也能準確的排除掉其他非可燃氣體。

5基于單片機家居智能系統(tǒng)的程序框圖

系統(tǒng)通過DHT11溫濕度傳感器檢測當前室內(nèi)的溫度和濕度，按鍵設(shè)置溫度和濕度的范圍，在檢測到溫度或者濕度不在設(shè)置的范圍內(nèi)時，可自動啟動空調(diào)對室內(nèi)溫濕度環(huán)境進行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)可實現(xiàn)對多種家用電器的開關(guān)進行控制，按鍵控制電機正反轉(zhuǎn)模擬窗簾開關(guān)，紅外傳感器檢測是否有人闖入，檢測到有人闖入時蜂鳴器會發(fā)出聲光報警，通過MQ2煙霧傳感器檢測煙霧，當檢測到當前的煙霧濃度過高時，發(fā)出聲光報警，提示煙霧濃度過高并通過GSM模塊發(fā)送短信到用戶的手機上，可以提供一個安全、智能、舒適的家居環(huán)境[8]。GSM模塊程序在開始后首先初始化程序，在發(fā)送AT指令后實現(xiàn)短信發(fā)送，具體流程為發(fā)送AT指令，設(shè)置文版的模式，發(fā)送接受短信的電話號碼，發(fā)送驗證碼完成短信的發(fā)送。圖2為GSM模塊流程圖。

6結(jié)語

使用STC89C52單片機為控制芯片的智能家居系統(tǒng)通過DHT11溫濕度傳感器檢測當前室內(nèi)溫度和濕度，可自動調(diào)節(jié)，還具有防盜防火功能。在發(fā)出聲光報警的同時，會將信息通過GSM模塊發(fā)送短信到手機上，能提供一個安全、智能、舒適的家居環(huán)境。該系統(tǒng)有很強的實用價值，后期還可以改進和完善。

參考文獻

[1]鄢志明.單片機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計研究[J].現(xiàn)代信息科技,2017,1(1):109-111.

[2]宋杰.基于單片機的溫度控制系統(tǒng)的研究[J].山東工業(yè)技術(shù),2018,9(2):110-120.

[3]劉琳霞.單片機在溫度控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].內(nèi)燃機與配件,2017,15(21):105-107.

[4]熊攀.基于單片機的溫度控制系統(tǒng)[J].通訊世界,2017,10(19):297-298.

[5]姜路遙,高陽,張帥.基于單片機的溫度過程控制系統(tǒng)的設(shè)計分析[J].電腦迷,2017,21(9):35-37.

[6]趙杰.基于單片機的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計[J].江蘇科技信息,2017,22(26):39-40.

[7]戴畸哲,戴曙光.基于單片機的溫度控制箱研究與設(shè)計[J].電子科技,2017,30(8):165-168.

作者：趙華峰 單位：渭南師范學(xué)院 數(shù)理學(xué)院