基于CAN总线的智能家居控制毕业论文

编号： 毕业设计（论文）说明书课 题： 基于 CAN 总线的智能家居控制 学 院： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 姓 名： 职 称： 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发年 月 日毕业设计（论文）报告用纸摘 要进入二十一世纪以来，借助计算机和互联网技术的发展，信息家电已经越来越多的出现在人们的生活之中，伴随着科学技术的进步，家居智能化正以前所未有的速度走进寻常百姓之家。以单片机为核心结合计算机构成的智能家居产品具有体积小、功能强、应用面广，使用灵活、价格便宜、工作可靠等优点。本文设计基于 CAN 总线的智能家居控制系统，研究其硬件电路设计、软件程序设计和 CAN 总线的智能家居领域的应用。该控制系统从结构上来划分，可以分为两个层次，分别为上位机监控和下位机各节点控制。上位机监控主要由监控计算机 PC 机和CAN-RS232 总线协议转换器构成，下位机由单片机和 CAN 总线智能节点数据采集模块构成，完成对家居的环境状况进行实时监控。系统设计两路 CAN 总线节点，采用温度传感器 DS18B20、湿度传感器 DHT11、烟雾传感器 MQ-2、BIS0001 人体红外传感器，巡回检测室内温度湿度，火情盗情等环境信息。并通过 CAN-RS232 协议转换将数据发至 PC 机记录和监控，PC 机可查询当前记录和历史记录，上位机和 CAN 节点分别设有报警功能，可以通过按键设定报警上限和下限。系统硬件包括主控芯片 STC89C52RC，CAN 总线通信模块，串行通信接口电路，烟雾浓度检测模块，人体移动红外检测模块，温湿度检测电路，液晶显示电路等。系统软件设计包括 VB 上位机监控程序，CAN-RS232 总线协议转换程序，CAN 总线智能节点通信程序，按键设定值程序，液晶显示程序等。关键词：智能家居；CAN 总线；传感器；Visual Basic毕业设计（论文）报告用纸AbstractSince the beginning of the 21st century, with the development of computer and Internet technology, information appliances have been more and more in peoples life, along with advances in science and technology, the intelligent home is at an unprecedented rate into the homes of ordinary people at home. Small size, wide range of applications, the use of flexible, cheap, reliable and advantages of microcontroller as the core, combined with computer composed of smart home products.The design is based on the CAN bus smart home control systems, to study the hardware circuit design, software programming, and CAN bus application in the field of smart home. The control system up from a structural division can be divided into two levels, respectively, for each node of the PC monitoring and machine control. PC monitoring of monitoring computer PC, CAN-RS232 bus protocol converter, the next crew of data acquisition module of the microcontroller and the CAN bus intelligent node to complete the real-time monitoring of the state of the environment of the home.System designs two CAN bus node, using temperature sensor DS18B20, humidity sensor DHT11, smog sensor MQ-2, BIS0001 infrared sensor, to detect circuitly indoor temperature and humidity, fire Pirates of the situation and other environmental information. Recording and monitoring of the data sent to the PC, the PC machine can check the records and history, the host computer and the CAN nodes are equipped with an alarm function, alarm upper and lower limits can be set through the button and the CAN-RS232 protocol conversion. The system hardware consists of the master chip STC89C52RC，CAN bus communication module, serial communications interface circuits, smoke concentration detection module, infrared detection module of human motion, temperature and humidity detection circuit, LCD circuits, etc. System software design, including VB PC monitoring program, the CAN-RS232 bus protocol conversion process, the intelligent node of the CAN bus communication program button to set the value of the program, LCD program.Keywords: Smart Home; the CAN bus; sensor; Visual Basic毕业设计（论文）报告用纸目 录引言 .11 课题研究内容 .21.1 课题背景.21.2 课题意义.22 系统设计概述 .32.1 设计任务.32.2 系统设计原理 .32.3 系统设计方案 .32.4 系统可行性分析 .43 CAN 总线概述 .63.1 CAN 总线简介.63.2 CAN 总线帧类型 .63.2.1 数据 帧 .63.2.2 远程帧 .73.2.3 错误帧 .83.2.4 过载帧 .83.3 CAN 报文过滤.83.4 CAN 错误处理.83.4.1 错误检测 .83.4.2 错误标定 .94 硬件电路设计 .104.1 单片机最小系统 .104.1.1 单片机 STC89C52RC .104.1.2 最小系统电路 .114.2 CAN 总线模块.124.2.1 CAN 控制器 SJA1000 .124.2.2 CAN 收发器 TJA1050.174.2.3 CAN 模块电路 .174.3 串口通信.184.3.1 电平转换芯片 MAX232 .184.3.2 串口通信电路 .194.4 温湿度检测模块 .19毕业设计（论文）报告用纸4.4.1 温度传感器 DS18B20.194.4.2 湿度传感器 DHT11.194.4.3 温湿度检测电路 .204.5 烟雾检测模块 .204.6 红外人体感应模块 .214.7 液晶显示模块 .214.8 报警电路.224.9 按键电路.225 系统软件设计 .235.1 软件整体设计 .235.2 CAN 通信程序设计 .245.3 RS-232 通信程序设计.265.4 LCD1602 液晶显示程序设计 .275.5 按键设定值程序设计 .295.6 温度采集程序设计 .295.7 湿度采集程序 设计 .315.8 应用软 件平台简介 .335.8.1 Keil C51 .335.8.2 Visual Basic 6.0.346 系统 调试 .376.1 硬件电路调试 .376.2 系统联调.377 总结和 展望 .41谢 辞 .42参考文献 .43附 录 .44毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 57 页引言科技的进步，带来经济飞速发展的同时，也给人们的生活带来无限的惊奇。不断更新的生活方式，使得越来越多的人追求对生活的舒适度和享受度。智能家居作为新生力量呼之欲出，自然地走进我们的生活，随之，引领新一代的数字家庭生活。通过分析现有的智能家居解决方案，智能家居包括四个基本的功能模块：家庭对外通信模块、家庭网关模块、家庭安全防范模块、家庭设备自动控制模块。本课题提取家庭安全防范模块研究，设计基于 CAN 总线的智能家居控制系统。安全防范就是保障人们在生产、生活和一切社会活动中人身生命、财产和生产、生活设施不受侵犯，防止侵害行为的总称。智能家居在满足人们舒适、方便生活的同时，也要求为家庭提供安全防范方面的保障。它包含的内容有防止入侵、盗窃、破坏、爆炸等，它的原则是“以防为主，打防并举” ，安全防范工作贯彻“人防、技防、物防”相结合的方针政策。因此，智能家居将家庭安全防范模块定义为其四个基本要素之一。课题将安全防范的内容分为两部分，分别是家庭内部环境安全、家庭对外非法入侵预防，这两方面都体现出现代技术在智能家居中的应用。在本课题中，由于条件限制，并没有对家庭安防模块进行实验，对于家庭内部环境安全，采用传感器检测室内的温湿度和烟雾浓度。对于家庭对外非法入侵预防，采用人体移动红外检测。本课题采用 CAN 总线设计智能家居组网系统，可以设计多路 CAN 智能节点，构成分布式控制系统，实现同时对多个居室的环境状况进行监控。CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。因此，CAN 总线在智能家居系统中得到广泛应用。毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 57 页1 课题研究内容1.1 课题背景二十一世纪是信息技术高速发展的时代，社会的信息化唤起了人们对住宅智能化及家居智能化的要求，智能住宅己成为中国房地产市场的主流。计算机行业和家电行业、电信行业、安防监控行业的互相渗透、互相融合，使信息时代的未来家居生活逐步成为现实。建设部要求根据不同消费者的需要，推动家居数字化、建筑智能化，可见中国智能家居市场潜力巨大。智能家居安防系统是集信息技术、网络技术、传感技术、无线电技术、模糊控制技术等多种技术为一体的综合应用。智能家居安防系统具有使用方便、安装简单、准确及时的特点，非常适合居家安全防范措施的实施，它可以检测居室内的煤气的泄漏情况、是否有火灾发生、是否发生水管爆裂、是否有小偷入室盗窃等危险的情况，并自动采取一定措施尽量把损失降到最小值，还以一定的无线方式去通知居室主人，让主人可以采取一定的措施去处理这种不好事件，这样就可以自动地与人为地去采取措施，去做到最好的安防。因此，随着人们生活水平的不断提高，白天离家去上班的人越来越多，这系统也会越来越受到青睬，加上目前智能安防系统的设计领域还很不完善，可以借以开发的无线网络条件也越来越成熟，把这方面的设计产品化，将会有很广阔的市场。1.2 课题意义目前国内越来越多智能化的商品已经进入到人们的生活，特别是在商品房小区里，人们都知道“安全第一” ，所以家居安防的第一要义就是要保证家居的安全，给家居主人一些已经发生了的危险情况的损失降到最低的程度。据预测，今后几年智能家居市场会进入一个行业整合阶段，最终可能会出现一些规模较大、品牌影响较好的智能家居生产厂家。从产品角度来讲，以后的智能家居产品会朝着实用化、傻瓜化（操作简单） 、模块化的方向发展，所谓模块化就是产品开发商把智能家居产品做成模块化的，可以根据用户的实际需求任意搭配。这样不仅可满足不同层次用户的需要，也可以省去不必要的端口模块的费用浪费。目前国内已在经济发达地区如北京、深圳、广州、上海等地建立了一批智能住宅小区，而且正快速地向其他地区辐射，建设部已将智能化住宅小区列为国家重点发展方向。预计未来 5 到 10 年可以形成相当规模的市场容量。届时，智能住宅的发展还将带动信息家电、物业管理等相关行业的发展。所以，智能家居的发展前景非常地好，且技术的研究还有很大的空间。毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 57 页2 系统设计概述2.1 设计任务设计多路 CAN 总线节点检测室内温度湿度，火情盗情等参数，发至 PC 机记录和监控，并有报警功能，PC 机可查询当前记录和历史记录。系统主要由三部分组成：上位监控计算机、CAN-RS232 总线协议转换器和 CAN 总线智能节点。设计的具体内容：（1）设计 CAN-RS232 总线协议转换器，把 CAN 报文储存并通过串口转发给上位监控计算机。（2）设计 CAN 总线智能节点，包括四个部分：单片机及其外围电路、CAN 总线模块、数据传输模块和传感器检测模块（负责对环境参数的检测） 。（3）系统软件设计，包括上位机监控软件设计、CAN-RS232 协议转换程序设计、CAN 总线通信程序设计、数据采集程序设计以及其它控制程序。2.2 系统设计原理首先，整个网络系统通过 CAN 总线连接起来。CAN 智能节点通过各传感器模块主动巡回检测家居的当前环境状况，把采集到的数据通过 CAN 总线发至 CAN-RS232 协议转换器，再通过串口把数据发送到上位机，上位机负责对采集到的数据进行保存、显示和管理。当检测到的环境信息意味着居家有危险时，下位机和上位机同时发出报警信号。考虑到季节的变化，温湿度的报警上下限可以在 CAN-RS232 协议转换器节点通过按键和 LCD1602 设定，然后发送至各个 CAN 智能节点。2.3 系统设计方案图 2.1 系统整体结构图上位监控计算机CAN-RS232 总线协议转换器CAN 智能节点1CAN 智能节点2RS232CAN 总线120 120毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 57 页该系统结构由上位监控计算机、CAN-RS232 总线协议转换器和 CAN 智能节点等三部分构成。总线两端各有加一个 120 欧的电阻，对匹配总线阻抗起着相当重要的作用，将大大提高数据通信