物联网硬件综合设计智能排气扇设计与实现.docx

学 号： 课 程 设 计题 目物联网硬件综合设计学 院计算机科学与技术学院专 业物联网工程班 级物联网1001班姓 名指导教师2013年7月2日物联网硬件综合课程设计 -智能灯光及智能排气扇实现一、 设计背景我国已形成基本齐全的物联网产业体系，部分领域已形成一定市场规模，网络通信相关技术和产业支持能力与国外差距相对较小，传感器、RFID等感知端制造产业、高端软件和集成服务与国外差距相对较大。仪器仪表、嵌入式系统、软件与集成服务等产业虽已有较大规模，但真正与物联网相关的设备和服务尚在起步。智能化家庭网络是社会生产力发展、技术进步和社会需求相结合的产物。智能化家庭网络正向着集成化、智能化、协调化、模块化、规模化、平民化方向发展。智能化家庭网络市场将逐步形成完整的产业链，统一的行业技术标准和规范将会出现。二、实验目的 2.1掌握智能家居体验馆各系统的软件、硬件部署，绘制出硬件部署图，各节点按照“武汉理工项目设备编号.xlsx”统一编号。 2.2掌握各节点程序的烧写方法，能够搭建实验平台并在物联网高级教学实验箱上进行烧写实验。 2.3掌握串口助手的使用方法，能够使用串口助手发送控制命令。 2.4掌握所有软件的部署和开发平台。三、实验设备及环境 3.1各节点程序 3.2服务器端程序 3.3客户端程序 3.4 PC机 3.5平板电脑四、各个模块对应的传感器及对应的参数4.1环境监测模块：噪声、温湿度、雨滴、光照、远红外、烟雾传感器等。环境检测网关 : G0011 N0001噪声传感器 ：G0011 N0005温湿度传感器：G0011 N0010雨滴传感器 ：G0011 N0015光照传感器 : G0011 N0020远红外传感器：G0011 N0025远红外传感器：G0011 N0026烟雾传感器 ：G0011 N00354.2智能家居：灯光、窗帘、雨篷、排气扇、沙发等。反向控制网关：G0019 N0001雨棚 ：G0019 N0098状态检测网关：G0019 N0001窗帘A0 ：G0019 N00A0环境检测网关 : G0011 N0001窗帘A1 ：G0019 N00A1雨滴传感器 ：G0011 N0015窗帘A2 ：G0019 N00A2光照传感器 : G0011 N0020窗帘A3 ：G0019 N00A3压力传感器：G0019 N0099灯光A ：G0019 N0091灯光B ：G0019 N0093投影仪 ：G0019 N00B04.3智能家电：电视、空调、投影。反向控制网关： G0019 N0001电流检测网关 ： GF1F1 N0001电流检测器： GF1F1 N0003(冰箱)电流检测器： GF1F1 N0004(电视机)电流检测器： GF1F1 N0005（投影仪）投影仪 ： G0019 N00B04.4短信控制:冰箱、电视、空调等。反向控制网关： G0019 N0001红外转发器 : G0019 N0088五、智能家居主要软硬件5.1硬件组成灯光、窗帘、雨篷、排气扇、沙发（压力传感器）、冰箱、电视、空调、投影、饮水机、噪声传感器、温湿度传感器、雨滴传感器、光照传感器、远红外传感器、烟雾传感器、环境检测网关、状态检测网馆、电流检测网关、反向控制网关、无线网卡、GPRS模块5.2软件组成服务器软件，客户端软件，程序烧写软件（SmartRFProg.exe），COM口转USB口软件（CP210x_VCP_Win_XP_S2K3_Vista_7）5.2.1服务器软件首先在主机上安装服务器软件，服务器软件用来实现对四个网关（环境检测网关COM14，状态检测网关COM3，电流检测网关COM10和反向控制网关COM11）串口通信的控制环境检测网关：与各个传感器通信的软件，对应于Sniffer监听网关.hex文件，实现对各种传感器（噪声传感器，温湿度传感器，雨滴传感器，光照传感器，远红外线传感器，烟雾传感器）采集到的数据的检测，并且将检测到的数据发送给服务器进行处理。反向控制网关：与各个智能家电通信的软件，对应于Sniffer控制网关.hex文件，用于接收服务器或GPRS模块的控制信息，并实现对各个智能家电的控制。电流检测网关：与各个智能家电通信的软件，对应于数据收发控制网关.hex文件，用于实现对流过各个智能家电电流的检测，并将检测到的信息发送给服务器进行处理。状态检测网关：与沙发和饮水机通信的软件，对应于Sniffer监听网关.hex文件，主要用于检测沙发和饮水机的状态，并将检测到的状态信息发送给服务器。5.2.2串口转U口软件串口转U口软件（CP210x_VCP_Win_XP_S2K3_Vista_7），本软件主要用于服务器中将各个网关的COM口（环境检测网关COM14，状态检测网关COM3，电流检测网关COM10和反向控制网关COM11）转换成主机的USB口5.2.3客户端软件 客户端软件主要安装在PC机或iPad上，如图可知其主要显示：环境监控，智能家居，智能家电，系统设置和其他五个部分。环境监测主要显示各个传感器所感知的数据（例如：温度检测值，雨滴检测值，光照检测值，分贝检测值，湿度检测值，可燃气体检测值）。智能家居主要显示智能排风扇，智能冰箱，前后排灯光及四个窗帘的控制界面，还显示沙发和饮水机的状态信息。智能家电主要显示智能电视机（开关，音量，频道，节目源），智能空调（开关，制冷模式，制热模式，抽湿模式，自动模式），智能投影仪（开关，云台升起，暂停，降落）的控制界面。系统设置主要是对部分家居的自动控制的临界参数值的设置，其中包括灯光自动控制，窗帘自动控制，排风扇自动控制，投影仪自动控制和光照与灯光控制。其他里面仅仅是一个品牌界面5.2.4程序烧写软件（SmartRFProg.exe） 本软件主要用于将程序烧写到对应的网关板节点上，具体的步骤如下：1）打开桌面的“SmartRF Programmer”程序，该程序会显示已连接上节点2） 在Flash image位置导入需要烧写的网关节点的hex镜像，镜像文件在“ImageWSN”目录下，文件名为“网关板.hex”3）按下“Perform actions”按钮，进行烧写 界面如下图：5.4各个模块的实现模拟图5.4.1环境监控模块图1：环境监测模块硬件部署5.4.2智能家居模块 图2：智能家居模块硬件部署图5.4.3智能家电模块 图3：智能家电模块部署图5.4.4短信控制模块 图4：短信控制模块部署图以下列出硬件部署图中各硬件中使用的软件：PC机：服务器（Sm.Server），客户端（Sm.Client），串口转U口软件（CP210x_VCP_Win_XP_S2K3_Vista_7），程序烧写软件（SmartRFProg.exe）环境检测网关：01_Sniffer监听网关.hex反向控制网关：01_Sniffer控制网关.hex电流检测网关：01_数据收发控制网关.hex状态检测网关：01_Sniffer监听网关.hex温湿度传感器：02_温湿度传感模块.hex噪声传感器：03_噪声传感模块.hex光照传感器：04_光照传感模块.hex远红外传感器：05_远红外人体感应模块.hex烟雾传感器：06_可燃气体传感模块.hex排风扇：02_智能排风扇控制模块.hex灯光：03_智能灯光控制模块.hex窗帘：04_智能窗帘.hex雨棚：05_智能雨棚.hex投影仪：06_投影仪升降模块.hex红外遥控器：07_红外遥控器（电视机、空调、投影仪开关）.hex智能插座：02_智能插座.hex沙发：02_智能沙发感应模块.hex饮水机：03_智能饮水机传感模块.hexGPRS模块：短信_GPRS模块.hex六、智能灯光及排气扇智能控制的实现利用51单片机控制温AM2301湿度传感器和AD转换模块PCF8591以获取温湿度和光照的值，通过分析温湿度和光照强度对灯光和排气扇进行控制，硬件连接图如下： 8051单片机AD转换（PCF8591）光敏电阻温湿度模块显示模块灯光开关继电器电机各引脚定义：P0.0P0.7 数码管数据线P2.2数码管锁存使能端口 段锁存P2.3 数码管位锁存P1.0 AM2301数据信号P1.1 电机开关P2.4 灯光开关P1.2 AD转换时钟P1.3 AD转换数据线功能实现：利用51系列单片机实时监控温度、湿度、光照强度等数据信息，在光照小于阀值150的时候会点亮一个LED灯，如果空气湿度大于80%就会驱动电机开始排气，并实时在数码管上显示温湿度值。代码实现：/AD转换#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/AD转换sbit SCL=P12;/时钟sbit SDA=P13;/数据线/*I2C总线*/void init()SCL=1; SDA=1;void delay(uint z)uint x,y;for(x=0;xz;x+) for(y=0;y110;y+)void start()/开始SDA=1; delay(1); SCL=1; delay(1); SDA=0; delay(1); void stop()/结束SDA=0; delay(1); SCL=1; delay(1); SDA=1; delay(1);void write_Byte(uchar date)/写一个字节uchar temp,i; temp=date; SCL=0; delay(1); for(i=0;i8;i+)temp=temp1;SDA=CY; delay(1); SCL=1; delay(1); SCL=0; delay(1); SDA=1;/释放数据总线uchar read_Byte()/读取一个字节uchar i,j,k; SCL=0;delay(1); for(i=0;i8;i+)SCL=1; delay(1); j=SDA; delay(1); k=(k1)|j; SCL=0; delay(1); return k; SDA=1; void respons()/应答 uchar i=0;SCL=1;delay(1);while(SDA=1)&i=250)i+;SCL=0; delay(1);uchar read_AD()/读取转换后的值 uchar val; /P0=0x55;start(); write_Byte(0x90);/器件地址respons();write_Byte(0x40);/子地址respons();start();write_Byte(0x91); respons(); val=read_Byte(); respons(); stop();return val;/温湿度及电机控制#include#include AD.h#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define DataPort P0 /定义数据端口 程序中遇到DataPort 则用P0 替换sbit LATCH1=P22;/定义锁存使能端口 段锁存sbit LATCH2=P23;/ 位锁存sbit Temp_SDA=P10;/AM2301数据信号sbit OPEN_OFF=P11;/电机开关sbit LED_Status=P24;/灯光开关uchar value=0;unsigned char code DuanMa12=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x80,0x40;/ 显示段码值09 ,小数点，负号unsigned char code WeiMa=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/分别对应相应的数码管点亮,即位码unsigned char TempData8;/存储显示值的全局变量int Temp1,Temp2,Hum1,Hum2;/Humidity湿度，Temp温度int Humidity,jiaoYan;int Temp;/us级延时void delay_10us(uint x)while(x-);/ms级延时void delay_ms(uint x)uint i,j;for(i=0;ix;i+)for(j=0;j110;j+); /温湿度传感器初始化void Temp_init(void)Temp_SDA=0;delay_10us(40);/延时至少800usTemp_SDA=1;delay_10us(2);while(!Temp_SDA);while(Temp_SDA);/获取8位数据uchar Temp_Value(void) uchar i,value_8=0,dat;for(i=0;i8;i+)while(!Temp_SDA);delay_10us(2);/延时40us/_nop_(); if(Temp_SDA) dat=1;else dat=0;while(Temp_SDA); value_8=(value_8127) Temp=0-(Temp1-128)*256+Temp2); else Temp=Temp1*256+Temp2; hum1=Humidity/1000;hum2=Humidity/100%10;hum3=Humidity/10%10;hum4=Humidity%10;tem2=Temp/100%10;tem3=Temp/10%10;tem4=Temp%10; /TempData0=DuanMahum1; TempData0=0; TempData1=DuanMahum2;TempData2=DuanMahum3;TempData2|=DuanMa10;/小数点TempData3=DuanMahum4; if(Temp0) tem1=Temp/1000; if(tem1=0) TempData4=0; else TempData4=DuanMaTemp/1000; else Temp=0-Temp; TempData4=DuanMa11; TempData5=DuanMatem2; TempData6=DuanMatem3; TempData6|=DuanMa10;/小数点 TempData7=DuanMatem4;/*- 显示函数，用于动态扫描数码管 输入参数 FirstBit 表示需要显示的第一位，如赋值2表示从第三个数码管开始显示 如输入0表示从第一个显示。 Num表示需要显示的位数，如需要显示99两位数值则该值输入2-*/void Display(unsigned char FirstBit,unsigned char Num) static unsigned char i=0; DataPort=0; /清空数据，防止有交替重影 LATCH1=1; /段锁存 LATCH1=0; DataPort=WeiMai+FirstBit; /取位码 LATCH2=1; /位锁存 LATCH2=0; DataPort=TempDatai; /取显示数据，段码 LATCH1=1; /段锁存 LATCH1=0; i+; if(i=Num) i=0;void Timer0_init(void) IE=0x82;/开总中断及T0开关 TMOD=0x01; TH0=(65536-2500)/256; TL0=(65536-2500)%256; TR0=1; /电机开关void DianJi(void)if(Humidity800&OPEN_OFF!=1) OPEN_OFF=1;/*delay_10us(50);OPEN_OFF=0;delay_10us(1);*/else if(Humidity800&OPEN_OFF=1)else OPEN_OFF=0;void main()OPEN_OFF=0;/电机关Timer0_init();delay_ms(2200);init(); LED_Status=1;while(1) GetValue40();value=read_AD();