基于单片机的智能家居的设计

题目：基于单片机的智能家居的设计目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 第一章绪论 1.1设计背景 1.2市场前景 第二章方案设计 2.1设计原理 2.2设计任务 2.3设计方案 方案选择 方案一：采用数字电路控制 方案二：STC单片机方案 2.3系统结构 第三章硬件设计 3.1复位电路部分 3.2晶振部分 3.3电源部分 3.4烟雾检测部分电路 3.5红外感应电路 3.6按键部分电路 3.7LED灯部分电路 第四章软件部分 4.1STC89C52单片机 4.2PWM脉冲调制...............................................................................................13第五章结论与展望....................................................................................................致谢 参考文献 附录 摘要随着现代社会的发展，电子业以及网络通信技术的日益发达，目前的单片机应用已经成为了我们电子产品中不可缺少的一部分，电子产品研制，开发过程中首选微控制器件。社会生活水平提高，自动化、智能化的家电越发成为了人们的需要，本文设计了智能灯、红外感应识别灯以及烟雾检测器。智能灯满足人们日常对灯光的要求，红外感应识别灯可以满足自动化的需求，烟雾检测报警可以满足对安全的需求。关键词：智能灯红外温度烟雾感应器单片机报警AbstractWiththedevelopmentofmodernsociety,theelectronicindustryandtheincreasinglydevelopednetworkcommunicationtechnology,thecurrentapplicationofsingle-chipcomputerhasbecomeanindispensablepartofourelectronicproducts.Inthedevelopmentofelectronicproducts,microcontroldevicesarethefirstchoice.Withthecontinuousimprovementofpeople'slivingstandards,automaticandintelligenthomeappliancesbecomemoreandmorepeople'sneeds.Inthispaper,intelligentlamp,infraredinductionrecognitionlampandsmokedetectoraredesigned.Intelligentlampcanmeetpeople'sdailyrequirementsforlighting,infraredinductionrecognitionlampcanmeettheneedsofautomation,smokedetectionandalarmcanmeettheneedsofsafety.Keywords:intelligentlampautomaticinductionlampsmokesensorsinglechipmicrocomputeralarm第一章绪论1.1设计背景科技的发展来源于对劳动力的最大化利用，所以人们发明了许多机器来代替人工作，发明了自动化设备，智能化设备用于不同的场景来实现不同的需求。智能灯，随着发展，人们对灯光的要求愈发严格，不同的场景下需要不同的亮度，如读书时灯光不能太暗也不能太亮，休息时灯光不能太亮等。红外温度感应灯，有些情况下，灯光是必须开着的，如小区楼的灯，但是无人时显然又会浪费能源，通过红外温度感应灯当有人经过时，灯光自动亮起，人离开后，等自动灭掉，如此既能省电又能最大化利用能源。烟雾报警器，随着科技的发展，越来越多大型家电进入家庭，火灾的隐患也随着大型家电的进入而出现，-通过设计烟雾检测器来检测屋子的烟雾浓度来提醒人们，可以减少火灾带来的损失。1.2市场前景智能灯，在平常的生活与工作人们可能会发现灯光不舒服，而智能灯能够调节亮度，满足不同场景的需求。红外温度感应灯，小区楼道的灯不能灭，但是很多人经过打开又不会关，以及半夜上厕所摸黑开灯，有安全隐患且浪费资源，通过红外温度感应灯，可以减少安全隐患和资源浪费。烟雾报警器，随着科技的发展，越来越多大型家电进入家庭，火灾的隐患也随着大型家电的进入而出现，-通过设计烟雾检测器来检测屋子的烟雾浓度来提醒人们，可以减少火灾带来的损失。第二章方案设计2.1设计原理本系统在尽量保证功能不受损的情况下，尽可能的采用低价组件，将性价比达到最高，以单片机STC89C52为核心来达到设计要求。2.2设计任务本次设计，使用单片机STC89C52为主控芯片，加上一些外部设备，设计不同的设备组成智能灯设定四个按键，每个按键可设定不同的亮度。读书的亮度、休息的亮度等等。红外感应灯，在厕所门口，使用红外感应器识别有人进来以后厕所的灯点亮，当人走出厕所门，厕所灯熄灭，灯不需要控制交流电的灯泡使用9个普通5mmled等来实现烟雾报警系统，使用烟雾传感器提前设定好数值，当数值超过此数，，单片机控制系统切断家里电源总开关。并使用电机模拟出水。随着科技的发展，越来越多大型家电进入家庭，火灾的隐患也随着大型家电的进入而出现，-通过设计烟雾检测器来检测屋子的烟雾浓度来提醒人们，可以减少火灾带来的损失2.3设计方案方案选择方案一：采用数字电路控制采用数字密码锁的优点是设计简单。以74ls112双JK触发器构成的数字逻辑电路为核心控制。共设置4个用户输入键。键盘输入可以控制智能灯的亮度和烟雾传感器的检测值。方案二：STC单片机方案利用单片机多变的编程设计和数量众多的I0端口，以及其易控和高精准度，不仅可以做到基本的控制功能，还可以添加温度显示、时间显示甚至添加遥控控制功能。

对比两种方案,单片机方案有较大的活动空间，不仅仅可以达到所要求的功能，还可以扩展功能，方便、精准的对系统升级，所以我们采用后以一种方案。单片机有许多型号和不同的应用环境，所以，在选取单片机时要多加对比，对此实验，务必达到最佳的性价比。选取最优的单片机一般对比以下数据：性能、运行速度、IO口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、存储器、保密性、抗干扰性，除了这些，还有对比中断源和优先级，可承受温度范围、有无低电压检测功能、有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到:开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素凹。本次设计，使用STC单片机作为核心元件。选用单片机STC89C52作为主控单片机。一些操作时的指示状态等:而且管脚资源，数量要足够，Flash存储空间要大，如此，处理数据起来才会简单，而像本次这样采用一个简单的单片机来性价比还是很高的。当用户更改灯光亮度时可通过触摸按键来改变亮度，红外感应灯只需设置好程序即可，烟雾检测器可轻松设置数值2.3系统结构本次的任务是设计一个智能家居报警系统由单片机STC89C52为主控单片机，红外传感器、烟雾传感器、插座等外部设备组成一个完整智能家居系统。第三章硬件设计硬件设计部分电路主要包括复位电路、品振电路、电源部分、报警部分、按键部分、LED灯部分等部分组成。3.1复位电路部分复位电路如图所示。图中C2为滤波电容，S2为复位按键，电阻R4为下拉电阻。单片机正常运行时复位管脚RST被下拉电阻R4拉到低电位，当按键S2按下时，单片机管脚RST被拉倒高电平，单片机复位。3.2晶振部分晶振电路如图所示。选用的是外接无源的12MHz白振，根据单片机的数据手册，选择晶振电容为瓷片的22pF电容。晶振电路在系统在整个系统中是最重要的一部分，如果晶振系统设置不正确，整个系统都无法执行。3.3电源部分电源部分如图所示。图中J1是电源开关，当按下电源时运行程序，再次按下J1时熄灭。电容C1为滤波电容，作用是滤除电源的杂波，保证单片机尽量小的收到外界信号波的干扰。3.4烟雾检测部分电路烟雾检测部分电路如图所示，图中J4为烟雾传感器，R18、R19、R20、R21、R22为定值电阻。当烟雾传感器检测到有烟雾时，断电，并且通过电机模拟出水。3.5红外感应电路红外感应电路如图所示。图中Q1为热释电红外传感器，通过其接收温度，当超过设定数值时，会打开灯，减少到设定值时会灭灯。R1、R2、R3为定值电阻，LED1为蓝灯，蓝灯闪烁时，说明红外传感器没有预热完成，不能检测是否有人，当闪烁停止后红外感应器可正常工作。3.6按键部分电路按键部分如图所示，S1为电源开关，S2为复位键，S3、S4、S5、S6分别控制智能灯对应不同的亮度，适用于不同的场景3.7LED灯部分电路LED04、LED05、LED0、6LED07、LED08、LED09、LED10、LED11LED12为智能灯的亮度灯，可控制灯亮的数量来控制灯光亮度LED2、LED3为红外感应灯识别到人后亮灯。烟雾传感器检测到烟雾后，电机模拟出水设计，LED14为工作正常显示灯光。第四章软件部分4.1STC89C52单片机STC89C52的单片机程序包括宏定义、初始化、按键处理、显示、主函数等。线距离来说明程序部分。STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统的方法51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52的主要特性8K字节程序存储空间;512字节数据存储空间;内带4K字节EEPROM存储空间;可直接使用串口下载。1增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统80512工作电压:5.5V~3.3V(5V单片机)/3.8V~2.0V(3V单片机)3工作频率范围:0~40MHz，相当于普通8051的0~80MHz，实际工作频率可达48MHz4用户应用程序空间为8K字节5片上集成512字节RAM6通用IO口(32个),复位后为:P1P2/P3是准双向口/弱上拉，PO口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为IO口用时，需加上拉电阻。7ISP(在系统可编程)/AP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片。8具有EEPROM功能9共3个16位定时器/计数器。即定时器TO、T1、T210外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒11用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART12工作温度范围:-40~+85C(工业级)/0~75C(商业级)13PDIP封装结论与展望本次毕业论文是“基于单片机的智能家居的设计”。在接到这个任务的时候，是有点迷茫的，不断的上网查询资料，询问老师和同学问题，时间上却很紧张，于是直接驻扎图书馆，利用网络资源，向指导老师寻求帮助，因为有过李亚军老师的课程经验，再结合专业知识，最终，基本上完成了这次设计。但因为个人水平有限，以及疫情的关系，导致这次设计不够完美，没能装上GSM系统，这次设计的智能家居系统，智能灯、红外感应灯、烟雾检测器，因为个人水平有限无法加入物联网通过手机APP来实现远程操控，这是我的遗憾。经过本次任务，从刚开始的忐忑不定、毫无头绪，到设计基本完成的欢欣鼓舞、胸有成竹，收获了许多，不仅巩固了我不扎实的专业知识，还培养了我对专业的自信，锻炼了我自己的时间安排、设计、动手能力，让我把课堂和书本的专业知识，动手时所收获的经验相结合，懂得了：“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的真意，让我在面对旷阔的世界中，有了属于自己扎实的基础，坚持“实践是真理的唯一标准”这一真理，脚踏实地，让我把自己人生的书，翻开了崭新的一页致谢这次任务对于我来说是工匠们的锤炼，是我把所学的知识结合实践的过程。在这个过程中，我遇到了诸多的困难和迷惑，但是幸好，在欧阳老师的指导和帮助，还有同学们热心帮忙，在此，我要郑重地向帮助我的老师、同学、朋友们表示衷心的感谢，没有你们这次的鼎力相助，我就不能独自完成这次设计。尤其是欧阳老师，即使在疫情的阻碍下，百忙中帮我设计方案，检查纰漏，完论文，从设计方案，到动手的的问题以及原因，再到，论文的行文规范、排版设计欧阳老师都非常有建设性的帮助。因为欧阳老师的严格要求，让我在这次设计中，不断进步。补足了上课不认真导致的专业知识的不巩固，欧阳老师严谨、热心的态度是我一生学习的典范。参考文献[1]叶启明.单片机制作的新型安全密码锁[J].家庭电子2000,第六期:24-27[2]胡乔木.中国大百科全书中国大百科全书出版社。1993[3]李明喜.新型电子密码锁的设计[J].机电产品开发与创新.2004,第八期:77-79[4]董继成.一种新型安全的单片机密码锁[J].电子技术.2004,第三期:55-60[5]王宽仁。可靠安全的智能密码锁[J].电子技术应用2001年第2期[6]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，1999[7]胡汉才.单片机原理及其接口技术(第2版)[M].北京:清华大学出版社，2004[8]江志红.51单片机技术与应用系统开发[M].清华大学出版社，2008[9]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M]高等教育出版社，2000[10]阎石.数字电子技术基础[第四版][M].高等教育出版社.1998.11[11]任艳艳基于AT89C51单片机多功能密码锁的研究[J].重庆职业技术学院学报.2008.5[12]周功明.基于AT89C2051单片机的防盗自动报警密码锁系统的设计[J].绵阳师范学院学报.2007.5[13]周鑫，何建新，刘琥基于单片机的电子密码锁控制电路设计[J]成都信息工程学院学报，2009,(08)[14]李宗灏.基于STM32的智能烟雾报警系统[J].网络安全技术与应用2018,（2）:137,142附录#include"reg52.h"//================关键字别名定义===========================typedefunsignedcharuint8;typedefcharint8;typedefunsignedintuint16;typedefintint16;typedefunsignedlonguint32;typedeflongint32;//=====================IO端口定义==========================sbitkey0=P1^1;//第一种亮度控制键sbitkey1=P1^2;//第二种亮度控制键sbitkey2=P3^4;//第三种亮度控制键sbitkey3=P3^5;//第四种亮度控制键sbitLED0=P0^0;//厕所LED控制端口sbitLED1=P1^5;//房间LED控制端口sbitLED2=P1^0;//红外LED状态指示控制端口sbitHongWai=P2^0;//热释电红外传感器检测端口sbitMQ2=P0^1;//MQ2烟雾检测端口sbitWaterCtrl=P3^6;//水泵控制端口sbitPowerCtrl=P3^7;//总电源控制端口//=====================变量定义==========================bitT10msFlg=0;//10ms标志bitLed0_Flg;//LED0打开标志,1打开，0关闭uint8Led1_duty=0;//LED1占空比变量，0-10表示亮度为0-100%//系统初始化，开机时需要初始化一次voidSysInit(void){//==定时器T0(interrupt1)初始化=================================TMOD|=0x01; //设置定时器0工作模式,16位计数模式,默认为时钟12分频TH0=0xFC;//12M晶振下12分频时1ms初值TL0=0x18; TR0=1; //启动定时器0 ET0=1; //开启定时器0中断 EA=1; //开总中断}//定时器0中断服务子程序voidTimer0ISR(void)interrupt1 {staticuint8i=0;TH0=0xFC;//重装初值TL0=0x18; if(i<Led1_duty)LED1=0;elseLED1=1;i++;if(i>=10){i=0;T10msFlg=1;}}voidKeyScan(void){staticuint8KeyCnt=0; if(key0==0||key1==0||key2==0||key3==0) {if(KeyCnt<0xff)KeyCnt++; if(KeyCnt==10) { if(key0==0)//亮度1 {if(Led1_duty!=1)Led1_duty=1;elseLed1_duty=0;}elseif(key1==0)//亮度2{if(Led1_duty!=3)Led1_duty=3;elseLed1_duty=0;}elseif(key2==0)//亮度3{if(Led1_duty!=6)Led1_duty=6;elseLed1_duty=0;}elseif(key3==0)//亮度4{if(Led1_duty!=10)Led1_duty=10;elseLed1_duty=0;} } } else { KeyCnt=0; }}voidModeRun(void){staticuint8i=0;staticbitflg=0;staticuint16delay=0;staticuint16cnt=0;if(delay<6000)//上电延时60S，预热热释