【《基于单片机的wifi家电开关控制系统设计》5800字（论文）】

PAGE11基于单片机的wifi家电开关控制系统设计目录1绪论 21.1研究背景和研究意义 21.2国内外研究现状 21.2.1国内研究现状 21.2.2国外研究现状 21.3研究的主要内容 22系统总体设计 32.1设计方案 32.2器件选择 32.21主控制器选择 32.22通讯方式的选择 42.23显示模块的选择 43硬件电路设计 43.1主芯片的设计 43.2Wi-Fi通信模块的设计 63.2.1ESP8266WIFI模块简介 63.3.2ESP8266WIFI模块电路 63.3继电器电路模块的设计 73.4电源电路模块的设计 83.5OLED显示电路模块的设计 84系统软件设计 84.1开发环境 84.2系统主程序设计 95系统调试 95.1软件调试 95.2实物展示及功能说明 95.2.1实物展示 95.2.2功能测试 10结论 12参考文献 12附录 14附录1电路图 14附录2程序代码 14摘要：电子计算机丰富了人们的生活，丰富了这个世界。电子计算机的出现简化了生活与生产，提高了劳动效率，减少了劳动时间，在生活中得到了广泛的应用。本文论述了当代WiFi远程控制系统的现状，进行了合理化的分析，产生了一套系统的设计方案，并提出了此系统方案各模块软件和硬件的设计方法。本文阐述了一套基于单片机的家用电器WiFi控制设计，利用单片机通过WiFi模块建立起与手机之间的联系，再向继电器发出信号来控制家电，以此来远程控制家用电器。关键词：单片机；WiFi模块；远程控制1绪论1.1研究背景和研究意义1989年智能家居的概念定义被提了出来。2000年以后，智能成了社会发展的方向，世界各国的别墅、公寓和小区都开启了智能化设计。特别是在发达国家和发达地区，技术先进支持着国家的发展，支持着智能家居的发展。当代社会的人们越来越依靠方便的设计，虽然国家没有规定智能公寓的标准，但是人们买房也是优先选择智能化公寓，因为人们需要便利的设计和人们喜欢新鲜的事物。正因为如此，现在市场智能化电器越来越多，智能化产品也是层出不穷，智能化产品出来的质量问题也很多，国家发布了一系列法律法规规范这个商业产业链。因此智能化产业发展迅速，产品的质量也是逐渐进步，智能化家用电器在生活领域也是越来越重要。随着人们生活质量的提高，智能时代已经到来。当代人们对科技的喜欢主要表现在新鲜感上，智能家居的公寓满足了人们的需求。拥有远程家电控制的公寓是必会成为社会的主流公寓，是未来社会发展必然的趋势。在我们使用家电时候，经过信息时代的飞速进步，如今家电已经可以开始使用无线WIFI控制使用，只需要我们一键设置，就能享受生活。本系统设计致力于通过WIFI设计，将智能化与家用电器相结合发展，大大方便了未来人们生活水平的提高。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状现在中国科技进步的速度是肉眼可见的，中国作为世界大国之一，在智能化发展上也是名列前茅的。在家用电器领域的发展速度也是非常可观的。小米是人们都熟知的一个电子产品品牌。小米家电系统也越来越广为人知，小米家电系统利用小米手机系统作为控制端来控制各式各样的家用电器。小米公司跟很多家家用电器公司在多方面产生了合作关系，制造出各种智能家电，如扫地机器人，电视，智能灯具和智能音箱等。我国的智能家居现状还不够完善，还不够系统化。现如今，节能环保占据第一位，绿色发展才是智能家居的发展方向。2014年之后，智能家居在我国快速发展。目前看来就智能家居在我国的发展来看，其成效特别突出。之后的几年里，随着智能家居合作商的变多，智能家居技术的进步，智能家居的发展依旧如日中天。国内市场中各大行业随着5G技术的到来都开始将发展目标投入WIFI智能化的发展中，高科技产业公司加大研发使得我们的智能化无线控制家电的实现有着广阔前景。1.2.2国外研究现状世界最早的智能建筑是在美国，开创了智能家居发展的先河。这个智能建筑主要是使用计算机系统来开启与关闭建筑中的各种家用电器。自2000年以后，世界各国开启了智能家居的新时代，智能家居系统在公寓中的使用越来越普遍。日本与韩国等国家中，有不少企业发现了智能家居的前景，发现了这个商机，因此他们在智能家居的研究上花费了大量时间与金钱，直接推进了智能家居系统的进步。据我了解，智能家居系统有三个国家研究的比较完善，分别是美国系统、德国系统和新加坡系统。国外作为技术研发与创新为主体的国家，对于新兴技术产业的研究一直是各大国家竞争的主要内容，现在智能化家电控制在国外也逐渐走入大众视野。各国在5G时代到来的今天，WIFI控制家电成为下一个研究热门。国外对于此方向的研究不弱于我国，因此本次设计的WIFI家电控制开关有着实际应用前景。1.3研究的主要内容利用单片机完成主控电路的设计，辅助电路要求包括电源电路、显示模块、ESP8266wifi芯片模块和控制模块电路等。该设计可以实现以下功能：1.能够准备无误的控制家用电器的电源开关。

2.自动显示开启时间的长短。

3.实时利用wifi模块对家用电器的监管。

4.增加定时设置。2系统总体设计2.1设计方案基于单片机的WiFi家用电器控制，采用STC89C52单片机，使用ESP8266WiFi芯片进行数据接收与输送，用OLED显示屏来显示界面的相关信息。手机端APP控制家用电器，通过网络进行数据传输，再将数据传输至路由器，路由器的信号在经过无线网络，再经ESP8266WiFi模块进行数据的接收，在ESP8266WiFi模块接收到数据之后再将此数据传输至主控芯片STC89C52进行分析管理。通过ESP8266wifi模块接收远程的控制信号后，传接至单片机，然后进行处理后，输出控制信号进行对继电器的控制，因此来控制家用电器的状态信息。系统框图如图2-1所示：STC89C52STC89C52OLED显示手机APPOLED显示手机APP继电器来控制家电开关WIFI模块继电器来控制家电开关WIFI模块图2-1系统框图2.2器件选择2.21主控制器选择方案一：使用MSP430F149芯片作为微处理器，该芯片有2KB的RAM与60KB的闪存，其晶振频率最高为8MHz，具有48个控制引脚，2个串口通信口，自带的模数转换接口有8个通道，分辨率为12位，有16位处理器，而且功耗低。方案二：使用STC89C52芯片作为微处理器，功耗低、性能高，该芯片为8位处理器，被称为位处理器，更方便用户使用。从各方面综合考虑STC89C52更能满足控制要求，因此选用STC89C52芯片作为主控制器。2.22通讯方式的选择方案一：zigbee通讯方式使用方向比较全面，实用性强，而且连接方便。就目前发展来说，拓展空间大，但也说明开发难度极大。zigbee虽然在拓展空间大，其中传送途径较多，但其由于无法与外部联网连接，所以也无法在本文中进行应用。方案二：蓝牙技术可以说是最早的无限传输技术，在目前的生活中也是随处可见，蓝牙耳机就是最经典的例子。我们日常使用的手机中都有蓝牙功能，蓝牙技术适用于近距离传输而且是一对一的传输信号。本文所研究的家用电器控制需要一对多的控制，所以蓝牙控制被排除使用。方案三：红外传输方式也是生活中随处可见的控制方式。红外传输方式的操作与控制很简单很便捷，但红外通讯传输方式弊端太大，通信信号弱，不能隔离传输信号。在家用电器设备的控制使用时，间隔物体或墙壁都是很常见的，因此红外通讯方式可以排除使用。方案四：WiFi通讯方式在目前生活中随处可见，而且WiFi模块通讯可靠，价格实惠，耐久度优越，操作方法较容易，并且在日常生活中已经基本离不开。综合以上分析考虑，WiFi通讯方式是对本次设计最有利对家用设备的通讯方式。因此本次设计选用WiFi通讯方式进行信号的传输。2.23显示模块的选择本次设计需要显示家电的工作时间，对家电实时控制，显示模块主要有LED数码管和OLED显示屏。方案一：选用LED数码管显示家电的工作状态，但数码管的显示内容不够充足，不能同时显示所有信息。故数码管不符合显示的要求。方案二：OLED是自发光的器件，显示效果优越，显示容量大，而且不需要高电压，3.3V足够使用正常工作。通过比较，本系统不显示汉字，故选用OLED模块作为显示器。3硬件电路设计3.1主芯片的设计STC89C52在如今的嵌入式开发中应用的越来越广泛，随着家居系统技术的开发，其可扩展的程度也逐渐增大。STC89C52的时钟频率为0~40兆赫兹，家用电器设备的晶振电路中，其时钟频率很低，所以此芯片符合本次设计。如图3-1所示：图3-1

STC89C52引脚图晶振电路设计晶振电路对于单片机来说具有非常关键的作用。如图3-2所示。图3-2

晶振电路图单片机收到时钟电路发出的时钟信号脉冲，从而开始指令工作。按照理论来说，晶振电路所发出的信号频率越高，单片机的运行越流畅，但是实际情况却不是如此，需要合适的晶振才能使单片机效率最高。本文设计中，使用11.0592MHz的晶振，为避免电容差值太大使用相同的30pF电容，以免影响谐振的稳定性。复位电路设计本设计采用上电自动复位。在运行过程中出现错误时就需要按键复位进行重启。上电复位操作，只需要使得RST处于高电平就能实现复位，故通过上电使电容处于充电状态或按下复位按钮都能实现。单片机开始运行时，需要先复位，但必须与外部电路配合。通常选用电容值为10~30μF，电阻值10kΩ。如图3-3所示:图3-3

复位电路图3.2Wi-Fi通信模块的设计3.2.1ESP8266WIFI模块简介ESP8266是一款医产低功耗的WIFI芯片。ESP8266耐低温，温度工作范围是-40~125℃。ESP8266主要是多节点传输方式构造。ESP8266WiFi芯片作为一款小巧，使用寿命长，廉价的通讯模块，在工业、家用和医疗系统中都得到了广泛的使用。ESP8266WI-Fl芯片如图3-4所示：图3-4

ESP8266wifi芯片3.3.2ESP8266WIFI模块电路ESP8266WiFi模块是一块=款非常热门的硬件模块，本文所使用的信号接收器也是ESP8266模块，它是远程控制系统的关键所在。目前ESP8266WiFi模块可以直接连接智能手机接受到信息。使用ESP8266WiFi模块之前必须先对该模块进行复位和测试，可以先应用串口调试程序，再进行ESP8266WiFi模块的复位，稍等一会之后模块会启动，然后模块与电脑连接成功之后，在网页上选择默认的IP地址，之后对模块进行设置。ESP8266WiFi模块工作时需要接3.3V电压，因此需要使用AMS1117模块对电压进行调节，得到我们所需要的电压。如图3-5所示：图3-5

ESP8266WIFI模块电路3.3继电器电路模块的设计当单片机检测到信号，线圈两端有高电压，继电器会有电磁吸引力吸引铁块，使铁块铁芯越来越近，使得动、静触点吸合。当线圈没有高电压，线圈没有电流，电磁效应消失，弹簧作用下，衔铁回原处，使动、静触点吸合，实现接通和断开。继电器模块的本质作用就是使用弱点来控制需要大电压、大电流的电器，本次设计中主控芯片输出的信号微弱，故需要通过继电器来控制家用电器。如图3-6所示：

图3-6继电器模块电路图3.4电源电路模块的设计设计电源电路以用来保证单片机系统能正常运行，提供模块工作电压。从单片机的电源座处输入外部电源，然后使用电源开关，使单片机系统与外部电压导通。如图3-7所示：图3-7电源模块电路3.5OLED显示电路模块的设计OLED是使用有机电致发光材料制造而成，相比于其他显示技术，它具有显示清晰度高、性能高、功耗低、更轻薄和环保设计等优异性能，因此应用领域广阔。OLED有两种通讯模式，一种是IIC接口,另一种是4线SPI。本文中VCC接5v电源，GND接地，SCL接CLK时钟，SDA接MOSI数据。如图3-8所示：图3-8OLED显示模块4系统软件设计4.1开发环境本篇文章软件程序是用C51语言编程，所选用的软件是KeiluVision4MCS-51软件编程。C语言具有结构化、简单化、可移植、效率较高的特点。C语言软件调，优点很多，可以在软件中把程序的错误标注出来，方便更正错误。在编程前，在电脑上安装Keil4软件，并且安装程序。下载软件STC-ISP，编写的程序成功编译后，烧录至实物单片机。软件图标如图4-1所示。图4-1Keil4软件图标4.2系统主程序设计主函数初始化，对每个模块进行程序设计，使用单一的模块接收信号，通过程序将信号传送至其它模块，进而实现整体设计。主程序流程图如图4-2所示。图4-2主程序流程图5系统调试5.1软件调试该设计选用的是C语言编写程序，Keil4开发环境下的软件编程。软件调试可以把编写的软件程序在的错误查找出来，然后改正。主要工作就是检查程序中头文件是否与单片机端口地址匹配。首先编写程序，然后对编写的程序成功编译，仿真电路图连接好，调试程序，模拟仿真，运行正常后，将程序烧写至单片机，编译好的软件程序。如图5-1所示。图5-1Keil4环境下软件设计5.2实物展示及功能说明5.2.1实物展示系统调试完成后，系统设计实物图中有单片机、OLED屏幕显示、WiFi模块、两个继电器控制的两个灯、开关和晶振。如图5-2所示。图5-2系统设计实物图5.2.2功能测试（1）开关家电计时测试。在手机APP上输入红灯开启，然后红灯变亮，OLED模块就会开始计时红灯的开启时间，输入红灯关闭，然后红灯关闭，OLED模块显示的计时会中止，如图5-3所示；在手机APP上输入绿灯开启，然后绿灯变亮，OLED模块就会开始计时绿灯的开启时间，输入绿灯关闭，然后绿灯关闭，OLED模块显示的计时会中止，如图5-4所示图5-3红灯开启计时实物图图5-4绿灯开启计时实物图定时模式测试。如图5-5所示红灯定时开6秒，定时关8秒，OLED屏幕会立刻显示定时情况，然后设计正常运行。如图5-6所示给绿灯定时开6秒，定时关三秒，OLED屏幕会立刻显示定时情况，然后设计正常运行。图5-5红灯定时显示实物图图5-6绿灯定时显示实物图结论几个月的时间很快过完了，本次毕业设计的全部内容也都顺利的完成了。在此期间，我收集了很多的关于本次设计内容的资料，最终通过对比分析得出了此次设计方案。本文家用电控制系统设计，通过手机APP对家电的控制。硬件方面主要是单片机控制电路设计、WiFi模块电路设计和OLED显示模块的设计。最终通过控制继电器来控制家用电器。通过毕业设计不仅巩固到了以前学习的知识，也学习到了新的知识，把软件和硬件结合起来，把所学的知识结合起来，学会软件和硬件的配合工作，增强了动手能力，需要一次一次的调试与验证，才能使设计成功实现要求。参考文献[1]王卓朱建林王龙飞陈志良.基于Arduino和Android的环境监测系统设计[D].北京林业大学理学院,2016.[2]钱松荣王勇.基于STM32的桥梁动态监测系统设计[D].国外电子测量技术,2019.[3]杜亚昆.太阳能飞机电机功率匹配器的研究[D].河北科技大学,2015.[4]李明刚.太阳能微灌供水系统试验研究[D].河南农业大学,2010.[5]栗芝.老