【《基于单片机的智能家居系统设计（附图）》9200字（论文）】

图3.1系统硬件原理图：图3.SEQ图\*ARABIC\s21系统硬件原理图3.2STC89C52概述STC89C52单片机具有比89C51更加优秀的特点，稳定性较强，其作用是控制系统里的各种传感器和外加而部分，如同领导，使系统稳定工作。而且单片机在接收到数据后，自行在内部处理，并发送指令，让系统的部分开始工作，在系统的工作中，起着至关重要的作用。单片机是一个简单微小的电路系统，相比于其他的大型电路器件，是非常简单便宜的。当然，简单意味着功能较少，但麻雀虽小五脏俱全，在日常的简单电路中，也是够用了。而且单片机的应用领域非常广泛，如家用得绝大部分电器都包含至少一个单片机，比如冰箱、空调、洗衣机。在工业上其对温度传感器的控制得到了普遍应用。3.3按键控制电路本系统的按键控制系统共用4个按键，四个按键控制的电路并联，组成了按键控制系统；第一个按键是返回，设定完上限值后返回使用；按键2是确定上限值，按键3和按键4分别是设定值得增减按键。按键的功能实现其实就是电平的差值控制，因存在误差，所以需要编程时进行误差调整，编程序时要加上去抖函数，是系统更加精确。按键控制电路原理图如图3.3所示：图3.3按键控制电路3.4电源电路与报警电路电源：电源有三个口，1口引脚与开关的引脚3连接，电源的引脚2与地相连，引脚3没有相连，可起到稳定电源器件的作用，电源开关有6个引脚，其中引脚3与电源的引脚1相连，引脚2和引脚5接地，电源开关的引脚1引脚3和引脚4、引脚6作用相同，用于电源的正极输出。引脚1和引脚3对应引脚5，引脚4和引脚6对应引脚2，即如果输出口为1和3口时，引脚5即为接地。同理，当引脚口4和6为输出时，引脚2接地。。本次系统采用的硬件工作电压都在5V以内，即在5V内都能正常工作。如果采用高电压进行供电，系统的升压模式会把本系统的电压提升到高电压，系统具有智能化的特点。系统的电源电路如图3.4.1所示：图3.4.1电源电路报警：当按键设置好烟雾温度浓度的上限值或者是开启防盗模数人体红外感应到有人后，单片机就进行循环监测，时刻监测温度和烟雾浓度和是否有人，并和报警上限进行比较。本次报警电路主要分为二部分，分别是蜂鸣器报警，短信报警。蜂鸣器元器件采用市场上最实用的5V电源供电的蜂鸣器，操作较为简单，一供电就会发出响声。本系统检测到的三因素有一个达到或超过限定值是就会报警，蜂鸣器发出响声。蜂鸣器电路如图3.4.2所示：图3.4.2蜂鸣器报警电路3.5LCD1602液晶显示电路当温度和烟雾浓度检测到之后，会发送信号到单片机，单片机控制显示屏显示温度数值和此时是否有人以及当时的烟雾浓度。本系统采用的是LCD1602液晶显示器，可以显示数值，还能显示特殊符号以及字母。工作原理简单，还可调节亮度。省电耐用。由两行组成，内容清晰易懂，操作简单。共有17个引脚，其中2个接地，第三引脚与电阻相连。与单片机的P0口相连。LCD1602液晶显示屏上展示此时的温度、人体红外值，浓度值和其报警上限值。其引脚连接图如图3.5所示：图3.5LCD1602液晶显示电路图3.6SIM800模块电路根据系统设置的上限值，采集此时的温度，烟雾浓度和是否有人，检测的结果与上限值比较，如果超过系统设置的温度和浓度上限时，STM89C52单片机就会控制SIM800短信模块发送报警信息（此时的温度值，浓度值）到设定的手机号上，。当人体红外感应模块检测到有人存在时，就会发送短信进行提示。此系统设计采用SIM800模块发送短信，此模块具有性能稳定，外观小巧，性价比高的，能满足客户的多种需要的特点。被广泛的运用在通信设置中。共有5个引脚，会外接一个二极管，起到保护芯片的作用，发送短信时反向电流电路较大，容易击穿芯片。通信方式采用的是串口通信。便捷可靠，及时性强。电解电容采用1000UF，能提供发短信的条件。GSM模块电路原理图如图3.6所示：图3.6sim800模块电路3.7温度传感器模块电路与人体红外传感器模块电路本系统采用的DS18B20传感器在市面上很受欢迎，具有体积很小，抗干扰能力较强，精度高，耐磨耐碰等特点，另外接线方便，外观也会因应用场合的不同而差生差异。常常用于锅炉测温，农业大棚测温，弹药库测温等场合，适用于狭小空间设备数字测温和控制领域。独特的一线接口，只需要一条口线通信多点的能力，无需外部器件。单片机将检测到的数据解析，经过计算转换得出此时烟雾浓度和温度的具体数值，显在液晶屏上显示结果。菲涅耳透镜具有两种功能：一种是聚焦功能，第二种是将检测区域划分为几个明暗区域，以便进入检测区域的移动物体可以以温度变化的形式在PIR上产生热解红外信号。图3图3.7信号产生输出示意图3.8传感器及信号处理电路3.8.1红外线传感器检测对象检测对象菲涅尔透镜热释电红外传感器信号处理电路Vm图3.8.1人体检测电路组成框图3.8.2信号处理电路本设计采用BIS0001来完成感器输出信号的处理。以及封锁时间和定时器等成。BIS0001的引脚图如图3.8.2所示图3.8.2BIS0001的引脚图由BIS0001构成的信号处理电路如图3.8.3所示。图3.8.3BIS0001的红外开关应用电路图3.9烟雾检测模块本设计中烟雾感应器采用的是输出信号弱的MQ-2型烟雾报警器，在测量烟雾时必不可少，需要放大电路的帮助，才能作用，然后进行滤波，电平调整，本系统一直采用放大电路用以节约开销。当感应器检测到此时的烟雾信息后，电信号开始进行模数转换，当检测到烟雾超过上限时，信号经过电压比较后输出的是高电平的数字信号，反之是低电平。其工作原理为当烟雾离子进入电离层之后，由于气溶胶吸附大量的负离子，使其中和。利用这特征我们就可以判断烟雾是否超过上限。ADC0832模数转换器电路如下：图3.9ADC0832模数转换器电路3.10继电器控制电路与复位按键当发生烟雾报警的时候，单片机会控制继电器闭合开启水泵灭火。 电磁继电器工作原理和特性：图3.10.1继电器原理图系统设计采用的是按键复位方式，复位顾名思义就是回到原来的位置，即开始重新启动，系统的元件全部初始化，单片机虽然智能但和人还是有差别，只能按照指令去工作，于是在处理数据中难免会出现问题，导致错误。从而系统不能正常工作，在生活中经常遇到这样的问题，如手机突然死机，屏幕一动不动，这是只要关机重启就能正常使用。这就是按键复位的功能。让系统初始化，当系统不工作或者出现小问题时，就按下按键，达到初始化的作用。这个功能从单片机最基本的函数-main函数进行，我们在应用单片机时，都捐有初始化这一步，这样会把单片机以前存的数据进行清理，使其没有数据。再赋予新的数据，其实单片机的应用还是很复杂的，按键复位系统存在很多地方，在断电时，为了防止破坏。都会有按键复位。任何单片机都有复位按键，在断电后也会要求复位，比如当程序运行到有问题卡死时也需要进行复位按键操作，通常采用上电复位和按键复位这两种方式。按键复位电路如图3.10.2所示，图3.10.2复位电路图四软件系统设计4.1软件主程序架构在硬件系统完成之后，就要对系统的各个传感器和单片机进行软件设计编程。系统软件设计是在原理框架图的基础上开始进行，每个器件部分首先画一个流程图，然后按照功能进行系统设计。首先对各个硬件初始化，如温度传感器，人体红外传感器，LCD1602液晶屏，蜂鸣器，SIM800短信模块，初始化完成后各个模块开始工作，检测当时的烟雾浓度，温度，是否有人，与设定的上限进行比较，若温度。烟雾浓度超过设定的上限值，蜂鸣器报警，LED亮起，温度达到上限，风扇打开；烟雾达到超过上限，水泵打开；检测是否有人，若有人，蜂鸣器也会响，单片机把此时的温度值和浓度值以及是否有人发送短信给指定的手机号。紧急按键用于发送紧急短信。4.2LCD1602显示流程图 本次设计采用LCD1602液晶屏作为显示器，先对器件进行子函数程序，先使显示器初始化，把显示器以前的程序和数据全部删除，做清零处理。如果没有清零，返回初始化继续清零。然后单片机向显示器写命令，执行操作，是单片机显示内容，然后单片机向显示器写入数据，使显示器展现数据，将此时的温度，烟雾浓度，是否有人，设定的温度和烟雾浓度上限在显示器中显示出来结果。液晶显示屏还能控制亮度，以及按下按键设定上限时，会变换数字，最后，根据程序在液晶屏上显示采集到的数值LCD1602。LCD1602显示流程图如4.2所示：图4.2LCD1602初始化流程图4.3串口GSM函数流程图当GSM模块和单片机连接好后，插入一张SIM卡，注意卡插入的方法，正确插入，当系统供电时，打开GSM模块的开关，进行串口初始化，这时LCD1602液晶显示屏上会显示出GSMINIT，表示插入手机卡，当防盗系统开启时，温度超过上限值，会显示SETSMS，发送成功会显示SETOK字样，当需要发送短信时，保证ES=1,EA=1；然后初始化AT指令，即设定初值整个流程进行完毕。串口初始化流程图如图4.3所示：图4.3GSM串口初始化流程图4.4温度检测流程图开启开关电源后，温度传感器开始工作，DS18B20数字温度测温模块首先初始化，然后读取DS18B20数字温度测温模块的启动信号，进行分析，转换。把信号发送给单片机，随后复位初值DS18B20数字温度测温模块，若无中断，则读取数据，若有中断，则继续回归到复位操作。图4.4温度检测流程图4.5按键子程序本次设计包含的按键电路主要是温度和人体红外烟雾浓度设定上限的增，减，确定和返回，不同的页面具有不同的意义和作用，还有手机号的确定。按键有4个引脚，一边两个，相同的一侧连接在一起，4个按键相并联，按键的连接只需要将相同的引脚连接一起。按键的工作原理就是对高低电平信号进行检测，在主程序中，循环执行检测，当检测到按键低电平信号，单片机系统进入按键子程序中。按键不同的功能需要不同的函数执行不同的操作，；另外注意进行延时操作，减小误差。按键可以用来设置温度和人体红外的报警上限，接受短信号码。流程图如4.5所示：图4.5按键流程图4.6报警流程图在本系统中，当主函数执行后，系统一直在检测是否发生中断，首先通过按键设定好温度上限和人体红外烟雾浓度的上限，然后进行检测看是否超出上限值，人体红外感应模块是否发出开关信号，烟雾温度和人体红外在程序中都通过循环函数来判断其值是否超出上限，若超过上限，蜂鸣器报警，对应的LED报警指示灯也会亮起，同时SIM800发送报警短信和此时的温度浓度数值到对应的手机上。报警流程图如图4.6所示：图4.6报警流程图4.7烟雾浓度程序流程图当烟雾采集到当前的数据后，把模拟量传输给adc0832进行处理，ADC0832进行初始化后，因为ADC0832有2个通道，所以要进行选择，本次设计选择的数据通道为0，然后进行读取数据，一个字节为8位，进行一位一位读取，把当前读取的信息转换为数字量，换算成当前的电压值。如图4.7所示：图4.7通信模块流程图五系统调试5.1焊接调试在进行完硬件和软件设计之后，开始进行焊接电路板，本系统需要的全部硬器件和电烙铁，首先需要准确的准备好所有的材料的电路板原理图，这是开始焊接的基础，一目了然的焊接原理图是焊接工作更加简单。系统的组成需要一步一步来，第一步要焊接的就是插排，因为它是必不可少的。第二步就是系统核心主脑单片机，单片机的最小系统的电路开始焊接，第三部就是确定LCD1602的焊接位置，注意与单片机p0口相连时还要加一个电阻，用导线连接系统。第三步就是各个模块来焊接，温度温度传感器，蜂鸣器，人体红外浓度传感器震动传感器。IM800短信模块等模块，所有的模块用导线连接在一起。严格按照原理图进行，，确保没有出现短路现象。开始软件部分的设计派上用场，用烧录器将刚编写的程序烧录进STC89C52单片机，插到电路板的插排位置，注意不要用太大的力气，容易损坏单片机。插上电源开始供电，打开总开关，观察电路板变化，如果电路板的液晶屏显示正常，即焊接成功，可以使用。如果不显示就演分部分一一查找，找到具体问题，解决之后再观察液晶屏，直到成功为止。5.2功能调试当系统焊接完成检查没有问题之后，进行下一步功能调试，单片机焊接测试没问题后，首先就是对硬件进行初始化，当打开电源时，LCD1602液晶屏上应该出现“GSMINIT”此时表示电路没有问题。接下来测试每一个传感器的功能和运作情况。LCD1602显示屏显示温度，烟雾浓度，是否有人，单位是摄氏度，显示设定的温度上限，提及是否开启防盗，在液晶屏上可以得到很多信息。烟雾传感器检测到当时烟雾，然后计算转换达到具体数值，检查按键是否能按下，是否能通过按键设定上限；打开电路板开关，开启防盗模式，把手发到人体红外处，看是否会报警LED报警灯是否亮起。设定一个低的温度上限，室温高于设定上限值，查看是否报警。按下打火机，吹灭火焰，放到烟雾感应器前，这时蜂鸣器报警。以上三种情况都会引起报警，并通过单片机控制短信模块向设定的手机号发送短信，达到警示的效果，而且当温度高于设定上限时，会打开风扇。当浓度高于设定的上限时，会打开水泵。此时，本系统的功能检测完成。首先打开烧录软件然后查看端口号如下图所示：如果驱动都安装正确点击串口号，可以看到当前串口为串口3然后通过串口ttl选择程序的hex文件就可以下载程序点击串口助手 需要观察以下几点：要保证当前的串口号和打开的串口一样选择文本模式波特率一般是9600最后点击打开串口就可以了六总结至此，本系统已经成功完成，从选题到完成，困难重重，但方法永远比困难多，在此期间，我查阅了很多资料，阅读了很多篇论文，和同学们一起探讨终于完成了这个毕业设计。我做的这个系统是基于单片机的智能家居系统，主要实现家庭防火防盗的功能，单片机控制系统，检测是否有人，根据设定的温度和浓度上限去判断是否开启风扇和水泵，并通过GSM板块发送到主人手机。提醒人们家庭安全。设计的过程遇到了很多问题，如：绘制的电路图不清晰，导致焊接错误，在焊接过程各种不细心，不能完成系统。在编写程序时，忘记对元器件初始化，导致干扰，不能运行出正确结果。此次毕业设计让我学到了做每一件小事都要谨慎认真，不能马虎，一件小事不认真也会影响整个大局，在焊接中，我不小心把口焊接反了，导致整个系统不能用，最后一个一个部分检查，才找到错误，费时费力。认真是做好每件事的前提。这个系统还有很多的不足之处，例如：元器件太多，不够简洁，另外，给手机发信息会产生费用，如果我们加上蓝牙模块或者WIFI模块，就能实现实时检测，会更方便，也使功能更加丰富。参考文献[1]杨扬.基于TC35i的智能传输系统[J].电子测试,2016(16).[2]赵欣.基于SIM300/TC35i无线GSM芯片实现短信远程控制TRT的研究[J].消费导刊,2017(30).[3]钱钧,惠王伟,高莹,等.RC滤波电路实验设计与研究[J].大学物理实验,2017,30(5):58-62.[4]刘文楷,苏宁宁,戴澜.霍尔传感器读出电路的低噪声运算放大器设计[J].电子世界,2016(17):79-80.[5]仝兆景,时俊岭,李月,等.基于无线通讯技术脉搏检测仪的设计与实现[J].计算机测量与控制,2017,25(1):242-244.[6]吕磊,邢睿,李锦程,等.多功能智能家居