完整的单片机智能家居系统(程序+原理图+实物图+仿真图)

完整的单片机智能家居系统(程序+原理图+实物图+仿真图)

智能家居控制系统

通信与信息工程学院

电信1202班 苏伟、杨博、张波波

完整的单片机智能家居系统(程序+原理图+实物图+仿真图)

摘要—————————————————— 一．方案论证与设计———————————

1.1 方案来源------------------------------------------------------------------ 1.2系统设计------------------------------------------------------------------- 1.3主要器件及型号---------------------------------------------------------

二．系统实现 ——————————————

2.1 原理分析与硬件电路图----------------------------------------------- 2.2测量模块---------------------------------------------------

2.3感应模块------------------------------------------------------------------- 2.4显示模块-------------------------------------------------------------------- 2.5控制模块-------------------------------------------------------------------- 2.6软件调试-------------------------------------------------------------------- 2.7性能分析--------------------------------------------------------------------

三.系统设计与误差分析—————————— 四.总结—————————————————

4.1系统功能-------------------------------------------------------------------- 4.2资料来源-------------------------------------------------------------------- 4.3 单片机控制总程序代码---------------------------------------------------------- 4.4 单片机仿真原理图---------------------------------------------------------------- 4.5 单片机系统实物图---------------------------------------------------------------- 4.6 实验设计总结心得----------------------------------------------------------------

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摘要：（简要总结）

当今世界，随着科技的不断发展，智能家居成了人类关注的话题。智能家居是在物联网的影响之下物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统，报警控制等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、红外遥感以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，而且提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。 本文首先介绍了智能家居的发展前景，接着介绍了该课题设计构想，各模块电路的选择及其电路工作原理，最后对该课题的设计过程进行了总结与展望并附带各个模块的电路原理图，和本设计实物图，以及C语言思想。

一、方案论证与设计 1.1 方案来源

设计背景：

智能家居实验是为智能家居系统实验做准备的，是实验的基础，智能家居是为了提高学生的动手能力，配合各类电子设计大赛，科技活动等而开发的设计模型。在此模型上我们可以进行多种实验，如测量，感应，报警，控制，自动控制等等。为了能更好的控制模拟家居，实现手动与自动控制相结合，进行各种功能实现，并且这个实验对现实生活也有一定的意义，所以我们就需要对这个实验进行一定的研究。

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理论来源：

本次设计主要分五个个功能，分别为测温湿度，烟雾及红外感应和报警，显示信息和报警信息、自动与手动风扇控制以及键盘控制。将这几个个功能巧妙的与家居结合，我们已经知道五个单独功能如何实现，现在要将五个功能通过单片机系统化反馈，以达到能实现综合五种功能的智能家居。

设计涉及主硬件：

STC89C52RC单片机，DHT11温室度传感器，DS1302时钟芯片，人体红外感

应器，烟雾传感器，智能风扇及其驱动器，按键设置与调控，LCD1602液晶显示模块，光电效应电路，蜂鸣器报警电路，以及超标指示显示模块组成。

系统功能介绍：

智能家庭控制系统的主要功能包括家庭设备自动及部分手动控制、家庭安全防范二个方面。其中家庭设备自动监控包括电器设备的集中、安全防御、显示完备、控制及数据采集。

(1)通过DHT11温湿度采集数据将信息显示于LCD1602上面，如果温湿度超出设定的预警值，那么风扇会自动开启，并且显示器有显示，指示灯有提示；待到坏境温湿度降到低于预警值的时候，风扇自动关闭指示也关闭；同时我们也可以手动按键开启风扇，不需要时则可手动关闭。

(2)通过DS1302时钟芯片可以及时准确的显示时间（年月日，时分秒，及周期）于显示器，非常容易知道查看我们的日常所需时间，并且该时钟芯片带有备用的电池，以便在断电情况下持续备电，以避免时间的不连续。

(3)采用烟雾探头传感器来检测我们周围环境的烟雾，可对煤气甲烷，以及我们周围着火的烟雾，或是抽烟的浓度等实时监测，如有超标，蜂鸣器报警，并有指示灯动作来提醒你解决当前的问题，解决之后，这些显示和指示指标自动关闭，所以能给您带来一定的安全感。

(4)光电感应电路能够根据外界环境光照强度大小来显示是否自动开启光敏电路灯，晚上灯照自动开启，白天则自动关闭，我们可以通过调节其灵敏度来达

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江苏科技大学毕业论文

到我们的日常需求，此外该系统也可以手动开启led灯，来更进一步全方位的满足您的需求

(5)该设计的许多功能可以通过调节其灵敏度或是按键等来更进一步实现需求。

1.2简易方案设计

测温湿度：

测温湿度功能采用了DHT11传感器，该传感器能同时测出环境的温湿度，减少了外部硬件电路，具有低成本和易使用的特点。

感应方案：

感应分为烟雾传感器感测，红外距离感测，光电感测，其中烟雾传感器采用

MQ—2探头，红外传感器采用人体感测效应，光电感测采用根据外界光照强度大小效应。

显示方案：

显示功能分别采用1602液晶显示器，1602内部集成有显示芯片，可以识

别英文字母、阿拉伯数字和日语片假名，功能比较齐全；另外含有DS1302时钟芯片能显示完整的时间，基本可以满足本系统的要求。

控制方案：

控制分为手动和自动两种，其中自动控制有光敏电阻（代表日光灯），风扇

和蜂鸣器报警，而同时也可以手动控制风扇和灯的开关，体现出人性化以及易操作性的特性。

1.3主要器件型号

a.单片机 STC89C52RC b.温湿度传感器（DHT11）

c.显示器

（LCD1602液晶）

d.烟雾测试（MQ-2探头）

e.红外传感器:（人体红外探头）

f.时钟模块：（DS1302芯片）

g.电机驱动模块：（LM298驱动）

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H.光电感应模块（LM393驱动）

二．系统实现

2.1 原理分析与硬件电路图

系统总体设计框图:

总电路图:

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总实物图:

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简易的PCB图（STC89C52单片机最小系统图）：

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2.2单片机最小系统模块：

线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

其主要功能特性：

①兼容MCS-51指令系统 ②1000次擦写周期

③32个可编程I/O口 ④8K字节在系统可编程Flash存储器 ⑤3个16位可编程定时/计数器 ⑥时钟频率0-33MHz ⑦六个中断源 ⑧看门狗定时器

⑨低功耗空闲和掉电模式 ⑩掉电标识符 ⑾全双工UART串行通道 ⑿3级加密程序存储器

STC89C52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口

⒀双数据指针 ⒁掉电后中断可唤醒 STC89C52引脚简介说明

VCC：电源电压 GND：地

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P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

P1 口、P2 口和P3 口：都是具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，它们的输出缓冲器能驱动4 个 TTL 逻辑电平。

RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

PSEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89S52由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲，在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。

EA/VPP：外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平（接地）。

XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。

简述电路：该电路模块含有电路所需要的晶振起振电路，上电自动或是手动复位电路

2.3光电感应模块：

该电路采用LM393运放芯片来将光敏电阻采集到的模拟数据放大后给予单片机处理，从而达到在白天

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光照灯亮，而到了晚上则自动熄灭的要求，同时可通过滑动变阻器来调节其灵敏度来满足不同需求。 2.4显示模块：

图.1602引脚图 图.1602实物图 本系统显示采用1602显示器：

引脚：1602采用标准的16脚接口，其中：

第1脚：VSS为电源地

第2脚：VCC接5V电源正极

第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。

第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。

第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写操作。 第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。

第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端。

第15～16脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极

特性：3.3V或5V工作电压，对比度可调;内含复位电路;提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能;有80字节显示数据存储器DDRAM;内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM。 8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。

字符集：1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同

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的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“

A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。因为1602识别的是ASCII码，试验可以用ASCII码直接赋值，在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如'A’。具体读如下图。

图

该液晶的功能室显示采集到的温度和湿度，而且当有温湿度和烟雾浓度超过预警值的时候会显示（YW OVER和WH OVER字样），在开启系统时有（WELCOME to zh jiaju）字样提醒的界面。

2.5温湿度模块：

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DHT11系列数字温湿度传感器的特性： －全量程标定，单线数字输出；

－湿度测量范围：20％～90%RH(0－50℃温度补偿）； －温度测量范围：0～+50℃； －湿度测量精度：±5.0%RH －温度测量精度：±2.0℃ －响应时间：<5s； －低功耗 特点：

相对湿度和温度一体测量

全量程标定，无需重新标定即可互换使用 超快响应时间

单线制数字接口(最简单的系统集成，超低的价格) 超小尺寸（12X15.5X5.5mm） 高可靠性

优化的长期稳定性

电气特性：

VDD=5V，T =25℃，除非特殊标注

DHT11 的主要功能室采集外界环境的温湿度状况，然后将采集到的数据进行一定的算法转换来将温湿度的大小显示在液晶显示屏上面，该器件采用一根线来与单片机实现数据的传输，所以程序必须根据该器件的时序来严格的编程，否则效果会大大不佳，该器件的引脚分别为

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VCC，GND，以及DATA数据传输，其中的NC（第三脚）处于空穴状态，不需要与任何引脚连接，当该温湿度超过预警值时 ，风扇会自动开启来达到降温降湿的作用，同时会有相应的指示灯开启提醒。

2.6烟雾测试模块和人体红外感应模块：

A. 标准工作条件

B. 环境条件

C. 灵敏度特性

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适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置。 四、原理特点：

1、具有信号输出指示。

2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出） 3、TTL输出有效信号为低电平。（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机） 4、模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。 5、对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度。 6、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性 7、快速的响应恢复特性

该器件有四个引脚，分别为VCC，GND，AO（模拟信号输出端），DO（数字信号输出端），本次系统所应用的是数字信号的输出传输给单片机处理，当外界的浓度超过一定值时，该传感器输出低电平，从而引发单片机去处理相应的报警动作响应，

同时会有指示灯来提醒你目前环境状况处于不佳状态，显示器提醒超标状态。

2.7电机驱动模块示意：

LM298 N 引脚

恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N

L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。

L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚

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下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EnA，EnB接控制使能端，控制电机的停转。

标来自动感应器风扇的关闭与否。

2.8 DS1302时钟模块：

DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM ，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、周、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过AM/PM 指示决定采用24 或12 小时格式。DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：（1）RST 复位（2）I/O 数据线（3）SCLK串行时钟。时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信。DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW

DS1302主要性能指标：★ 实时时钟具有能计算2100 年之前的秒、分、时、日、星期、月、年的能力，还有闰年调整的能力 ★ 8位暂存数据存储RAM

★ 串行 I/O 口方式使得管脚数量最少 ★ 宽范围工作电压2.0 5.5V ★ 工作电流 2.0V 时,小于300nA

★ 读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方