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智能家居系统毕业设计.doc
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1、智能家居控制系统(软件)设计摘 要 本文通过对现有的家居智能控制系统功能以及实际情况分析,设计了一种安全、实用、方便的智能家居控制系统。本文一方面阐述了智能家居控制系统的研究状况和发展现状,以及一般家居控制系统所要检测的物理量。根据家居控制系统常用的检测信号类型,选取了红外信号、温度信号、光线强度信号和密码输入等作为本设计的检测依据。本设计选取红外信号、温度信号和光线强度信号作为监测信号。密码验证是否通过作为整个电路是否工作的依据。当密码验证通过之后,整个系统同时监测红外信号、温度信号和光线强度信号,红外信号达成阈值则开始报警。温度信号实时显示。光线强度信号控制步进电机的动作。关键字:智能控制
2、;光强度;红外;温度;步进电机Intelligent home control system (software) designAbstract Smart home control systems also emerged. This paper designs a practical and convenient smart home control system based on the existing smart home control system and the actual situation.This paper describes the intelligent home
3、 control system research and development, as well as detected physical signals of the home control system. This design chooses the infrared signal, the temperature signal, the light intensity signal and the password input signals as the detection signal types.The design selected infrared signal, the
4、 temperature signal and the light intensity signal as the monitoring signals. Password authentication is as the basis situation if the circuit works. When password authentication is passed, the entire system monitors the infrared signal, the temperature signal and the light intensity signal. The sys
5、tem alarms when the infrared signal reaches the threshold. Temperature signal real-time displays on the LCD1602. Light intensity signal controls the stepper motor movements.Keywords: intelligent control; light intensity; infrared technology; temperature control; stepper motor 目 录1 绪 论11.1 课题背景及研究意义1
6、1.2 智能家居控制系统的发展概况21.3 本设计研究的重要内容22 智能家居控制系统的总体介绍32.1 整体系统的原理32.2 系统各个模块介绍32.2.1 系统中ADC0832的介绍32.2.2 电机驱动电路介绍42.2.3 矩阵键盘电路介绍42.2.4 声光报警电路介绍53 智能家居控制系统的软件设计63.1 系统功能结构图63.2 软件设计主程序63.3 软件系统构成83.4 显示子程序83.5 温度数据读取程序93.6 中断程序113.7 光线检测与步进电机控制子程序113.8 报警条件子程序124 智能家居控制系统软件调试环境与分析结果144.1 开发环境简介144.1.1 编程软
7、件介绍144.1.2 程序的工程建立144.2 程序的调试154.2.1 主程序的调试154.3 调试结果展示165 结论及展望18附录一 程序清单19附录二 实物图43参考文献44致 谢451 绪 论1.1 课题背景及研究意义 在信息化技术日益发展的21世纪的世纪,各种电子和互联网新技术是了人类文明的取得巨大进步重要途径。而智能化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网互联网络在任何时候、任何地方远程的对家中的任何电器(空调、加热器、电饭煲、灯光、音响、DVD影碟机)进行控制;也可以在下班途中,让热水器提前烧好热水、预先将家中的空调机打开、让电饭煲煮好香喷喷的米饭而这一切都仅仅只需要
8、轻轻的点几下鼠标键盘,或者打一个简朴的电话就可以实现。此外,尚有些家庭可以通过智能家居系统对家里的东西具有远程监听、多途径报警、数字留言等多种便捷功能。现今追求舒适、时尚和便捷的家居生活是社会进步的日趋表现,由于系统可以可以在不改变家中任何家电的情况下,远程的控制家中的电器、灯光、电源及家里环境,使人们可以方便的快捷的生活。现今我们常用的密码锁是一种运用输入密码的对的与否判断与他相联系的机械开关的闭合的电子产品。由于他的严密性和可靠性,使它的种类很多。有基于芯片的性价 比较高的产品,也有简易方便的电子产品。通过密码锁的加入可以防止一些设备被非法启动。提供安全性。 随着社会信息化技术的不断更新,
9、红外传感技术也随之前进。目前已在多个领域发挥它巨大的作用。红外不是可见光,具有良好的隐蔽性,白天和夜里都能用,并且抗干扰能力强,我们运用红外线的特性来制作功能性器件,所以重要被用来制作防盗报警系统。我们为了防止社会上日益泛滥的偷盗现象,常将红外技术运用各大商场、博物馆及有关严密的场合。而本设计综合研究了现有的光电防盗报警装置的优缺陷,自身具有实用性强、安装操作简易,价格低廉,误报率低等特点,并且在其原有基础上进行设计的。设计通过查找资料,采用红外对冲管的无线发射与接受来控制是否进入报警模式,通过红外线判读信号,通过电路传输给并由89C52单片机进行解决,所以报警电路是否进行触发将由单片机根据检
10、测模块输入的信号来决定。 现代家居生活是追求舒适、方便的自动化的生活。而自动窗帘可是我们的生活发生实质性变化,运用全自动窗帘的感应基础是根据日照光线和温度来控制的,设计时可以预先设定的光线强度和温度,用来自动启动窗帘和关闭窗帘; 温度是人们平常生活中经常碰到的一个基础变量,现今市场上能测量温度值的传感器有很多种,很多控制系统对温度的测量也是的功能之一。而本设计中运用的是经典的温度传感器DS18B20来检测温度。1.2 智能家居控制系统的发展概况 我国的智能家居技术共历经了概念、研发、实验、推广以及普及四个大阶段,大约时间是从2023年的概念年到2023年普及年之间的7年左右的时间。由于硬件和软
11、件间的协调有很大的困难,所以我们中国在推行智能化家居的难度更加之大。这些问题在国外往往需要更长的时间来完毕。而自2023年开始的实验,一些国外的成熟的智能家居计算开始流向中国,这就给我的研发及实验带来了非常之大的帮助,极大地缩短了时间,是我们在追赶国外的步伐更加迅速。在随后的两年里,我国的智能家居技术与欧美国家相比差距并不大,只是国外的相关技术的种类非常多,这是我们国家所不能比的。例如:微软公司开发的“梦幻之家”IBM公司开发的“家庭主任”等均以完善并且成熟的技术强占了大部分家居市场。自2023年奥运会开始,我国的智能化家居技术已经在整个家具市场上占有很大的比重,而国外的智能化技术由于不适应中
12、国认得生活方式所以占到的比例反而小了许多。相比较而言,智能化家居更能体现出科技的力量在我们生活中的重要性。很难再预测在2023年的时候,全球化的智能家居技术将达成如何的地步,但是可以清楚家居智能化正在走进千家万户。1.3 本设计研究的重要内容 本设计的内容重要是基于89C51单片机的智能家居控制系统,运用单片机获取各个传感器的数据并解决,从而执行相应的控制与有关功能。设计中采用模块化设计原则,运用多种集成传感器芯片,将硬件模块和软件系统相组合,初步设计了一个简易的智能控制系统,并可以完毕简朴的防盗报警、温度显示、自动控制等功能。根据设计原则,设计中选用性能价格比较高的单片机STC89C52。温
13、度数据的采集系统,本设计中选用DS18B20这一典型的温度传感器。而对于距离的感应,设计方案选用了红外传感器。本文通过对光线的检测是采用光敏电阻与模数转换ADC0832相结合的方案。之外还可以对步进电机进行控制。为了满足密码功能,用液晶屏LCD1602和矩阵键盘来完毕密码验证功能。当密码输入错误或是红外的遮挡时间大于阈值时,启动报警电路来报警。本文个章节安排如下: 第一章绪论,重要分析课题提出的背景意义,及智能家居系统的发展概况。 第二章是本文对系统硬件部分的简朴介绍。 第三章家居智能控制系统的软件部分的设计,对系统主程序与子程序的流程图的设计 进行分析论述。第四章是调试部分,介绍编程环境与分
14、析软件也许出现的问题,进一步提高软件的操作行。第五章是结论部分,总结了本设计的成果意义,并对本课题的相关展望。2 智能家居控制系统的总体介绍2.1 整体系统的原理 一个完美的家居控制系统可以提供一个家用电器的控制,照明控制,窗帘控制,电话远程控制,室内和室外的远程控制,防盗报警,并为你的各种编程时间控制功能和方法。本系统设计充足运用了已软件代替有关硬件进行设计的原理。在设计中为了简化解决,对于家居系统中几个关键的量进行解决。家居室内温度和光线强度是舒适度的一个重要指标,本系统中对温度进行实时检测和显示,对光线值实时检测并通过步进电机来控制窗帘自动调整室内的光线强度。除了温度和光线强度的检测为,
15、本系统还可以满足简易的防盗防盗功能。通过密码验证避免非法启用设备,通过红外检测可以避免人员非法进入。整个系统的总体原理框图如图2-1所示。 图2-1 智能控制系统总体原理框图2.2 系统各个模块介绍 2.2.1 系统中ADC0832的介绍通过ADC0832模数转换之后,单片机读的数据就是光敏电阻上的分压值。单片机对读到的数据判断就可以知道当前光线强度的情况了从而提高转换的宽度。由于ADC0832有两个通道,本设计中只需要对分压值进行判断,所以选用其中一路就可以了。有关资料表白,选用CH0通道,将CH1通道悬空,作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为1
16、9.53mV。而假如是由IN+与IN-输入的输入时,可以将电压值设定在某一个较大范围之内,使其上下浮动。但值得注意的是,在进行IN+与IN-的输入时,假如IN+的电压小于IN-的电压则转换后的数据结果始终是00H。从图上可以看出,光敏电阻R9与电阻R8构成分压电路。光线强度会改变R9的阻值,当R9的阻值发生变化之后,R9上的电压值随之改变,而模数转换器ADC0832的2管脚CH0上的电压值也跟着改变。光敏电阻控制电路部分的原理图如图2-2。 图2-2 光敏电阻控制电路原理图 2.2.2 电机驱动电路介绍由于驱动步进电机需要较大的功率,所以单片机输出接口需要通过ULN2023放大再连接到相应的电
17、机接口用于带动电机的转动。步进电机的电路图如图2-3所示。图2-3中,J2是步进电机的接口。R4R7是串联限流电阻。图2-3 步进电机驱动电路图 2.2.3 矩阵键盘电路介绍在本设计中,当处在密码处在输入状态时,通过键盘输入密码,可以通过LCD显示输入时的密码状态。在正常工作状态下,LCD显示实时的温度值和红外值。矩阵键盘及显示电路如图2-4所示。图2-4 矩阵键盘及显示电路 2.2.4 声光报警电路介绍当达成报警条件时,要有报警信号发出。这种报警信号通常有三类:闪光报警,鸣音报警和语音报警。本设计的报警电路涉及灯光报警和蜂鸣器报警两种方式。实现声光报警电路比较简朴,如图2-5所示。 图2-5
18、 声光报警电路3 智能家居控制系统的软件设计3.1 系统功能结构图家居智能控制系统的软件设计分为2个工作状态:等待密码输入状态和正常工作状态。在等待密码输入状态下,电路等待矩阵键盘的数据输入。当输入的数据和定义的密码一致时,系统进入到正常工作状态。假如输入的数据和密码不一致,则提醒密码错误并报警1秒,然后转入等待密码输入状态。直到密码输入对的为止。 在正常工作状态下,系统实时检测温度值、光线值、矩阵键盘值和红外值。将检测的值显示到液晶屏上。假如光线值发生改变则相应转动电机,模拟自动窗帘。整个系统的功能结构框图如图3-1所示。等待密码输入状态 正 常 工 作 状 态矩阵键盘温度传感器光敏电阻红外
19、传感器步进电机LED显示 图3-1系统功能结构图3.2 软件设计主程序 系统的程序烧录到STC89C52内部的FLASH内存中,有主程序、温度读取程序、中断延时程序、红外遮挡时间鉴定程序、光线强度鉴定程序、由光线强度值控制电机程序、键盘输入、LCD显示程序和报警子程序等组成。为了方便编程,使程序完毕后条理清楚,就必须对数据存储器的存储空间进行规划。STC89C52提供用户的RAM有256字节。 主程序的功能是完毕开机界面和对单片机所进行的初始化,初始化就是设立各个变量的初始值、进行相关的中断设立等。各部分的地址分派如下:LCD1602的数据端口:P0口;LCD1602的控制端口:P2.5P2.
20、7;DS18B20温度传感器接口:P1.0;矩阵键盘接口:P1.1P1.7;红外接口:P3.2;报警器接口:P3.3;步进电机接口:P3.4P3.7。主程序的流程图如图3-2所示。初始化设立定期器0打开定期器中断读取密码值读取温度值报警显示密码错误显示温度值读取光线强度主程序密码是否对的红外值是否大于阀值YNYN图3-2 主程序流程图3.3 软件系统构成本系统的软件部分重要包含五个文献即CLOCK.H文献、LCD1602.H文献、DS18B20.H文献、MOTOR.H文献、ULTRASONIC.H文献和MAIN.C文献。由于项目文献并不太大,所以用五个头文献的形式将一些必要的时钟设立、宏定义和
21、一些简朴的驱动程序包含在主函数中,这样,既可以实现程序设计的模块化,又不影响程序编译的效率。其中MAIN.C文献重要完毕系统初始化以及红外检测、模数转换功能,同时,它还包含了单片机应用中最重要的定期器设立、定期器中断、端口中断等内容。3.4 显示子程序 LCD1602典型应用和本设计一致,可以参看原理图。其基本操作时序如下: 读状态:输入:RS=L,RW=H,E=H 输出:D0D7=状态字 写指令:输入:RS=L, RW=L,D0D7=指令,E=高脉冲 输出:无 读数据:输入:RS=H, RW=H, E=H 输出:DOD7=数据 写数据:输入:RS=H, RW=L,D0D7=数据,E=高脉冲
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