智能家居論文

1、基于單片機(jī)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)：電子信息工程 班級(jí)： 姓名： 指導(dǎo)教師：摘要 本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)和GSM移動(dòng)通信技術(shù)設(shè)計(jì)了一套智能家居系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)詳細(xì)地講述了基于STC12C5A60S2單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器、DHT11濕度傳感器、MQ-2煙霧監(jiān)測(cè)傳感器、HC-05藍(lán)牙模塊和GSM通信模塊實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與軟硬件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集環(huán)境溫度，DHT11實(shí)現(xiàn)濕度的采集，MQ-2實(shí)現(xiàn)易燃?xì)怏w及煙霧的采集，當(dāng)溫度或者易燃?xì)怏w及煙霧濃度監(jiān)測(cè)到超限時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)發(fā)送報(bào)警短信給制定的手機(jī)號(hào)碼，以便及時(shí)處理解決居住環(huán)境的安全隱患；系統(tǒng)具備手機(jī)藍(lán)牙遙

2、控控制家電開(kāi)關(guān)的功能，藍(lán)牙傳輸采用HC-05藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與手機(jī)藍(lán)牙之間的數(shù)據(jù)通信，通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送相應(yīng)的指令控制家電的開(kāi)啟和關(guān)閉，系統(tǒng)設(shè)計(jì)4路繼電器開(kāi)關(guān)，分別控制空調(diào)、冰箱、大門和電視。關(guān)鍵詞 單片機(jī) 智能家居 藍(lán)牙遙控 GSMWireless temperature detecting system design Based on MCUProfession: Electronic and Information Engineering Class: Name : Instructor : Abstract This article exploits and designs a temp

3、erature monitoring system through the technology of combined with sensor. It describes the design & achieving scheme of temperature monitoring system basing on AT89S52, wireless transmission module NRF24L01 and temperature sensor DS18B20. device takes use of digital temperature sensor DS18B20, a

4、nd transmit to the main from by NRF24L01. The main from shows the figure through LCD1602， and change the set value of temperature by 1 via key to set the bound. When the actual temperature value is lower than the lower limit or higher than the upper limit, buzzer sounds with LED flashes. The essay g

5、ives a general fame work of the system, circuit diagram and procedure, and after debugging it achieves all designed functions on hardware platform.Keywords MCU, temperature monitoring system, temperature sensor, wireless temperature detection 目 錄第一章 引 言1第二章 智能家居的概念及組成22.1智能家居的概念22.2智能家居的組成及框圖22.2.1系

6、統(tǒng)主要組成22.2.2系統(tǒng)組成框圖2第三章 智能家居系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)43.1電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.1.1電源管理系統(tǒng)方案選擇43.1.2電源管理系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)53.2 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)63.2.1 GSM移動(dòng)通信方案選擇及論證63.2.2 GSM移動(dòng)通信電路設(shè)計(jì)63.2.3 GSM移動(dòng)通信電路功能測(cè)試73.3 HC-05藍(lán)牙通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)93.3.1藍(lán)牙型號(hào)的選取及論證93.3.2 藍(lán)牙通信電路設(shè)計(jì)93.3.3藍(lán)牙模塊功能測(cè)試103.3.4藍(lán)牙模塊與手機(jī)藍(lán)牙之間的設(shè)置與匹配113.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)133.4.1系統(tǒng)單片機(jī)型號(hào)的選擇與論證133.4.2系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)133.4.3

7、系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路測(cè)試153. 數(shù)字傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)153.5.1 溫度傳感器的選型及硬件電路設(shè)計(jì)153.5.2濕度傳感器的選型及硬件電路設(shè)計(jì)163.5.3 CO等有害氣體檢測(cè)電路設(shè)計(jì)17第四章 智能家居系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)194.1系統(tǒng)軟件編程環(huán)境介紹19參考文獻(xiàn)20致 謝21智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章 引 言微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展將人類社會(huì)帶入了一個(gè)電子信息世界，各種電子控制系統(tǒng)應(yīng)用于生活的每一個(gè)角落。其中居住環(huán)境的智能化、人性化已經(jīng)越來(lái)越受到青睞，電子科技的發(fā)展已經(jīng)極大的便利了人們的生活，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居已經(jīng)逐步在高端住宅場(chǎng)合得到了推廣和應(yīng)用并取得了一致的好評(píng)。隨著各式

8、各樣的傳感器的出現(xiàn)以及價(jià)格的逐步降低，傳感技術(shù)的應(yīng)用逐漸成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，從航天科技到工業(yè)控制再到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居家生活隨處都可見(jiàn)其蹤影。由于傳感器能將各種物理量，如溫度、濕度、氣體濃度、氣體特性等轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀晃⑻幚砥髯R(shí)別的電信號(hào)，這樣微處理器就能對(duì)這些相應(yīng)的物理量進(jìn)行相應(yīng)的判斷和處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到環(huán)境參數(shù)不適合居住的情況下及時(shí)提醒住戶，由此可以大大降低由于室內(nèi)環(huán)境不易居住給人們帶來(lái)的健康隱患。隨著人們生活水平的提高，越來(lái)越多的家用電器被放置到自己的居住空間里面，家電的應(yīng)用使人們生活水平得到完善，但是家電占用了較多的居住空間的同時(shí)，也為操作帶了了一定的麻煩，或

9、許你還在為一堆遙控器中找你要的那個(gè)的時(shí)候，在高端住宅的人們已經(jīng)在用自己的智能手機(jī)來(lái)隨意的開(kāi)啟自己的家電了。有了藍(lán)牙遙控技術(shù)，所有的家電遙控器都可以扔到一邊了，手機(jī)藍(lán)牙遙控不僅節(jié)約了給遙控器更換電池所耗費(fèi)的成本和時(shí)間，同時(shí)也使操作的便利性得到很大的提高。綜合各個(gè)方面，本文利用單片機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)，手機(jī)藍(lán)牙通信技術(shù)與移動(dòng)通信技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一套智能家居系統(tǒng)。系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊，無(wú)線傳輸，單片機(jī)控制模塊，顯示模塊等四大部分組成。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格低廉，控制靈活，應(yīng)用性比較強(qiáng)。因此，不僅在市場(chǎng)推廣上有顯著的實(shí)際意義，在學(xué)術(shù)研究上也有一定的教學(xué)與教育意義。 第二章 智能家居的概念及組成

10、2.1智能家居的概念20世紀(jì)80年代初，隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市，住宅電子化（HE,Homen Electronics）出現(xiàn)。80年代中期，將家用電器、通信設(shè)備與安保防災(zāi)設(shè)備各自獨(dú)立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動(dòng)化概念（HA,Home Automation）。80年代末，由于通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了對(duì)住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備通過(guò)總線技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國(guó)稱為Smart Home，也就是現(xiàn)在我們所說(shuō)的智能家居系統(tǒng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)前言課題，智能家居的應(yīng)用將帶來(lái)一場(chǎng)家庭居住環(huán)境向智能化的飛躍。智能家居的應(yīng)

11、用將為居住的生活環(huán)境帶來(lái)極大的便利性與舒適性。2.2智能家居的組成及框圖2.2.1系統(tǒng)主要組成系統(tǒng)主要有以下部分組成：1）STC12C5A60S2單片機(jī)，單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收處理以及遙控指令的發(fā)出，STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)置8路AD以及2路串口，有效的使外圍設(shè)計(jì)電路得到簡(jiǎn)化。2）DS18B20溫度傳感器、DS18B20數(shù)字溫度傳感器采集溫度范圍-30°-125°采集溫度范圍廣，和單片機(jī)直接單總線數(shù)據(jù)傳輸，電路簡(jiǎn)單成本低。3）DHT11濕度傳感器、DHT11負(fù)責(zé)環(huán)境濕度的采集，和單片機(jī)之間單總線數(shù)據(jù)傳輸，濕度測(cè)量范圍20%-90%。4）MQ

12、-2煙霧傳感器、MQ-2煙霧監(jiān)測(cè)傳感器模塊采集室內(nèi)易燃?xì)怏w及煙霧濃度值，煙霧傳感器需接單片機(jī)AD端口，單片機(jī)對(duì)采集到的模擬電壓值實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。5）HC-05藍(lán)牙模塊，HC-05藍(lán)牙模塊采用目前市場(chǎng)主流的藍(lán)牙2.0模塊，實(shí)現(xiàn)和手機(jī)藍(lán)牙的通信。6）SIM900A移動(dòng)GSM通信模塊，SIM900A實(shí)現(xiàn)手機(jī)短信的發(fā)送。7）4路繼電器開(kāi)關(guān)，繼電器開(kāi)關(guān)控制4路LED燈來(lái)模擬家電的控制8）LCD12864液晶顯示器，液晶顯示溫度、濕度、煙霧濃度以及4路家用電器的開(kāi)啟和關(guān)閉的狀態(tài)。2.2.2系統(tǒng)組成框圖系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所示：LCD12864液晶顯示屏STC12C5A60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路DS18B2

13、0溫度傳感器手機(jī)藍(lán)牙模塊DHT11濕度傳感器4路繼電器開(kāi)關(guān)MQ-2煙霧監(jiān)測(cè)傳感器GSM報(bào)警模塊電路HC-05藍(lán)牙模塊圖2-1系統(tǒng)硬件組成框圖第三章 智能家居系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1電源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)開(kāi)始前，首先要解決的問(wèn)題，一個(gè)電源設(shè)計(jì)的好壞直接決定整個(gè)設(shè)計(jì)的成敗，一個(gè)系統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)不僅要考慮系統(tǒng)的電壓是否達(dá)到系統(tǒng)的要求，還要考慮系統(tǒng)電源的功耗問(wèn)題，如果電源輸出帶載能力不足，會(huì)造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)的情況出現(xiàn)，同時(shí)電源設(shè)計(jì)還要考慮到濾波和散熱問(wèn)題。3.1.1電源管理系統(tǒng)方案選擇結(jié)合所學(xué)電路基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)查找相關(guān)資料和可行性論證，系統(tǒng)電源電路可通過(guò)以下方案來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)電源性能要求的指標(biāo)，

14、各方案介紹如下所述。方案一：直接采用干電池供電，目前市場(chǎng)上干電池多為單節(jié)1.5V，如果要滿足單片機(jī)對(duì)工作電壓的要求，需要3-4節(jié)干電池串聯(lián)后給系統(tǒng)來(lái)供電，采用干電池供電優(yōu)點(diǎn)是：體積小移動(dòng)方便，當(dāng)電池電量不足時(shí)候容易更換，不足之處是續(xù)航能力較差，電量較低的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)功耗不足，造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的情況出現(xiàn)，綜上采用干電池給系統(tǒng)供電不是一個(gè)完美的設(shè)計(jì)方案。方案二：采用電腦usb接口給系統(tǒng)供電，由于電腦usb接口輸出電壓為直流5V電壓，可以滿足單片機(jī)對(duì)工作電壓的要求，同時(shí)程序調(diào)試需要采用電腦軟件編程下載，采用usb給系統(tǒng)供電也較為方便，usb供電外圍電路相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)成本較低，不足之處是usb端口驅(qū)動(dòng)

15、能力較弱，如果設(shè)備擴(kuò)展功能較多的話，usb輸出的電流將達(dá)不到系統(tǒng)對(duì)功耗的要求，采用usb作為整個(gè)系統(tǒng)的電源輸出不利于系統(tǒng)后期功能的擴(kuò)展。方案三：采用開(kāi)關(guān)電源給系統(tǒng)供電，開(kāi)關(guān)電源效率高，功耗足，完全可以滿足系統(tǒng)對(duì)電源功耗的要求，不足之處是開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)成本較高，由于mos管處于高頻工作狀態(tài)下，系統(tǒng)高頻干擾較難處理，高頻干擾容易對(duì)單片機(jī)造成干擾，同時(shí)開(kāi)關(guān)電源散熱較難處理。方案四：采用直流電源同時(shí)增加LDO電源管理芯片進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)壓，由于系統(tǒng)單片機(jī)需要直流5V電壓供電，藍(lán)牙模塊需要3.3V直流電源供電，因而系統(tǒng)采用單一的電源不能同時(shí)滿足單片機(jī)和藍(lán)牙模塊的電壓需求，系統(tǒng)電源管理電路需要

16、增加5V和3.3V的電壓管理芯片，系統(tǒng)采用直流9V供電，5V電壓輸出采用LM7805穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后輸出給單片機(jī)及板上的5V電壓系統(tǒng)供電，3.3V的電壓采用RT9193-3.3V穩(wěn)壓輸出給系統(tǒng)的HC-05藍(lán)牙模塊供電。鑒于以上幾種電源管理方案的綜合比較，系統(tǒng)采用方案四作為整個(gè)系統(tǒng)的電源管理系統(tǒng)電路方案設(shè)計(jì)。3.1.2電源管理系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源管理系統(tǒng)電路主要包括5V穩(wěn)壓輸出電路，5V轉(zhuǎn)3.3V穩(wěn)壓電路，電源濾波電路和電源輸出指示電路。系統(tǒng)9V轉(zhuǎn)直流5V電壓部分電路如圖3-1所示，5V轉(zhuǎn)3.3V穩(wěn)壓電路如圖3-2所示。圖3-1系統(tǒng)電源管理電路圖3-2 系統(tǒng)電源管理電路圖3-1為系統(tǒng)5V輸出電壓管

17、理電路，其中J1為DC005電源輸入接口，用于鏈接DC9V直流電源，SW為系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)，用于控制整個(gè)系統(tǒng)的電源的開(kāi)啟與關(guān)閉，C0為電解電容，一般取值在220uf到680uf之間，此 電解電容是用于濾除電源線上存在的高頻干擾，U1為三端穩(wěn)壓芯片LM7805，LM7805輸入電壓范圍在7-16V情況下，穩(wěn)定輸出直流5V電壓，輸出穩(wěn)定度在5V正負(fù)0.05mv的波動(dòng)內(nèi)變化，能夠很好的保證單片機(jī)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，電容C1和C2分別用于濾除輸出電壓上存下的低頻干擾和高頻干擾，LED為電源指示燈，當(dāng)系統(tǒng)電源輸出正常的情況下LED燈點(diǎn)亮，電阻R1為1K阻值的限流電阻，保證LED在允許的工作電流下工作，避免LE

18、D被電流過(guò)高造成的損壞。圖3-2為系統(tǒng)5V轉(zhuǎn)3.3V電源管理電路，VCC為5V電壓輸入，C1為濾波電容，U5為RT9193-3.3V穩(wěn)壓芯片，U5的第5腳為3.3V電壓輸出，C13和C14為輸出電壓濾波電容，分別用于濾除高頻和低頻干擾，C12為L(zhǎng)DO電源芯片的啟動(dòng)電容。3.2 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.2.1 GSM移動(dòng)通信方案選擇及論證目前市場(chǎng)上GSM移動(dòng)通信模塊常用的有西門子公司的TC35i，華為的GTM900B，希姆通的SIM900系列，幾種GSM模塊價(jià)格相差不大，功能也均可滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，以下對(duì)以上三種方案的選擇進(jìn)行論證比較，最終選擇其中的一種方案作為系統(tǒng)GSM通信的最終方案。方案

19、一：采用西門子公司生產(chǎn)的TC35i作為系統(tǒng)GSM移動(dòng)通信模塊，西門子TC35系列的TC35i是西門子推出的無(wú)線模塊，功能上與TC35兼容，設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。TC35i與GSM 2/2+兼容、雙頻(GSM900/GSMl800)、RS232數(shù)據(jù)口、符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)GSM0707和GSM0705，且易于升級(jí)為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開(kāi)發(fā)及設(shè)計(jì)，TC35i不足之處為市場(chǎng)上較難買到，市場(chǎng)上現(xiàn)有的基本為二手拆機(jī)模塊，穩(wěn)定性存在一定的隱患，同時(shí)模塊接口為非標(biāo)準(zhǔn)接口模式，電

20、路連接較為麻煩，從在靠操作性及穩(wěn)定性上考慮，TC35i不是最好的選擇。方案二：采用華為公司生產(chǎn)的GTB900B移動(dòng)通信模塊，其工作頻段 EGSM900/GSM1800 雙頻 最大發(fā)射功率 EGSM900/GT800 Class4(2W) ，華為GTM900B是TC35i的很好的替代品，在功能上完全可以媲美TC35i模塊，唯一不足的是GTM900B模塊接口依然采用非標(biāo)準(zhǔn)的接線方式，這樣不便于電子設(shè)計(jì)的DIY制作，在硬件接線上存在較大的難度，非專業(yè)人員焊接的成功率較低。方案三：SIM900A 是SIMCom公司推出新款緊湊型產(chǎn)品，它屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT標(biāo)準(zhǔn)封裝形式

21、，從而極大的方便了設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員的前期設(shè)計(jì)，SIM900A僅適用于中國(guó)市場(chǎng)，其性能穩(wěn)定，外觀精巧，性價(jià)比高，能滿足當(dāng)前GSM開(kāi)發(fā)的多種需求。SIM900A采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。另外，SIM900A的尺寸大小為24x24x3mm，能適用于M2M應(yīng)用中的各類設(shè)計(jì)需求，尤其適用于緊湊型產(chǎn)品設(shè)計(jì)。鑒于以上三種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合標(biāo)價(jià)論證后，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用方案三作為系統(tǒng)GSM移動(dòng)通信方案。3.2.2 GSM移動(dòng)通信電路設(shè)計(jì)GSM移動(dòng)通信模塊采用SIM900A作為控制核心，加以外圍輔助電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

22、短信的收發(fā)功能，系統(tǒng)電路圖如圖3-3所示。圖3-3 SIM900A GSM通信模塊電路圖圖3-3所示，U7為SIM900A核心模塊，J6為SMA天線接口，用于接棒狀天線，KEY1為開(kāi)機(jī)啟動(dòng)按鍵，模塊也可以通過(guò)軟件程序啟動(dòng)，SIM-PKEY接單片機(jī)IO口即可通過(guò)高低電平來(lái)控制模塊的開(kāi)啟，LED1為模塊工作電源指示燈，LED2為開(kāi)機(jī)信號(hào)指示燈，當(dāng)按下開(kāi)機(jī)鍵后，LED2以較高的閃爍頻率閃爍，當(dāng)搜索到移動(dòng)基站信號(hào)后LED2會(huì)改變閃爍頻率，當(dāng)我們看到LED2以亮60ms滅3000ms的頻率閃爍的時(shí)候代表模塊已經(jīng)啟動(dòng)正常，可以正常收發(fā)短信了或者撥打電話了。U8為SIM卡接口，J5為外接單片機(jī)的引腳端口，用

23、于和單片機(jī)控制部分相連接。3.2.3 GSM移動(dòng)通信電路功能測(cè)試GSM移動(dòng)通信模塊設(shè)計(jì)完成后，首先需要保證模塊工作正常，在模塊安裝到系統(tǒng)中之前首先要通過(guò)串口調(diào)試助手測(cè)試模塊收發(fā)短信和撥打電話是否正常，具體測(cè)試方法如下所述。當(dāng)模塊焊接完成后，我們通過(guò)串口調(diào)試助手SSCOM來(lái)測(cè)試一下，首先打開(kāi)串口調(diào)試助手sscom33.exe，選擇正確的COM號(hào)（連接到ATK-SIM900A模塊的COM端口），然后設(shè)置波特率為115200，勾選發(fā)送新行（必選即sscom自動(dòng)添加回車換行功能），然后發(fā)送AT到ATK-SIM900A模塊，具體操作如圖3-4所示：圖3-4 GSM模塊功能測(cè)試界面上圖中，我們發(fā)送了2次A

24、T指令，第一次看到有亂碼，這是因?yàn)槟K上電后，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)串口同步，在收到第一次數(shù)據(jù)(不一定要AT指令)后，模塊會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)串口同步（即自動(dòng)識(shí)別出了通信波特率），后續(xù)通信就不會(huì)出現(xiàn)亂碼了。因?yàn)镾IM900A具有自動(dòng)串口波特率識(shí)別功能（識(shí)別范圍：波特率1200115200），所以我們的電腦(或設(shè)備)可以隨便選擇一個(gè)波特率（不超過(guò)識(shí)別范圍即可），來(lái)和模塊進(jìn)行通信，這里我們選擇最快的115200。從圖3-4可以看出，我們現(xiàn)在已經(jīng)可以和SIM900A模塊進(jìn)行通信了，我們通過(guò)發(fā)送不同的AT指令，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)SIM900A的各種控制了。SIM900A模塊提供的AT命令包含符合GSM07.05、GSM07.07

25、和ITU-T Recommendation V.25ter的指令，以及SIMCOM自己開(kāi)發(fā)的指令。接下來(lái)我們介紹幾個(gè)常用的AT指令的測(cè)試：1， AT+CPIN？該指令用于查詢SIM卡的狀態(tài)，主要是PIN碼，如果該指令返回：+CPIN:READY，則表明SIM卡狀態(tài)正常，返回其他值，則有可能是沒(méi)有SIM卡。2， AT+CSQ該指令用于查詢信號(hào)質(zhì)量，返回SIM900A模塊的接收信號(hào)強(qiáng)度，如返回：+CSQ: 24,0，表示信號(hào)強(qiáng)度是24（最大有效值是31）。如果信號(hào)強(qiáng)度過(guò)低，則要檢查天線是否接好了？3， AT+COPS?該指令用于查詢當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商，該指令只有在連上網(wǎng)絡(luò)后，才返回運(yùn)營(yíng)商，否則返回空，如返

26、回：+COPS:0,0,"CHINA MOBILE"，表示當(dāng)前選擇的運(yùn)營(yíng)商是中國(guó)移動(dòng)。4， AT+CNUM該指令用于查詢本機(jī)號(hào)碼，必須在SIM卡在位的時(shí)候才可查詢，如返回：+CNUM: "","quot;,129,7,4，則表明本機(jī)號(hào)碼為3.3 HC-05藍(lán)牙通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1藍(lán)牙型號(hào)的選取及論證目前市場(chǎng)上主流的藍(lán)牙為2.0的藍(lán)牙模塊，同時(shí)市場(chǎng)上基于安卓系統(tǒng)的藍(lán)牙手機(jī)也均采用藍(lán)牙2.0作為藍(lán)牙通信設(shè)備，目前只有蘋(píng)果操作系統(tǒng)的手機(jī)和個(gè)別的高端手機(jī)上面采用藍(lán)牙4.0的藍(lán)牙接口，考慮到通用性和兼容

27、性，系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙2.0模塊作為系統(tǒng)藍(lán)牙的設(shè)計(jì)方案。常用的藍(lán)牙2.0標(biāo)準(zhǔn)的模塊有HC-05和HC-06兩種，下面通過(guò)對(duì)兩種藍(lán)牙模塊的介紹和對(duì)比論證，選擇其中一款藍(lán)牙模塊作為系統(tǒng)的藍(lán)牙通信設(shè)計(jì)方案。方案一：采用HC-05藍(lán)牙模塊，HC-05藍(lán)牙模塊是一款高性能的藍(lán)牙主從一體串口通信模塊，它可以和多種帶藍(lán)牙功能的電腦、手機(jī)、PAD等智能終端進(jìn)行配對(duì)，該模塊支持非常寬的波特率范圍：4800-1382400，并且可兼容5V和3.3V單片機(jī)系統(tǒng)，使用方便連接靈活具有較高的性價(jià)比，同時(shí)HC-05為工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，性能穩(wěn)定、可靠性較高。方案二：采用HC-06藍(lán)牙模塊，HC-06藍(lán)牙為從設(shè)備，他可以與其它2.

28、0標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙設(shè)備之間進(jìn)行通信，但是它只能作為從設(shè)備，沒(méi)法充當(dāng)主設(shè)備來(lái)使用，同時(shí)HC-05為普通消費(fèi)級(jí)別的芯片，在可靠性和穩(wěn)定性上比HC-05稍差一些，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格相比HC-05較低，在一些低端的應(yīng)用場(chǎng)合已經(jīng)對(duì)成本控制要求較高的場(chǎng)合應(yīng)用較為普及。通過(guò)對(duì)上述兩種方案的比較，由于系統(tǒng)藍(lán)牙通信作為整個(gè)系統(tǒng)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，充分考慮到穩(wěn)定度的要求，系統(tǒng)最終采用HC-05藍(lán)牙模塊作為系統(tǒng)藍(lán)牙通信設(shè)計(jì)的方案選擇。3.3.2 藍(lán)牙通信電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)藍(lán)牙通信電路采用HC-05模塊作為核心，加以外圍電路完成系統(tǒng)藍(lán)牙通信電路的設(shè)計(jì)，藍(lán)牙部分電路設(shè)計(jì)如圖3-5所示。圖3-5 藍(lán)牙遙控通信部分電路如圖3-5所示，U6為

29、系統(tǒng)藍(lán)牙通信模塊HC-05模塊，二極管D5、D6和電阻R10、R11組成電平轉(zhuǎn)換電路以保證系統(tǒng)可以同時(shí)在5V和3.3V的電壓下工作，D7為藍(lán)牙模塊工作狀態(tài)指示燈，其工作狀態(tài)有以下三種：一，在模塊上電的同時(shí)把BS-KEY引腳設(shè)置為高電平（或接到VCC）此時(shí)D7以亮一秒滅一秒的頻率慢閃，模塊進(jìn)入AT狀態(tài)，此時(shí)波特率為固定的38400。二，在模塊上電的同時(shí)把BS-KEY引腳設(shè)置為低電平（或接地），此時(shí)D7以一秒閃爍2次的頻率快閃，表示模塊進(jìn)入可配對(duì)狀態(tài)，如果此時(shí)再將BS-KEY引腳電平置高，模塊會(huì)進(jìn)入AT狀態(tài)，但是D7的閃爍頻率不變。三，模塊配對(duì)成功，此時(shí)D7雙閃，一次閃2下，2秒閃一次。系統(tǒng)有了D

30、7指示燈就能夠很直觀的判斷模塊的當(dāng)前狀態(tài)，方便使用。3.3.3藍(lán)牙模塊功能測(cè)試藍(lán)牙模塊電路設(shè)計(jì)焊接好后，為了保證模塊能夠正常使用，首先要測(cè)試一下藍(lán)牙模塊收發(fā)功能是否正常，具體測(cè)試過(guò)程如下所述。首先HC-05模塊通過(guò)usb轉(zhuǎn)TTL模塊連接到電腦串口，連接方式如圖3-6所示。圖3-6藍(lán)牙模塊與TTL模塊接線方式圖HC-05模塊出廠設(shè)置為從模式，所以發(fā)送AT+ROLE？得到的返回值為+ROLE：0，發(fā)送AT+ROLE=1即可設(shè)置模塊為主機(jī)，若返回值為OK應(yīng)答則模塊設(shè)置成功，注意串口調(diào)試助手要勾選發(fā)送新行，這樣就能自動(dòng)發(fā)送回車了，具體操作界面如圖3-7所示。圖3-7 藍(lán)牙模塊測(cè)試操作界面圖3.3.4藍(lán)

31、牙模塊與手機(jī)藍(lán)牙之間的設(shè)置與匹配系統(tǒng)HC-05藍(lán)牙模塊設(shè)置為從設(shè)備，手機(jī)藍(lán)牙為主設(shè)備，當(dāng)手機(jī)安裝好藍(lán)牙串口助手后，打開(kāi)藍(lán)牙調(diào)試助手界面，搜索藍(lán)牙設(shè)備，然后選擇鍵盤(pán)模式，設(shè)置鍵盤(pán)指令即可，具體操作過(guò)程可以參考圖3-8。圖3-8藍(lán)牙配對(duì)操作演示過(guò)程圖3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.4.1系統(tǒng)單片機(jī)型號(hào)的選擇與論證單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，選擇一款合適的單片機(jī)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成功與否起著至關(guān)重要的作用，目前市場(chǎng)上單片機(jī)種類型號(hào)千差萬(wàn)別，從基礎(chǔ)的8位單片機(jī)到高端的64位單片機(jī)，價(jià)格從幾元到上百元不等，如此眾多的單片機(jī)，如何才能選擇一款適合本設(shè)計(jì)的型號(hào)呢？首先要從設(shè)計(jì)的功能上著手，由于系統(tǒng)功能相對(duì)較少，

32、只是實(shí)現(xiàn)SF6氣體濃度的測(cè)試，因而不需要選擇引腳多的太高端的單片機(jī)；其次要考慮到設(shè)計(jì)的成本要求，目前市場(chǎng)上8位單片機(jī)相比16位以上單片機(jī)具有很好的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，考慮到8位單片機(jī)完全能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的功能要求，因而本設(shè)計(jì)首選單片機(jī)是8位單片機(jī)；最后還需要考慮到單片機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中程序編譯調(diào)試的可操作性以及實(shí)用性，鑒于以上各種原因考慮，本設(shè)計(jì)最終選擇市場(chǎng)上較為普及的8位單片機(jī)作為系統(tǒng)的單片機(jī)，具體型號(hào)選擇宏晶科技生產(chǎn)的STC12C5A60S2單片機(jī)，此單片機(jī)內(nèi)置了8位AD，無(wú)需再外接其它AD模塊，使整個(gè)外圍電路設(shè)計(jì)得到很大的簡(jiǎn)化，同時(shí)也使設(shè)計(jì)成本得到了降低。3.4.2系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)

33、電路為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，用于控制這個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路主要有STC12C5A60S2單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路組成，此部分電路圖如圖3-9所示。圖3-9 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖系統(tǒng)主控電路由單片機(jī)、時(shí)鐘振蕩電路與復(fù)位電路組成。STC12C5A60S2中有一個(gè)構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和 XTAL2分別是該放大器的輸入和輸出端，用于外接晶體振蕩器，Y1為11.0592M的晶體振蕩器，選擇11.0592M是為了便于計(jì)算單片機(jī)運(yùn)行的周期，Y1兩端的電容 C2，C3 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。電容C2和C3應(yīng)選擇瓷片電容，至于點(diǎn)熱鬧過(guò)容值的大小沒(méi)有嚴(yán)

34、格的限定，只是電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度的穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF士l0pF。STC12C5A60S2單片機(jī)為高電平復(fù)位使能，在單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中需要保證上電的時(shí)候能夠復(fù)位單片機(jī)，同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行 過(guò)程中出現(xiàn)出現(xiàn)跑飛或者進(jìn)入死循環(huán)的時(shí)候能夠通過(guò)相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位，因而單片機(jī)復(fù)位需要有上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種復(fù)位方式，復(fù)位電路設(shè)計(jì)如圖3-1所示，其中 S1為復(fù)位按鍵。上電復(fù)位的工作原理為：通電時(shí)，電容兩端相當(dāng)于短路，于是RST引腳上為高電平，然后電源通過(guò)電阻對(duì)電容C1充電，RST端電壓慢慢下降，降到一定程度，即

35、為低電平，單片機(jī)開(kāi)始正常工作；按鍵復(fù)位的工作原理為：當(dāng)S1被按下后，電容C1迅速放電,使RST引腳為高電平，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)位。當(dāng)S1彈起后，電源通過(guò)10K的電阻放電，電平變?yōu)榈碗娖?，?fù)位停止。3.4.3系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路測(cè)試單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)完成后，首先要驗(yàn)證一下最小系統(tǒng)電路是否能夠工作，首先要保證晶振正常起震，檢測(cè)晶振起震可以用示波器觀察晶振引腳的輸出波形，觀察是否有震蕩波形輸出，如果晶振起震，最小系統(tǒng)基本就可以工作了，然后單片機(jī)置入相應(yīng)的IO 端口控制程序，此時(shí)可以控制一個(gè)簡(jiǎn)單的燈的亮滅來(lái)驗(yàn)證程序是否正常運(yùn)行。除此之外還有驗(yàn)證最小系統(tǒng)的復(fù)位電路是否能夠起到正常復(fù)位的功能。3. 數(shù)字傳感

36、器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)傳感器監(jiān)測(cè)部分主要包括DS18B20溫度監(jiān)測(cè)傳感器、DHT11濕度監(jiān)測(cè)傳感器、MQ-2煙霧監(jiān)測(cè)傳感器，各部分介紹如下所述。3.5.1 溫度傳感器的選型及硬件電路設(shè)計(jì)早期常見(jiàn)的溫度控制系統(tǒng)多數(shù)是模擬電路設(shè)計(jì)，主要是使用熱敏電阻或使用鉑電阻，或使用熱電偶等，其溫度控制的準(zhǔn)確度和精確度都不太好。如今，數(shù)字技術(shù)高速發(fā)展，早先的溫度控制系統(tǒng)也被基于數(shù)字技術(shù)的新一代產(chǎn)品所替代。其中溫度傳感器DS18B20應(yīng)用非常廣泛，它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面有很大的改進(jìn)。而隨著高性能和低成本的單片機(jī)的不斷發(fā)展，新式無(wú)線溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，它的功能強(qiáng)大，體積小，重量輕，靈

37、活耐用，備受大家青睞。因此，本系統(tǒng)選用的是美國(guó)DALLAS 半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的DS18B20 溫度傳感器。選用該傳感器的原因有：DS18B20與微處理器僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)雙向通訊，簡(jiǎn)化連接難度;無(wú)需其他的AD轉(zhuǎn)化器件，降低成本，也減少了硬件制板的費(fèi)用;可供使用電壓范圍大：3.0V到5.5V都可以使用，器件的功耗較低;測(cè)溫分辨率高，最高可達(dá)0.125度，便于溫度精確控制。溫度測(cè)量部分電路如圖3-10所示。圖3-10溫度測(cè)量部分電路圖圖3-10中DQ1接單片機(jī)的IO端口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信，R2為10K的上拉電阻，當(dāng)接51單片機(jī)的P0口時(shí)此上拉電阻必須要接，如果接其它單片機(jī)IO口的話此上拉電阻可以不接，

38、因?yàn)閱纹瑱C(jī)的其它IO口有內(nèi)置的上拉電阻。3.5.2濕度傳感器的選型及硬件電路設(shè)計(jì)濕度傳感器采用DHT11單總線數(shù)字型傳感器，DHT11 是瑞士Sensirion 公司推出的基于CMOSens 技術(shù)的新型溫濕度傳感器。它是一種全新的基于智能傳感器設(shè)計(jì)理念的新型傳感器，該傳感器將溫度、濕度傳感器、信號(hào)調(diào)理、數(shù)字變換、串行數(shù)字通信接口、數(shù)字校準(zhǔn)全部集成到一個(gè)高集成度、體積極小的芯片當(dāng)中，利用它可以同時(shí)測(cè)量目標(biāo)對(duì)象的溫度和濕度，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字式輸出。在現(xiàn)代工業(yè)中，利用微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的工業(yè)控制越來(lái)越廣泛。特別是由于傳輸距離、現(xiàn)場(chǎng)狀況等諸多可能出現(xiàn)的因素的影響，微控制器與傳感器之間的通訊數(shù)據(jù)常會(huì)發(fā)生無(wú)法

39、預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤。為了防止錯(cuò)誤所帶來(lái)的影響, 在數(shù)據(jù)的接收端必須進(jìn)行差錯(cuò)校驗(yàn)。本文基于溫濕度內(nèi)漏檢測(cè)系統(tǒng)而編寫(xiě)的傳感器DHT11和微控制器之間的串行通訊系統(tǒng),介紹了一種軟件差錯(cuò)校驗(yàn)方案循環(huán)冗余校驗(yàn)法,克服了傳統(tǒng)差錯(cuò)檢驗(yàn)法對(duì)數(shù)據(jù)行或列的偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤不敏感、漏判概率高等缺點(diǎn)，使校驗(yàn)過(guò)程既簡(jiǎn)單實(shí)用又成本低廉。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括了相對(duì)濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)存儲(chǔ)器（E2PROM）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、狀態(tài)寄存器、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）寄存器、單總線接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測(cè)電路。工作原理：該傳感器的測(cè)量原理是首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對(duì)濕度或溫度的信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)

40、放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)，最后通過(guò)單總線接口將相對(duì)濕度或溫度的數(shù)據(jù)送至微控器9。濕度測(cè)量電路如圖3-11所示。圖3-11 DHT11濕度采集電路DHT11第一腳接VCC，第二腳接單片機(jī)IO引腳實(shí)現(xiàn)和單片機(jī)之間的通信，第三腳為空接引腳，懸空即可，第四腳接GND。3.5.3 CO等有害氣體檢測(cè)電路設(shè)計(jì)CO等有害氣體及煙霧的檢測(cè)采用氣敏型模擬輸出傳感器，MQ-2以其應(yīng)用廣價(jià)格低，方案成熟的得到了很廣泛的應(yīng)用，本設(shè)計(jì)氣體采集電路也采用MQ-2實(shí)現(xiàn)，MQ-2的工作原理如下所述。MQ-2為載體催化燃燒式傳感元件，屬氣敏熱效應(yīng)傳感器。其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低、性能較穩(wěn)定及使

41、用壽命長(zhǎng)。目前以成為國(guó)內(nèi)外檢測(cè)易燃易爆氣體的主要傳感元件，特別是我國(guó)和英、日、美諸國(guó)應(yīng)用尤為廣泛3。載體熱催化元件的結(jié)構(gòu)如圖3-12所示：圖3-12 載體熱催化元件結(jié)構(gòu)圖（1）催化劑。載體表面涂渡一層黑色鉑族金屬元素（如：鉑、鈀、銠等）。沼氣與氧氣在催化劑的作用下，產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化還原反應(yīng)，俗稱無(wú)焰燃燒。（2）載體。鉑絲線圈被型氧化鋁（型氧化鋁的熔點(diǎn)(2288K)和硬度(8.8)都很高）包圍，這個(gè)氧化物體稱載體。 載體澆注成均勻的多孔體，它不僅牢固的固定鉑絲線圈，多孔表面還可以提高催化劑反應(yīng)效果，提高催化劑的活性和提高抗毒性能。（3）鉑絲線圈。鉑絲線圈是元件的骨架，是一只用鉑絲繞制的小螺旋線圈，

42、正常工作時(shí)通過(guò)一個(gè)100200mA左右的電流，加熱催化劑，使催化劑達(dá)到起燃溫度，同時(shí)，又可利用鉑絲電阻值催化劑溫度而改變的性質(zhì)，測(cè)出鉑絲電阻增量。MQ-2傳感器采集電路如圖3-13所示。圖3-13 MQ-2氣體檢測(cè)電路圖圖3-13中U10為比較器LM393，比較器的作用是，當(dāng)采集到的濃度值高于設(shè)定的閥值的時(shí)候使輸出電平發(fā)生跳變，這樣當(dāng)系統(tǒng)單片機(jī)不具備AD轉(zhuǎn)換的時(shí)候可以通過(guò)監(jiān)測(cè)這個(gè)電平的跳變來(lái)判斷氣體的濃度值，可調(diào)電位器R18為氣體采集靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕，通過(guò)電位器的調(diào)節(jié)可以改變對(duì)氣體感應(yīng)的靈敏狀況。3.6 家電控制電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)家電控制電路采用4路繼電器控制實(shí)現(xiàn)，4路繼電器分別控制空調(diào)開(kāi)關(guān)、冰箱開(kāi)關(guān)

43、、電視開(kāi)關(guān)以及大門的開(kāi)關(guān)。繼電器控制電路采用弱電控制強(qiáng)電的工作原理，單片機(jī)通過(guò)控制繼電器的斷開(kāi)和吸合來(lái)控制外接家電的通斷，具體控制電路如圖3-14所示。圖3-14 系統(tǒng)家電控制電路圖如圖3-14所示，P14-P17分別接到單片機(jī)的IO口上，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平的時(shí)候繼電器吸合，外部接家電的開(kāi)關(guān)吸合接通，家電啟動(dòng)工作；當(dāng)單片機(jī)輸出高電平的時(shí)候三極管斷開(kāi)，繼電器外部開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，外接的家電停止工作?？紤]到實(shí)際的可操作性，以及能夠直觀的分辨出繼電器開(kāi)發(fā)的接通和斷開(kāi)，外部家電采用LED燈的亮滅來(lái)替代，當(dāng)對(duì)應(yīng)家電的LED燈點(diǎn)亮代表對(duì)應(yīng)家電電源接通，家電處于工作狀態(tài)，當(dāng)對(duì)應(yīng)的LED燈熄滅代表對(duì)應(yīng)的家電電源開(kāi)關(guān)斷

44、開(kāi)，家電停止工作。第四章 智能家居系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件編程環(huán)境介紹系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編程，編譯環(huán)境為keil。keil c51 是美國(guó)Keil Software 公司出品的51 系列兼容單片機(jī)C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，和匯編相比，C 在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil c51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到keil c51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。Keil C51 可

45、以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE 本身或其它編輯器編輯C 或匯編源文件，然后分別有C51 及A51 編輯器編譯連接生成單片機(jī)可執(zhí)行的二進(jìn)制文件（.HEX），然后通過(guò)單片機(jī)的燒寫(xiě)軟件將HEX 文件燒入單片機(jī)內(nèi)。軟件主要三個(gè)方面：一是初始化系統(tǒng)；二是數(shù)據(jù)采集；三是數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行顯示。這三個(gè)方面的操作分別在主程序中來(lái)進(jìn)行。程序采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣程序結(jié)構(gòu)清楚，易編程和易讀性好，也便于調(diào)試和修改。4.2系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序主要包括系統(tǒng)的初始化、數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的傳輸、數(shù)據(jù)的顯示以及輸出控制等，系統(tǒng)主程序流程圖如圖4-1所示。開(kāi)始控制繼電器信號(hào)輸出判斷是否接收

46、到藍(lán)牙開(kāi)關(guān)指令？更新當(dāng)前顯示狀態(tài)蜂鳴器報(bào)警輸出GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信判斷環(huán)境參數(shù)采集值是否超限？啟動(dòng)溫度、濕度、CO采集環(huán)境參數(shù)以及家電狀態(tài)顯示系統(tǒng)初始化圖4-1 系統(tǒng)主程序流程下圖系統(tǒng)主程序流程如圖4-1所示，當(dāng)系統(tǒng)上電后首先完成各個(gè)組件的初始化，一個(gè)系統(tǒng)的初始化是程序運(yùn)行必不可少的環(huán)節(jié)，系統(tǒng)初始化部分主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)初始化、液晶顯示才初始化、各種傳感器初始化、藍(lán)牙模塊初始化、控制輸出的初始化等；初始化完成以后系統(tǒng)首先要啟動(dòng)各種傳感器開(kāi)始采集環(huán)境參數(shù)，并通過(guò)單片機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示；在數(shù)據(jù)采集顯示的同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)同時(shí)判斷這些環(huán)境參數(shù)是否超限，如果超限，系統(tǒng)應(yīng)立即執(zhí)行蜂鳴器報(bào)警輸出已經(jīng)G

47、SM短信報(bào)警指令發(fā)送；在以上程序的執(zhí)行運(yùn)行過(guò)程中，如果系統(tǒng)接收到手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送的遙控指令，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)通過(guò)中斷函數(shù)進(jìn)入家電控制程序當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)家電開(kāi)關(guān)的控制功能。4.3系統(tǒng)子程序流程介紹系統(tǒng)子程序主要包括環(huán)境參數(shù)采集子程序、藍(lán)牙遙控子程序、GSM短信發(fā)送子程序幾部分組成，下面對(duì)以上子程序一一進(jìn)行分析。4.3.1環(huán)境參數(shù)采集子程序環(huán)境參數(shù)采集主要包括溫度、濕度和一氧化碳?xì)怏w濃度的采集，此部分程序流程圖如圖4-2所示。開(kāi)始?xì)怏w傳感器初始化濕度傳感器初始化DS18B20溫度傳感器初始化數(shù)據(jù)的AD轉(zhuǎn)換讀DHT11地址讀DS18B20地址讀DHT11數(shù)據(jù)讀DS18B20數(shù)據(jù)寫(xiě)入單片機(jī)，數(shù)據(jù)顯示輸出圖4-2

48、環(huán)境參數(shù)采集子程序4.3.2藍(lán)牙遙控子程序藍(lán)牙遙控子程序主要完成手機(jī)藍(lán)牙與系統(tǒng)HC-05藍(lán)牙模塊之間的串行通信，手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送指令，系統(tǒng)HC-05藍(lán)牙模塊接收指令并通過(guò) 串行通信的方式傳輸給單片機(jī)系統(tǒng)。此部分程序流程圖如圖4-3所示。開(kāi)始初始化藍(lán)牙模塊藍(lán)牙模塊主從設(shè)置手機(jī)藍(lán)牙指令發(fā)送HC-05藍(lán)牙是否接收手機(jī)發(fā)送的藍(lán)牙指令？通過(guò)串口發(fā)送給單片機(jī)指令單片機(jī)完成指令操作4.3.3 GSM短信發(fā)送子程序開(kāi)始開(kāi)機(jī)啟動(dòng)GSM模塊延時(shí)等待判斷是否滿足短信發(fā)送條件？發(fā)送短信報(bào)警信息到預(yù)設(shè)的號(hào)碼第五章 系統(tǒng)的組裝與調(diào)試5.1系統(tǒng)的組裝與焊接元件在安裝時(shí)，注意事項(xiàng)如下：1) 為避免因元器件發(fā)熱而減弱銅箔對(duì)基板的附

49、著力，并防止元器件的裸露銅盤(pán)與導(dǎo)線短路，安裝時(shí)元器件之間間距要保持12mm。2) 裝配時(shí)，應(yīng)該先安裝那些需要機(jī)械固定元器件，在此裝置中如穩(wěn)壓管、中心芯片插座。3) 各種元器件的安裝,應(yīng)該使它們的標(biāo)記(用色碼或字符標(biāo)注的數(shù)值,精度等)朝上面或易于是辨認(rèn)的方向，并注意標(biāo)記的讀書(shū)方向一致 (從左到右或從上到下)。2. 元件在焊接時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：在元器件焊接之前應(yīng)該先用紗布將元器件的引腳打磨一遍，這樣可以將元件引腳氧化的部分去除掉，以便于焊接；在焊接過(guò)程中還要注意焊錫的量要得當(dāng)，過(guò)多可能造成電路短路，過(guò)少有可能造成虛焊；元器件焊完后，給發(fā)熱量大的元器件裝上散熱片，這用有利于散熱增加系統(tǒng)的穩(wěn)定；

50、最后可以在板子的四個(gè)角上安裝四個(gè)銅柱，一方面可以增加整個(gè)結(jié)構(gòu)的美觀，另一方面也可以使避免電路板放在導(dǎo)電體上發(fā)生短路的危險(xiǎn)。通過(guò)以上步驟，一個(gè)完整的電路硬件部分就制作完成了，這時(shí)可以再檢查一下是否有元器件漏焊、焊錯(cuò)的情況，以確保電路的正確。5.2系統(tǒng)的調(diào)試電路板實(shí)物做完以后，接下來(lái)的工作就是調(diào)試。這是理論指導(dǎo)實(shí)踐最重要的一步。調(diào)試工作需要耐心與恒心。所以在調(diào)試過(guò)程中必須保持冷靜的頭腦，較強(qiáng)的電路分析能力。一個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試需要軟硬件結(jié)合調(diào)試。在軟硬件結(jié)合調(diào)試的過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題：1、首先先不要插芯片，要先測(cè)量一下各點(diǎn)的電壓，尤其是單片機(jī)工作電壓，藍(lán)牙模塊已經(jīng)GSM短信模塊電路工作電壓，在保證模塊工

51、作電壓正常的前提下再安插主要先芯片，不然會(huì)燒壞芯片或者模塊造成不可挽回的損失；2、測(cè)試過(guò)程中液晶屏幕不亮，經(jīng)檢查是液晶背光調(diào)節(jié)的問(wèn)題，接上背光后問(wèn)題解決；3、在手工焊接調(diào)試時(shí)還出現(xiàn)了P0口忘記接上拉電阻造成系統(tǒng)顯示器工作不正常。4、系統(tǒng)溫度、濕度測(cè)量的準(zhǔn)確度。我們將標(biāo)準(zhǔn)溫濕度計(jì)和系統(tǒng)的溫濕度傳感器探頭放在一起，選定若干不同溫度點(diǎn)，記錄下標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)的溫度和溫度控制系統(tǒng)測(cè)量顯示的溫度進(jìn)行比較。5.3系統(tǒng)的功能測(cè)試與檢驗(yàn)當(dāng)系統(tǒng)焊接組裝調(diào)試完成后，最后一步完成對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)功能指標(biāo)的測(cè)試與檢驗(yàn)，具體測(cè)試過(guò)程如下所述。5.3.1 溫度的測(cè)量與檢驗(yàn)本系統(tǒng)測(cè)量顯示溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量溫度對(duì)比如表5-1所示。表5

52、-1 溫度測(cè)量準(zhǔn)確度記錄表標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量溫度（）本系統(tǒng)測(cè)量顯示溫度（）202528304060202528304061由上表記錄的測(cè)試結(jié)果可以得出，系統(tǒng)溫度測(cè)量滿足系統(tǒng)對(duì)溫度監(jiān)測(cè)的指標(biāo)要求。溫度測(cè)試功能達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。5.3.2 濕度的測(cè)量與檢驗(yàn)系統(tǒng)濕度測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)濕度計(jì)測(cè)試結(jié)果對(duì)比如表5-2所示。表5-2 濕度測(cè)量準(zhǔn)確度記錄表標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量溫度（）本系統(tǒng)測(cè)量顯示溫度（）20%25%28%30%40%60%19%26%28%31%41%62%由上表記錄的測(cè)試結(jié)果可以得出，系統(tǒng)濕度測(cè)量結(jié)構(gòu)能夠很好的反應(yīng)實(shí)際環(huán)境濕度的變化，系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果滿足系統(tǒng)對(duì)濕度監(jiān)測(cè)的指標(biāo)要求。濕度測(cè)試功能達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果

53、。5.3.3 氣體的測(cè)量與檢驗(yàn) 系統(tǒng)氣體監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)主要為了監(jiān)測(cè)室內(nèi)易燃易爆及有毒氣體，為了測(cè)試方便，系統(tǒng)氣體監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)采用打火機(jī)噴出的氣體進(jìn)行實(shí)際的模擬監(jiān)測(cè)，當(dāng)氣體噴出的情況下觀察氣體的濃度值變化情況，同時(shí)監(jiān)測(cè)蜂鳴器報(bào)警功能和GSM短信是否能夠根據(jù)易燃?xì)怏w的濃度變化來(lái)做出相應(yīng)的短信報(bào)警指令發(fā)送。實(shí)際測(cè)試結(jié)果為：當(dāng)用打火機(jī)對(duì)準(zhǔn)MQ-2傳感器噴氣的過(guò)程中，氣體濃度顯示有最初的0005PPM逐步升高到0335PPM，同時(shí)能夠聽(tīng)到蜂鳴器鳴笛報(bào)警，GSM短信發(fā)送功能正常，由此說(shuō)明系統(tǒng)易燃?xì)怏w濃度監(jiān)測(cè)功能正常。5.3.4 藍(lán)牙遙控家電控制功能測(cè)試藍(lán)牙遙控測(cè)試主要完成4路繼電器的開(kāi)啟和關(guān)閉，為了直觀的看出測(cè)試結(jié)

54、果，每路繼電器輸出開(kāi)關(guān)上接一個(gè)LED指示燈，通過(guò)觀察對(duì)應(yīng)繼電器輸出的LED燈的亮滅來(lái)測(cè)試，具體測(cè)試過(guò)程如下所述。手機(jī)藍(lán)牙指令“A”控制第一路繼電器的的開(kāi)啟和關(guān)閉，手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送指令“A”一次繼電器1吸合，LED1點(diǎn)亮，再次發(fā)送指令“A”繼電器1斷開(kāi)，LED1熄滅。手機(jī)藍(lán)牙指令“B”控制第一路繼電器的的開(kāi)啟和關(guān)閉，手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送指令“B”一次繼電器2吸合，LED2點(diǎn)亮，再次發(fā)送指令“B”繼電器2斷開(kāi)，LED2熄滅。手機(jī)藍(lán)牙指令“C”控制第一路繼電器的的開(kāi)啟和關(guān)閉，手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送指令“C”一次繼電器3吸合，LED3點(diǎn)亮，再次發(fā)送指令“C”繼電器3斷開(kāi)，LED3熄滅。手機(jī)藍(lán)牙指令“D”控制第一路繼電器的的

55、開(kāi)啟和關(guān)閉，手機(jī)藍(lán)牙發(fā)送指令“D”一次繼電器4吸合，LED4點(diǎn)亮，再次發(fā)送指令“D”繼電器4斷開(kāi)，LED4熄滅。5.4結(jié)束至此作為大學(xué)四年的最后總結(jié)，這意味著我的大學(xué)生涯也要畫(huà)上句號(hào)了，在此畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，鞏固了我在大學(xué)4年內(nèi)學(xué)過(guò)的知識(shí)，尤其是單片機(jī)和C語(yǔ)言編程方面的知識(shí)，同時(shí)通過(guò)這次畢設(shè)提高了單片機(jī)編程的能力，尤其是獲得的軟件調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)了解到了其它相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)，對(duì)今后的工作學(xué)習(xí)有著極大的幫助。 由于時(shí)間太倉(cāng)促，經(jīng)驗(yàn)不足，理論方面也相應(yīng)的存在不足，加上條件有限，仍存在著一些設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題，個(gè)人技能也有待提高。理論知識(shí)還要鞏固加強(qiáng)。但是寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是對(duì)自己的提高有著極大的幫助。致 謝該智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及論文的撰寫(xiě)是在我的導(dǎo)師？的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，從論文的選題、研究、撰寫(xiě)到定稿，都得到了？老師細(xì)心指導(dǎo)。？老師寬厚待人，對(duì)學(xué)生關(guān)懷備至，在工作上精益求精，對(duì)學(xué)生嚴(yán)格要求，鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)以致用，敢于實(shí)踐，勇于創(chuàng)新，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。？老師具有豐富的科研經(jīng)驗(yàn)與理論水平，其開(kāi)明的學(xué)術(shù)思想、求實(shí)的科研作風(fēng)和對(duì)科學(xué)研究及發(fā)展趨勢(shì)的深刻認(rèn)識(shí)給我以極大的影響、啟迪和熏陶，令我受益匪淺。該設(shè)計(jì)及論文的圓滿完成是和？老師的細(xì)心關(guān)懷分不開(kāi)的。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和論文的研究工作中無(wú)不傾注著各位老師的心血和辛勤的汗