基于單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計說明書

煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與新能源工程系工業(yè)機器人專業(yè)20級畢業(yè)設(shè)計（論文）題目:基于單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計姓名XXX學(xué)號202411XXXX指導(dǎo)教師（簽名）二○二四年10月24日

煙臺工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文)誠信承諾書本人慎重承諾：我所撰寫的設(shè)計（論文）《基于單片機的智能電梯控制系統(tǒng)設(shè)計》是在老師的指導(dǎo)下自主完成，沒有剽竊或抄襲他人的論文或成果。如有剽竊、抄襲，本人愿意為由此引起的后果承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。畢業(yè)論文（設(shè)計）的研究成果歸屬學(xué)校所有。學(xué)生(簽名)年月日電氣與新能源工程系20級高職學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書設(shè)計題目基于單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名XXX系別電氣與新能源工程系專業(yè)工業(yè)機器人應(yīng)用技術(shù)班級20301指導(dǎo)教師XXX課題來源實踐要求任務(wù)書下達時間2024系主任簽字教研室主任簽字1、畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容及技術(shù)指標(biāo)主要內(nèi)容：基于單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計；技術(shù)指標(biāo)：用單片機控制超聲波的發(fā)射、接收電路以及進行數(shù)據(jù)處理，再用液晶顯示屏進行數(shù)據(jù)的顯示；2、畢業(yè)設(shè)計（論文）基本要求要求：要求：能按時完成畢業(yè)設(shè)計（論文）各階段所要求的工作，論文結(jié)構(gòu)完整、合理，條理清晰，對實驗方案論述正確。所需數(shù)據(jù)資料及參考文獻[1]李群芳．單片微型計算機與接口技術(shù)（第3版）．電子工業(yè)出版社，2008[2]楊欣．51單片機應(yīng)用實例詳解．清華大學(xué)出版社，2010[3]王洪生.基于單片機與傳感器的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].電子制作,2020,(22):24-27[4]姚永平．STC89C51RC/RD+系列單片機指南．www.MCU-M，2005[5]袁濤．單片機原理及其應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，2012[6]周國雄．單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計精講．中國鐵道出版社，2011進度計劃序號階段性工作及成果時間安排1申報畢業(yè)設(shè)計（論文）課題2開題會，各指導(dǎo)教師下達任務(wù)書。3全體指導(dǎo)教師及學(xué)生大會：考試時間調(diào)整；各指導(dǎo)教師檢查工作進展情況。4課題設(shè)計、撰寫論文、實物制作5上交有關(guān)材料給指導(dǎo)老師6答辯會III基于單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計XXX[摘要]本文旨在設(shè)計并實現(xiàn)一個基于單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計?！爸悄芗揖迎h(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)”是以單片機為控制核心，通過紅外遙控模塊遙控單片機實現(xiàn)室溫實時測量、時間日期顯示、以及控制家庭用電器開關(guān)通斷來實現(xiàn)家用電器自動控制的功能。家用電器開關(guān)通斷是通過繼電器實現(xiàn)，各項數(shù)據(jù)通過LCD1602液品顯示屏顯示。該系統(tǒng)可以遠程方便地控制家用電器的工作狀況，既可以提升家居安全性、便利性、舒適性，又能實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。是未來家電控制發(fā)展的主要趨勢。本文首先針對課題背景設(shè)計了一套總體的系統(tǒng)框圖與方案，然后根據(jù)系統(tǒng)框圖將系統(tǒng)分為控制、紅外、時鐘、溫度、繼電器和顯示六個模塊。分別針對后五個模塊進行電路介紹、原理分析及軟件設(shè)計，并用控制模塊將這五個模塊整理、整合到一個系統(tǒng)中成為最終的智能家居控制系統(tǒng)。本課題借助Proteus軟件進行電路仿真，Keil軟件進行程序設(shè)計編譯，使用STC-ISP軟件將程序燒錄至單片機中，最終成果是使用MX-51開發(fā)板，外加SRD-05VDC型號繼電器實現(xiàn)的。最終成果現(xiàn)象為開機后液品顯示屏上顯示當(dāng)前日期、時間、環(huán)境溫度以及當(dāng)前工作的繼電器編號，遙控器按“1”、“2”、“3”鍵分別控制繼電器1、2、3的通斷，按奇數(shù)次為通電，按偶數(shù)次為斷電，繼電器之間工作獨立。[關(guān)鍵詞]：智能家居；繼電器；單片機目錄一、緒論 3（一）研究目的和意義 3（二）基于單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng) 41.單片機概述 42.基于單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)的優(yōu)點與缺陷 5（三）設(shè)計內(nèi)容 6二、設(shè)計方案 6（一）設(shè)計的目的和要求 61.設(shè)計的目的 62.設(shè)計的要求 6（二）設(shè)計思路 61.硬件部分 72.軟件部分 10三、系統(tǒng)整體測試方案 11四、系統(tǒng)存在的問題 16結(jié)論 17參考文獻 18致謝 19

一、緒論（一）研究目的和意義現(xiàn)今社會，物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，是繼互聯(lián)網(wǎng)的又一大社會趨勢，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段，而顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)其實就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)[。無論是在生活、工作還是學(xué)習(xí)中，物聯(lián)網(wǎng)都在為人類生活的安全、便捷、舒適做出奉獻。而智能家居是物聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的一部分，智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)的影響下物聯(lián)化的體現(xiàn)。智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)最典型的一個實例，利用物聯(lián)網(wǎng)理論基礎(chǔ)，將家居中的各種設(shè)備，如安防系統(tǒng)(智能門禁防盜)、光線系統(tǒng)(智能照明遮陽)、溫控系統(tǒng)(智能空調(diào)電暖)、影音系統(tǒng)(智能電視音箱)、廚房系統(tǒng)(智能烹飪消毒)、衛(wèi)生間系統(tǒng)(智能淋雨洗衣)、環(huán)境監(jiān)測(智能數(shù)據(jù))等連接到一起，提供防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、溫度控制、遠程軟件家電控制、遠程電話控制、紅外遙控轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。與當(dāng)下普通家居相比，智能家居不但具有普通家居的傳統(tǒng)居住功能。還兼有互聯(lián)網(wǎng)通信、設(shè)備自動化、家電信號化等功能，為信息一體化提供一個全面的交互平臺，一方面可以為用戶節(jié)約很多消耗資金成本，另一方面可以節(jié)約能源，為保護環(huán)境做出不菲貢獻。智能家居從最開始的照明控制、家用電器遠程控制和窗簾電動控制到中期可以安防報警、家庭背景音樂、可視對講等，可控制的設(shè)備越來越多，范圍也越來越廣。最初智能家居的定位是高端消費人群，認為只有比爾·蓋茨這樣的大亨才可以享受這樣的產(chǎn)品，因為智能家居的價格是十分昂貴的，但隨著涉及此領(lǐng)域的廠商越來越多，相關(guān)技術(shù)在不斷競爭中已經(jīng)十分成熟，人們對它的研究已經(jīng)不局限于功能的實現(xiàn)，而是產(chǎn)品的體驗以及不斷完善。智能家居產(chǎn)品也在不斷的更新?lián)Q代中由高端奢侈品行業(yè)逐漸轉(zhuǎn)化為個體化，個性化，集安全、便利、舒適于一身的高迭代速率物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。自人們在1994年智能家居雛形初誕生以來至今一直被教育市場，到現(xiàn)在人們的生活對互聯(lián)網(wǎng)的依賴，我們可以預(yù)見人們對此類產(chǎn)品消費的未來前景。應(yīng)用價值的SWOT分析(1)優(yōu)勢(Strengths):智能家居是基于傳統(tǒng)家居結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)物，相比傳統(tǒng)家居有更智能、更安全、更便利、更舒適的優(yōu)勢:今后的消費主流人群為年輕人，而智能家居更是適合年輕人使用的便捷產(chǎn)品，與年輕人較快的生活節(jié)奏相符。(2)缺點(Weakness):如今智能家居的發(fā)展才剛剛有所起步，并無很多廠商對它進行研發(fā)，也就導(dǎo)致技術(shù)不成熟，可能在成品真正運用到生活中不是很順利，會有很多bug;對于中老年人來說，智能家居可能反而會給他們原本安穩(wěn)的生活帶來麻煩，他們會很難接受這種新事物;智能家居目前的價格還是十分昂貴的，目前普通大眾僅限于使用低端智能家居，如智能燈光音響等，而高端智能家居如遠程控制、防盜系統(tǒng)等的價格十分昂責(zé)。(3)機遇(Opportunity):智能家居是物聯(lián)網(wǎng)的其中一種，凌駕于互聯(lián)網(wǎng)之上的新興產(chǎn)業(yè)，目前涉及此領(lǐng)域的商家還不多，技術(shù)發(fā)展及完善空間非常大，前景十分廣闊:隨著時間的推移，懂得技術(shù)、快節(jié)奏生活的年齡層會逐漸增加，智能家居最終有可能占領(lǐng)、吞并整個家居市場，就像當(dāng)年360搶占殺毒軟件市場，小米手機搶占千元機市場一樣，讓傳統(tǒng)獨立的家居成為歷史書上的內(nèi)容。(4)挑戰(zhàn)(Threats):“智能”無限好，只是價太高，如何做到縮小成本并能像當(dāng)年的雷軍周鴻祎·樣站出來以賣服務(wù)為核心而不是賣產(chǎn)品，讓人人都能體驗到智能的樂趣，對廠商來說是個挑戰(zhàn):智能家居“華而不實”，很多人雖然買了但是不會用，教育市場并將用戶教會這是個很大的挑戰(zhàn):黑客覬覦安全隱患多，還是需要一個發(fā)展階段，智能家居產(chǎn)品需要固件軟件不斷更新才可以維持穩(wěn)定發(fā)展，當(dāng)產(chǎn)品運營完善到一定程度，能覬它的黑客自然沒有能力破壞它的穩(wěn)定性:缺乏標(biāo)準，產(chǎn)品魚龍混雜，需要國際化規(guī)范一下產(chǎn)品的各項指標(biāo)，否則既能做安防保險，又同時可能存在安全隱患，同時也會有很多國外大牌產(chǎn)品“水土不服”:二次裝修“智能化”要傷筋動骨，如何用最簡捷方式進行升級是個很值得探討的課題。（二）基于單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)1.單片機概述單片機的全稱為單片微型計算機（SingleChipMicrocomputer）,又稱微控制器（MicroControllerUnit，簡稱MCU），它是微型計算機一個很重要的分支。將計算機的中央處理器（CPU）、存儲器、各種輸入/輸出接口（并行I/O口、串行I/O口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器等）、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等基本部件微型化并集成到一塊硅片上，且這樣一塊芯片具有微型計算機的功能，則稱為單片機微型計算機，通常稱為單片機。單片機的特點主要有：高集成度，體積小，高可靠性；控制功能強；低電壓、低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品；易擴展；優(yōu)異的性能價格比。目前，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：儀器儀表、家用電器、節(jié)能裝置、機器人、工業(yè)控制、計算機網(wǎng)絡(luò)和通信等諸多領(lǐng)域。單片機的應(yīng)用是不言而喻的。2.基于單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)的優(yōu)點與缺陷基于STC89C51單片機的智能家居系統(tǒng)具有諸多顯著優(yōu)點。首先，該系統(tǒng)具有較高的智能化水平。通過集成可燃氣體傳感器和電阻式薄膜壓力傳感器，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測環(huán)境狀況，如是否存在可燃氣體。這種實時監(jiān)測功能大大增強了房屋的安全性，有效避免了潛在的安全隱患。同時，利用LCD1602顯示屏，系統(tǒng)可以清晰地顯示房屋當(dāng)前所處的現(xiàn)狀，為用戶提供了極大的便利。其次，該系統(tǒng)在設(shè)計上具有較高的靈活性和可擴展性。通過內(nèi)外雙鍵盤的設(shè)計，用戶可以方便地控制居家環(huán)境，例如屋內(nèi)開關(guān)門操作。此外，系統(tǒng)的軟件部分采用了模塊化設(shè)計，使得后續(xù)的功能擴展和升級變得更加容易。例如，可以在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加語音播報、人臉識別等先進功能，進一步提升家居的智能化水平。最后，該系統(tǒng)在成本控制方面也表現(xiàn)出色。采用STC89C51單片機作為核心控制器，不僅降低了系統(tǒng)的硬件成本，還使得系統(tǒng)的維護和升級變得更加經(jīng)濟實惠。同時，通過合理的電路設(shè)計和優(yōu)化，系統(tǒng)在保證性能的同時，也實現(xiàn)了較低的能耗。盡管基于STC89C51單片機的智能家居控制系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點，但仍存在一些不足之處。系統(tǒng)的按鍵設(shè)計仍存在一定的局限性。目前，系統(tǒng)僅采用了內(nèi)外雙鍵盤的設(shè)計，而未能在每層都設(shè)置上下行檢測的按鍵。這可能會在一定程度上影響用戶的使用體驗。為了解決這個問題，可以考慮采用更先進的按鍵設(shè)計方案，如觸摸屏或語音識別等，以進一步提升系統(tǒng)的便利性和智能化水平。（三）設(shè)計內(nèi)容此設(shè)計以STC89C51單片機為控制核心，利用其強大的處理能力和豐富的接口資源，實現(xiàn)電梯的全方位控制。在軟件設(shè)計方面，系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計思想，將各個功能模塊進行獨立設(shè)計，提高了系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。同時，系統(tǒng)還進行了嚴格的仿真測試和實物測試，確保各項功能均能滿足設(shè)計要求。二、設(shè)計方案（一）設(shè)計的目的和要求1.設(shè)計的目的智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)最典型的一個實例，利用物聯(lián)網(wǎng)理論基礎(chǔ)，將家居中的各種設(shè)備，如安防系統(tǒng)(智能門禁防盜)、光線系統(tǒng)(智能照明遮陽)、溫控系統(tǒng)(智能空調(diào)電暖)、影音系統(tǒng)(智能電視音箱)、廚房系統(tǒng)(智能烹飪消毒)、衛(wèi)生間系統(tǒng)(智能淋雨洗衣)、環(huán)境監(jiān)測(智能數(shù)據(jù))等連接到一起，提供防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、溫度控制、遠程軟件家電控制、遠程電話控制、紅外遙控轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。與當(dāng)下普通家居相比，智能家居不但具有普通家居的傳統(tǒng)居住功能。還兼有互聯(lián)網(wǎng)通信、設(shè)備自動化、家電信號化等功能，為信息一體化提供一個全面的交互平臺，一方面可以為用戶節(jié)約很多消耗資金成本，另一方面可以節(jié)約能源，為保護環(huán)境做出不菲貢獻。2.設(shè)計的要求(1)通過觀察現(xiàn)有智能家居簡單設(shè)計一款小型智能家居控制系統(tǒng):(2)確定研究方向后查閱資料，搜索網(wǎng)上資源，學(xué)習(xí)Proteus，Keil等工具的用法，動手制作這款小型智能家居控制系統(tǒng):(3)通過小型智能家居控制系統(tǒng)了解產(chǎn)品的主要工作原理以及用技術(shù)和需求分析未來可能的發(fā)展方向趨勢。（二）設(shè)計思路首先，主要介紹了智能家居控制系統(tǒng)的選題背景和應(yīng)用價值，介紹了本文的主要工作和內(nèi)容。其次，主要介紹了智能家居控制系統(tǒng)的整體設(shè)計思想，所分的六個模塊以及每個模塊的方案選擇。然后，主要是分模塊地介紹了智能家居控制系統(tǒng)的硬件基本結(jié)構(gòu)，采用塊化的方式使電路分析起來更有條理，方便易懂。最后，主要是沿用硬件電路分析方法，分模塊地介紹了本智能家居控制系統(tǒng)的軟件程序結(jié)構(gòu)，先將負責(zé)不同職能的各個軟件模塊通過主程序框圖劃分出來然后逐一列程序框圖介紹不同的模塊的程序，最后再用主程序貫穿整個系統(tǒng)。介紹實現(xiàn)本課題的幾個軟件以及各個軟件輸出的結(jié)果，最后描述了制作出的成品調(diào)試現(xiàn)象。1.硬件部分智能家居控制系統(tǒng)用到的是以下幾個模塊:①智能家居控制系統(tǒng)控制模塊②紅外模塊③時鐘模塊④溫度模塊⑤電磁繼電模塊(外接)⑥顯示模塊。智能家居控制系統(tǒng)框圖設(shè)計如圖2-1所示：圖2-1智能家居控制系統(tǒng)框圖設(shè)計圖顯示模塊LCD1602。液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計采用的是LCD1602，它是一種用5x7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，它的顯示的內(nèi)容為16X2，即可以顯示兩行，每行16個字符（顯示字符和數(shù)字）。LCD1602的實物圖和結(jié)構(gòu)原理圖分別如圖2-2和2-3所示。（正面）（背面）圖2-2LCD1602的實物圖圖2-3LCD1602的結(jié)構(gòu)原理圖1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊通過電壓以及調(diào)用程序?qū)ζ溥M行控制，把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”?？刂泼畋鞮CD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器有11條控制指令，如表3.1所示。表2.1LCD1602控制指令I(lǐng)/D=0表示寫入數(shù)據(jù)后光標(biāo)左移，I/D=1表示寫入數(shù)據(jù)后光標(biāo)右移。S=0表示寫入數(shù)據(jù)后顯示屏不移動，S=1時，如果I/D=1且有字符寫入時顯示屏左移，否則右移。（顯示屏整體左移或右移，其實就是屏幕上所有文字左移或右移）D=1顯示屏開，D=0顯示屏關(guān)。C=1時光標(biāo)出現(xiàn)在地址計數(shù)器所指的位置，C=0時光標(biāo)不出現(xiàn)。B=1時光標(biāo)閃爍，B=0時光標(biāo)不閃爍。S/C=0，RL=0時光標(biāo)左移1位，地址計數(shù)器減1。（光標(biāo)所在位置一般為地址計數(shù)器位置）S/C=0，RL=1時光標(biāo)右移1位，地址計數(shù)器加1。S/C=1，RL=0時顯示器上字符全部左移1個字符位置，光標(biāo)保持不動。S/C=1,RL=1時顯示器上字符全部右移1個字符位置，光標(biāo)保持不動。DL=1時數(shù)據(jù)長度為8位，DL=0時為使用D7-D4共4位，分兩次送一字節(jié)。N=0為單行顯示，N=1時為雙行顯示。F=1時為5×10點陣字體，F(xiàn)=0時為5×7點陣字體。BF=1時LCD忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)；BF=0時LCD就緒。時鐘模塊方案選擇?？梢允褂米詭щ姵氐?2C887芯片或控制起來相對簡單的DS1302芯片。前者主要是時間可以一次設(shè)置成型，不必反復(fù)修改程序，因為有電池在關(guān)機時讓芯片自動計時;后者需要持續(xù)的供電，若中間斷電則再次通電開機需要重置時間，由于使用的MX-51開發(fā)板DS1302芯片是既有的，且我們只需要將所設(shè)計的智能家居系統(tǒng)的時間顯示模塊表達出即可。DS1302芯片是在DS1202芯片的基礎(chǔ)上增加了雙電源管腳、七字節(jié)存儲器的特性。雙電源管腳一方面用于主電源供電、另一方面用于備用電源供電，是可編程的涓流充電電源。在電話傳真、便攜式電池供電的時間日期顯示設(shè)備(儀器儀表等)領(lǐng)域運用廣泛。圖2-4DS1302芯片是在DS1202芯片比較圖紅外模塊方案選擇常見的適用于紅外模塊的芯片有TC6122D、BC7210A、PT2262、TC9012本課題使用的是功能適宜，較為常見，價格又便宜的TC9012。溫度傳感器的種類繁多，例如DS18B20、TMP35、DS1620等。本次智能家居系統(tǒng)設(shè)計使用的是DS18B20溫度傳感器。DS1620與DS18B20的區(qū)別是可以脫離單片機或電腦自行溫度控制，本課題的核心在于單片機控制，因此DS1620的功能不予考慮。DS18B20芯片體積很小，隨之的硬件開消也很小，硬件結(jié)構(gòu)簡單。每次讀取溫度前都需要經(jīng)過復(fù)雜精準的時序處理，讀出的數(shù)據(jù)是直接的溫度值不是模擬量，因而抗外屆干擾能力很強，精度高。使用這個芯片對于智能家居系統(tǒng)的設(shè)計方便、合理。況且，我們將硬件成本轉(zhuǎn)化為軟件成本，節(jié)約了資源。電磁繼電模塊方案選擇。本課題使用的是較為常見的SRD-05VDC型號電磁繼電器，它有四路繼電器可擴展，每個繼電器電路分別配有一個顯示電路通斷的指示燈，方便觀測。2.軟件部分在系統(tǒng)仿真的軟件部分，詳細描述了基于STC89C51單片機的智能電梯控制系統(tǒng)的各個模塊及其交互邏輯。單片機初始化：配置STC89C51單片機的時鐘頻率，確保系統(tǒng)運行在正確的時序上。初始化端口設(shè)置，包括內(nèi)外雙鍵盤輸入端口、LCD1602顯示端口、MQ-9可燃氣體傳感器和薄膜壓力傳感器的數(shù)據(jù)接收端口等。配置IIC通信協(xié)議參數(shù)，用于ADS1115模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片與51單片機的數(shù)據(jù)傳輸。外設(shè)初始化：初始化LCD1602顯示屏，設(shè)置顯示模式、對比度等參數(shù)。圖2-5系統(tǒng)仿真圖三、系統(tǒng)整體測試方案系統(tǒng)使用內(nèi)外部矩陣按鍵控制電梯進行上下行以及電梯門的開合,超重和可燃氣體檢測為自動進行,檢測到超重則會在LCD1602顯示相應(yīng)的重量信息,檢測到可燃氣體會進行報警。針對系統(tǒng)整體進行測試,檢測項目整體是否有不符合設(shè)計要求的地方,檢測安全機制是否能夠正常運行,檢測電梯是否能夠正常運作,對于系統(tǒng)異常狀態(tài)是否能夠進行報警,檢測系統(tǒng)對于輸人的敏感程度。針對系統(tǒng)整體測試要求提出以下五個測試點進行檢測,并記錄測試結(jié)果。硬件設(shè)計部分具體包括單片機最小系統(tǒng)、顯示電路、DRV8833電機驅(qū)動模塊模塊和報警電路。硬件設(shè)計總框圖如圖3-1所示。電源電路電源電路DRV8833電機驅(qū)動模塊顯示模塊LCD1602報警模塊STC89C52RC晶振電路復(fù)位電路圖3-1系統(tǒng)硬件設(shè)計總框圖本設(shè)計采用STC89C52單片機作為控制核心，利用其擴展口連接相關(guān)的外圍電路，通過不同的程序可以實現(xiàn)不同的功能。下面就來了解一下單片機STC89C52。單片機STC89C52的特點。STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期8051CPU。1個機器周期=6個震蕩周期=12時鐘周期。2、工作電壓：5.5V-3.4V（5V單片機）/3.8V-2.0V（3V單片機）。3、工作頻率范圍：0-40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz。實際工作頻率可達48MHz。4、用戶應(yīng)用程序空間4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字節(jié)。5、片上集成1280字節(jié)/512字節(jié)RAM。6、通用I/O口（32/36個），復(fù)位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。7、ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器/仿真器可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，8K程序3秒即可完成一片8、EEPROM功能：電可擦可編程只讀存儲器，一種掉電后數(shù)據(jù)不丟失的存儲芯片。EEPROM可以在電腦上或?qū)Ｓ迷O(shè)備上擦除已有信息，重新編程。一般用在即插即用。9、具有看門狗功能：看門狗是用來自動復(fù)位的一個定時器，只要在定時時間內(nèi)能夠接收到單片機的數(shù)據(jù)的，說明單片機沒有走死，如果走死了就收不到，那么看門狗對單片機進行復(fù)位操作。所以由它作為本次設(shè)計的核心還是非常合適的。（a）（b）（c）圖3-2燒錄過程1)如圖所示，本課題最終實物結(jié)果展示。圖3-3系統(tǒng)實物圖2)如圖所示，為開機初始化，液晶顯示屏第一行顯示時間(9:11:02)，第二行顯示繼電器(JDQ)、溫度(28.89℃)。圖3-4系統(tǒng)初始化3)如圖所示，遙控器按下“1”時繼電器與液晶顯示屏的現(xiàn)象:此時繼電器1燈亮，液晶顯示屏顯示JDQ0，實驗現(xiàn)象與預(yù)期相符。圖3-5遙控控制繼電器1開工作4)如圖所示，針對遙控器按下“2”時繼電器與液晶顯示屏的現(xiàn)象:此時繼電器2燈亮，繼電器1等保持亮態(tài)，液晶顯示屏顯示當(dāng)前的操作JDQ1，實驗現(xiàn)象與預(yù)期相符。圖3-6系統(tǒng)硬件設(shè)計總框圖5)如圖所示，針對三個繼電器全部通路時，遙控器再次按下“3時”繼電器與液晶顯示屏的現(xiàn)象:此時繼電器3燈滅，繼電器1、2燈保持亮態(tài)，液晶顯示屏顯示當(dāng)前的操作JDQ2，實驗現(xiàn)象與預(yù)期相符。圖3-7系統(tǒng)硬件設(shè)計總框圖四、系統(tǒng)存在的問題本設(shè)計大體符合本次智能家居環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)的要求,但仍存在以下問題。比如開發(fā)板的使用限制了很多更好芯片的選擇，以至于時間這個數(shù)值需要在每次開啟時重新設(shè)置，而設(shè)置時間需要在軟件里，沒有把它跟硬件結(jié)合放在功能里，使用鍵盤或者遙控器設(shè)置，當(dāng)然這也是為了操作的簡便和該功能與課題并無直接聯(lián)系的原因。也是因為所選擇的液晶顯示屏顯示空間有限，顯示的內(nèi)容也有限導(dǎo)致課題能夠?qū)崿F(xiàn)的功能比較少。本課題設(shè)計也仍有很多可拓展空間，比如繼電器模塊可拓展為定時開關(guān)控制，液晶屏可以拓展為彩色數(shù)字大屏或觸屏，遙控控制模塊可以拓展為互聯(lián)網(wǎng)軟件遠程控制或電話控制，增加防盜系統(tǒng)，增加天氣顯示功能、光敏模塊控制智能燈光、遠程操控?zé)崴鳠?。可以拓展的還有好多好多，本課題起到的是拋磚引玉的功能，而這些功能在不久的將來一定會實現(xiàn)，并且會成指數(shù)地速度發(fā)展到家家戶戶都用智能家居，價格低廉。結(jié)論經(jīng)過對硬件電路的細致梳理，程序的編寫，精心的調(diào)試，我基本成功完成了“基于單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計”研究撰寫。項目初期，我設(shè)計的邏輯是遙控器按鍵控制繼電器通斷，確保一次僅有一路繼電器接通，即按鍵對應(yīng)的電路為唯一通路。然而，在實際調(diào)試過程中，我發(fā)現(xiàn)這一邏輯對于智能家居的實用性存在局限，因為家庭電器的開關(guān)操作通常需要相互獨立。因此，我對設(shè)計進行了優(yōu)化，實現(xiàn)了當(dāng)前更為合理的功能。盡管我在設(shè)計上傾注了大量心血，但項目仍存在一些局限性。例如，開發(fā)板的選擇限制了更先進芯片的應(yīng)用，導(dǎo)致每次開機時都需要重新設(shè)置時間，且這一設(shè)置需在軟件內(nèi)完成，未能與硬件結(jié)合實現(xiàn)通過鍵盤或遙控器設(shè)置的功能。此外，由于所選液晶顯示屏的顯示空間有限，導(dǎo)致系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能相對較少。然而，這并不意味著項目的潛力已被充分挖掘。相反，該系統(tǒng)仍有諸多可擴展之處。例如，繼電器模塊可以升級為定時開關(guān)控制，液晶屏可以升級為彩色數(shù)字大屏或觸摸屏，遙控控制模塊可以拓展為互聯(lián)網(wǎng)軟件遠程控制或電話控制。此外，還可以增加防盜系統(tǒng)、天氣顯示功能、光敏模塊控制智能燈光以及遠程操控?zé)崴鞯裙δ?。這些拓展功能不僅豐富了智能家居系統(tǒng)應(yīng)用場景，也預(yù)示著智能家居未來的發(fā)展方向。我相信，在不久的將來，這些功能將逐一實現(xiàn)，并以驚人的速度普及到千家萬戶，同時保持親民的價格。我的這個項目雖然只是智能家居領(lǐng)域的一個小小嘗試，但我相信它能夠激發(fā)更多創(chuàng)新和進步，推動智能家居行業(yè)的蓬勃發(fā)展。參考文獻[1]李群芳．單片微型計算機與接口技術(shù)（第3版）．電子工業(yè)出版社，2024[2]楊欣．51單片機應(yīng)用實例詳解．清華大學(xué)出版社，2020[3]唐海晨.基于STM32單片機家電控制及家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].長江信息通信,2022,35(09):69-71.[4]王金碩,張紫陽,鄭昌威,等.智能電梯語音識別控制系統(tǒng)設(shè)計[J].智能計算機與應(yīng)用,2024,14(03):199-202.[5]楊昊航.基于PLC的智能控制系統(tǒng)設(shè)計[D].吉林建筑大學(xué),2022.[6]胡林林,付龍,吳偉.基于AT89C52單片機的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].信息技術(shù)與信息化,2021,(12):75-78.[7]袁濤．單片機原理及其應(yīng)用．清華大學(xué)出版社，2012：61-65頁[8]周國雄．單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計精講．中國鐵道出版社，2011：216-233頁[9]Y.S.HuangM.S.Young．AnAccurateUltrasonicDistanceMeasurementSystemwithSelfTemperatureCompensation[J]．Instrumentationscience&technology，2009，37(01)：22-29[10]Sv.NoykovCh.Roumenin．Calibrationandinterfaceofapolaroidultrasonicsensorformobilerobots[J]．SensorsandActuators，2007，135(01)：55-58[11]L.Bergman．Ultrasonics[Russiantranslation]．Izd.Inostr.Lit.,Moscow，2024[12]V.A.Krasil'nikov．SonicandUltrasonicWaves[inRussian]．FizmatgizMoscow，2020[13]M.MokhtarandE.Richardson．ProceedingsoftheRoyalSociety．1945，184[14]周峻臣,李磊.基于單片機的ZigBee智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[J].電工技術(shù),2019,(24):10-11.[15]王洪生.基于單片機與傳感器的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].電子制作,2020,(22):24-27[16]莫先.基于STM32單片機家電控制及家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].重慶理工大學(xué),2016.

致謝隨著本設(shè)計題目的撰寫完成，我心懷感激，向每一位在此過程中給予我無私幫助與堅定支持的伙伴致以最深的謝意。這段經(jīng)歷不僅是我學(xué)術(shù)知識的綜合運用，更是一次寶貴的人生歷練。首先，我要感恩我的學(xué)校，這片滋養(yǎng)夢想與智慧的沃土。在這里，我不僅汲取了深厚的專業(yè)知識，更在實踐中不斷錘煉解決問題