单片机家居智能系统设计与实现范文
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摘要：采用STC89C52单片机为主控制芯片的智能家居系统，能给用户提供一个安全、智能、舒适的家居环境。通过DHT11温湿度传感器检测当前室内的温度和湿度，可以按键设置温度和湿度的范围，当检测到温度或者湿度不在设置的范围内时，可自动调节。此外，具有防盗功能，通过红外传感器能够进行检测，当有人闯入或者当前的烟雾浓度过高时，蜂鸣器会发出声光报警，提示信息通过GSM模块发送短信到用户的手机上。调试后系统可以达到预期效果，有一定的实用价值。
关键词：STC89C52单片机；智能家居；GSM模块
1引言
随着科学技术水平的进步和提高，智能家居系统应运而生。智能家居目前正处于成长期，国内一些优秀的企业逐渐加深了对智能家居行业的研究，特别是随着企业的不断发展和人们逐渐上升的家居需求，促使智能家居品牌迅速崛起，并日益发展壮大，智能家居从开始出现到发展，已经走过了将近20年，如今，智能家居已走进了人们的生活[1]。
2基于单片机的家居智能系统本设计
以单片机为核心，通过温湿度传感器检测当前室内的温度和湿度，按键设置温度和湿度的范围。在检测到温度或者湿度不在设置的范围内时，可自动启动空调对室内温湿度进行调节。系统可实现对多种家用电器的开关控制，通过按键控制电机正反转模拟窗帘开关，控制灯光和其他家用电器的开关。该系统还具有防盗功能，通过红外传感器检测是否有人闯入，如果检测到有人闯入时蜂鸣器会发出声光报警。能够通过烟雾传感器检测烟雾，通过按键设置烟雾浓度的上限，当检测到当前的烟雾浓度过高时，也会发出声光报警，提示烟雾浓度过高并通过模块发送短信到用户的手机上。
3基于单片机家居智能系统的设计
3.1系统构成
基于单片机的家居智能系统以单片机为核心控制芯片，系统组成有红外检测模块、烟雾检测模块、温湿度检测模块、显示模块、电机模块、继电器模块、短信模块和LED灯模块[2]。系统总体框图如图1所示。
3.2系统方案的选择与论证
家居智能系统由控制芯片、红外检测模块、烟雾检测模块、温湿度检测模块、显示模块、电机模块、继电器模块、短信模块和LED灯组成，根据设计要求对比选择相关元器件。
3.2.1控制器的选择方案一：使用STC89C52单片机。STC89C52单片机为STC公司生产的一种51系列单片机，继承了其他51系列单片机的低功耗、性能高的特点，采用CMOS8位控制器。而Flash存储有8K，可烧录大量程序，具有很多传统的51系列单片机所不具备的优点，编写方式更灵活、效率更高，解决问题时更有效。方案二：采用STM32F103C9T6单片机。STM32F103C9T6为STM32系列单片机的最小系统，为32位，具有性能高、成本低、功耗低等特点，属于增强型系列的单片机[3]。内核是ARM公司生产研发的Cortex-M3，能够满足用户的多种需求，且内部的Cortex-M3架构能使其指令执行更快，单片机性能更强。通过对以上两种单片机的对比，虽然两种单片机都完全能实现本设计的功能。但是，STM32F103C9T6单片机的价格高，而STC89C52单片机的性能，不但完全能实现本设计所要求的功能，而且价格低廉，在市场也很常见。经过多方面的考虑，系统采用方案一中STC89C52单片机作为本设计的主控制芯片。3.2.2红外检测模块的选择方案一：HC-SR501人体感应模块可以全自动感应人体，通过判断人体波长来判断是否有人经过，当模块感应到人体时，会输入高电平，而当人距离远，模块感应不到人体时，会输出低电平。HC-SR501非常灵敏，因此对于测试者有很强的技术要求，如不需要检测人体时，需要将模块挡住，不适用于初学者用来测试[4]。方案二：红外光电传感器工作原理是将被测对象的变化转化成为光信号的变化，然后在通过内部的光电原件把检测到的光信号转化为需要的电信号。光电传感器具有反应灵敏、检测准确等特点，且传感器的结构简单，因此使用广泛。通过两种传感器的对比，光电传感器可以准确的检测到是否有遮挡来判断电梯门是否有人或者物体，起到防夹的作用，而HC-SR501人体感应模块只能检测人体，而且反应过于灵敏，很容易出现误触、误判现象，因此通过对比选择光电传感器[5]。3.2.3显示模块的选择与论证方案一：数码管显示模块是一种发光器件，内部由多个发光二极管组成。而数码管分为七段数码管和八段数码管两种。在显示数字时，采用数码管及其方便，也非常直观，因此数码管被广泛用于需要计时计数的家用电器、比赛计分等需要数字显示的设备和场合。但是，数码管不善于显示汉字、字母和图形。方案二：LCD1602是一种很常见的液晶显示屏，通过字面意思可理解到，1602能同时显示16x02即32个字符。LCD1602在显示数字、图形、字母中十分常见，如果有多种需要显示的类目，采用LCD1602是一种极佳的选择，而且LCD1602的市场价低廉，也很常见，因此被广泛使用[6]。通过对两种显示方式的对比，设计选用LCD1602液晶显示屏作为本设计的显示模块。
4基于单片机家居智能系统的硬件电路设计及实现
4.1SIM800系列模块电路
SIM800L模块电路设计最重要的部分是模块的供电电源。该模块在工作时，瞬间电流高达2A，而GSM模块电路还要考虑兼容性，既可与单片机通信，又可和计算机通信，因此设计采用5V电源供电。为了保持模块的稳定性，本设计采用较粗的电源线，防止瞬间电流过大模块工作失败的现象发生。SIM800L模块有四个引脚，两端为VCC和GND分别连接整个电路的电、接地，SRXD连接单片机的P3.1口。
4.2DHT11温湿度传感器电路
DHT11是一个集成的数字温湿度一体传感器，接线简单。DHT11具有极高的稳定性和可靠性。测量范围、测量精度等均满足设计的要求。使用范围广阔，可用于仓库、温湿度大棚、汽车以及家电等各个需要温湿度检测的器件和场合。单片机的家居智能系统设计采用DHT11温湿度传感器检测室内环境温度和湿度，DHT11传感器与STC89C52单片机连接相对比较简单。单片机的P3.7口用来发收串行数据（即数据口），连接传感器的Pin2（DATA）。传感器的电源端口Pin1和Pin4分别接单片机的GND和VCC端，传感器Pin3悬空[7]。
4.3烟雾检测模块
MQ2烟雾传感器具有检测烟雾灵敏度高、反应快、检测范围广、稳定性强等特点，MQ2的驱动电路很简单，软硬件控制方便。MQ2对天然气、液化气体特别是检测煤气烟雾更是敏感，而且不容易受到外界环境的干扰。即使多种气体混合，MQ2烟雾传感器也能准确的排除掉其他非可燃气体。
5基于单片机家居智能系统的程序框图
系统通过DHT11温湿度传感器检测当前室内的温度和湿度，按键设置温度和湿度的范围，在检测到温度或者湿度不在设置的范围内时，可自动启动空调对室内温湿度环境进行调节。系统可实现对多种家用电器的开关进行控制，按键控制电机正反转模拟窗帘开关，红外传感器检测是否有人闯入，检测到有人闯入时蜂鸣器会发出声光报警，通过MQ2烟雾传感器检测烟雾，当检测到当前的烟雾浓度过高时，发出声光报警，提示烟雾浓度过高并通过GSM模块发送短信到用户的手机上，可以提供一个安全、智能、舒适的家居环境[8]。GSM模块程序在开始后首先初始化程序，在发送AT指令后实现短信发送，具体流程为发送AT指令，设置文版的模式，发送接受短信的电话号码，发送验证码完成短信的发送。图2为GSM模块流程图。
6结语
使用STC89C52单片机为控制芯片的智能家居系统通过DHT11温湿度传感器检测当前室内温度和湿度，可自动调节，还具有防盗防火功能。在发出声光报警的同时，会将信息通过GSM模块发送短信到手机上，能提供一个安全、智能、舒适的家居环境。该系统有很强的实用价值，后期还可以改进和完善。
参考文献
[1]鄢志明.单片机温度控制系统的设计研究[J].现代信息科技,2017,1(1):109-111.
[2]宋杰.基于单片机的温度控制系统的研究[J].山东工业技术,2018,9(2):110-120.
[3]刘琳霞.单片机在温度控制系统设计中的应用研究[J].内燃机与配件,2017,15(21):105-107.
[4]熊攀.基于单片机的温度控制系统[J].通讯世界,2017,10(19):297-298.
[5]姜路遥,高阳,张帅.基于单片机的温度过程控制系统的设计分析[J].电脑迷,2017,21(9):35-37.
[6]赵杰.基于单片机的温度控制系统设计[J].江苏科技信息,2017,22(26):39-40.
[7]戴畸哲,戴曙光.基于单片机的温度控制箱研究与设计[J].电子科技,2017,30(8):165-168.
作者：赵华峰 单位：渭南师范学院 数理学院
