智能家居设计

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智能家居1.1系统研究的背景和意义在现代社会蓬勃发展和科学技术繁荣时期，技术创新和技术改造已逐渐进入人们的视野，人们的生活一步一步的在提高。然而，人工智能、智能办公设备、智能机器人等独特产品逐渐出现，并且这种现象已逐渐成为常态。网络数字产品的更新和迭代已将智能系统不断扩展到世界各地，并已发展成为不可抗拒的社会过程。随着智能建筑的流行趋势，这释放了公众渴望将数字信息和智能网络应用到日常生活中的渴望。科学技术始终在不断改进，社会经济也受益于此，人们的生活条件也不断地改善。与此同时，城市人口密集度在日益增加，密集型的聚集区发展地越来越多，社会秩序变得更加复杂，家居智能方面的问题也渐渐受到大家关注。家用智能家居系统，光在字面上就能够使人感到智能化设计，往往令人们对其抱有很高的希望。然而，这样实际能帮助到每一户家庭的产品，却没有走入千家万户。许多种好的产品都隐藏在这庞大的市场中。传统的人工手动，实际使用的过程中将缺点和隐患都展露无遗。人们迫切的需要一款能够真正帮助到他们减少劳动的装置，又使用新型技术的智能家居系统。新兴科学技术的快速发展和电脑的传播，使得家用智能家居系统的发展无论是在功能还是技术上都产生了质的飞跃。原本的物理机械型、局部的智能家居系统已经演变成新型技术型。此外，智能家居系统具有实用这一优点，能够全方位无死角24小时监控家庭环境，这一发展无疑对家居安全又增添了一份可靠的保障。智能家居技术只要通过网络技术、传感器与无线电技术构成的综合应用。通过将现代化信息网络与无线网络平台相结合，智能系统产品是一款功能完整的操作设备。其中包括家庭远程监控，住宅环境安全，家庭信息交换，家庭娱乐，社区管理和服务，是一款覆盖性强、市场前景远大的新产品。本系统主要通过电磁传感器、红外广角探测传感器以及红外幕帘探测器等组成。从智能家居系统刚初步发展到现在，智能化已经在该领域应用了十多年，但是其真正的推广范围始终是低于预期值的。最新的智能家居系统大多都呈现在一些相对基础的场合，也并不是大规模运用的设备和产品，配套的设施也没有完全跟上，系统的运行方式和使用条件都没有完全普及。

1点燃的香烟、燃烧的蜡烛、过热的电器或任何与热相关的这些东西都可能引起火灾。几乎不需要几分钟，火灾事件就足以让人感觉到手足无措。同样，一种令人讨厌的犯罪——盗窃，总是使得经济财产蒙受损失。目前，家庭和办公楼中的火灾事件和盗窃案件都在增加，例如入室盗窃和入室抢劫，并已成为全国人民集中关注的一个重大问题。许多公司都推出了安防系统。但是，由这些公司设计的火灾和入侵报警系统非常复杂、昂贵，而且不能集成在一个系统中。这些系统需要更多的维护工作，又只能由授权的公司人员进行，往往会造成伴有损失的拖延。财产火灾事件，特别是在每个家庭中，都是令人不安的常见事件。所以，开展家用安防报警系统的研究和普及，是目前当下的重中之重。智能家居系统从分散的系统想整合的系统进行转变，由简单变得复杂。从早期的单一式分布的温湿度检测或是具有多个报警器的防盗报警系统，再到后来的智能家居系统。智能小区及社区安全防范中心形成了集安全报警、视频监控、出入口控制、访客查询、安全巡逻、车库管理等系统监控管理功能于一体的系统结构模型。智能家居系统无论是在水平还是在功能上，要比从前的智能家居系统有了进一步的升级，整体的系统功能已经有了飞一般的进步。大数据，云计算，深度学习，人工智能应用和其他技术的改进，是智能家居发展的重要指标。无论是对公司还是科研机构，在设计其系统之前，一定要对智能的技术和在智能监测方面有丰富的知识储备，以符合市场和人民的需求。1.3国内外对于智能家居系统的研究当迈入二十一世纪的大门后，信息时代接踵而来。智能设备逐渐走进人们的眼里。智能家居作为智能住宅自动化环境监测的一个分支，其演化成一个成熟的体系，则是在第三次产业革命中。20世纪60年代，发展了视频图像技术。20世纪70年代，发展了计算机数字技术。20世纪80年代的生物识别技术和20世纪90年代的国际互联网技术的发展使得智能家居产业也从中受益。在国外，家用智能家居系统可以说是非常的普遍了，几乎每家每户都会使用。不仅有720P的高清摄像头24小时滚动式播放，可以让用户更好的随时查看家里的情况，而且摄像头可以代用双向通话功能，设置移动侦测和语音侦测报警。与此同时，定制动态报警，实时发送email和app提醒。虽然能够通过这些手段来保护家庭环境的安全，可是实际的设备安装和使用的费用还是非常高昂的。中国的智能家居工作是从1979年河北省石家庄市公安部举办的全国刑事技术预防工作会议上才逐步展开起来的，至今也不过三十多年的历史，但是发展的速度很快。目前，国内从事智能家居行业的企业就有近万家，从业人员多达几十万人，每年的生产产值达到上亿元人民币。智能家居技术发展越来越成熟。

2目前的在智能家居系统根据管理区域不同区分为联网智能家居和单户智能家居。联网智能家居的结构图如图1-1所示。联网智能家居是由经网络而构成的区域性的物联网指挥平台。智能数据终端机将检测前端探测器、各类仪表、各类开关，并将监测信号发给管理中心。智能小区管理中心包括警情接收器、电子计算器系统和打印机组成。随着警报触发时，指挥台的显示屏上会明显的标注出报警点的地理位置，同时电脑会自动生成报警的类型和需要协调的部门，提供给值班警察一个初步判断的大致方向，并及选择是否要安排消防和医护人员。以每一户个体为一个单元，作为独立的智能家居家庭系统。当探测器被触发后，用短信或者APP提醒的方式，向居住者发出监测情况，可远程控制家庭用电器开启状态。单户智能家居适合老智能家居系统的价格更低，使用的设备也较为小型，更易受到大家的青睐。图1-1联网报警结构图Figure1-1networkalarmstructurediagram1.4系统的研究内容本设计主要设计的智能家居系统是为了满足广大用户的要求，避免目前有些智能家居系统检测目标太少、费用成本太高而不被大众接受，部分设计的稳定性太低，有缺少和错过警报的情况。以此来开发一款价格低廉、安全性高的、系统稳定，并面向住宅、宿舍、学校等人员和财产众多、环境的安全标准较高的区域。该设计的主要内容是：在住宅、公司、学校等财产集中的区域没有人的时候，对于可能会面临的火警、抢劫等意外情况下，能做到及时地检测和报警。家用智能安防报警装置将直接安置在住宅，能全方位、多角度，将采用红外线、温度、烟雾等探测器进行密切关注，及时处理探测到的数据。在出门之前，通过布放按键打开安防系统，使报警监控系统进入工作状态。在这时候，如果有强盗破门而入，就会被热释电红外线传感器侦察到，报警灯开始闪烁，蜂鸣器就会立刻响起。与此同时，家庭人员也会接受到有无线模块发送的报警短信。此时，听到报警声的强盗心里可能也开始担忧，甚至落荒而逃。如果外出或者熟睡时，家中有忘了关的煤气或者是电路老化，引起了煤气泄漏和火灾，在烟雾或者明火刚刚燃气的时候，烟雾传感器和数字温度传感器采集到超过预设值的数据后，会立刻给单片机发送高电平信号，无线通信模块随即也发送了提示短信，使得用户可以赶紧回到家中去处理危险情况。为了更好的满足以上的功能和条件，本设计将安排如下设计计划：(1)系统的硬件部分：用AD2016软件以绘制原理图的方式，设计其电路的部分，其中包含电器元件的选型，如单片机、传感器、探测器、无线通信模块、显示器等。

3(2)系统的程序部分：用Keil4软件来编写能够加载到单片机中的C语言程序，(3)系统的综合调试和应用：将系统的硬件和程序部分，进行综合的调试，由测试结果来分析出应用于实物的可行性。(4)根据仿真内容和调试的结果，制作一款实物，能够实现所有的设计功能，并可以真实投入到生活中使用。2系统的总体设计方案2.1系统的总体结构智能家居控制系统的设计方案是根据当代居民的实际情况，参考国内外最新科研技术，同时将成本和功能性纳入设计考虑范围内，来实现家庭智能化管理的需求。根据设计最终实现的不同的功能，整个电路将会被分割成不同的独立模块：烟雾传感器电路、单片机、人体感应、声光报警提示电路、电源电路和显示电路等组成，如系统的组成结构图2-1所示。图2-1系统组成结构框图Figure2-1systemstructureblockdiagram本系统的工作原理为：首先通过传感器对使用环境进行信息检测，信息采集后，通过模数转换芯片，将信息传送给单片机，单片机会将采集值同设定值进行比较，根据比较结果，来决定，执行什么命令。智能家居控制系统主机的核心器件选用的是STC89C51单片机，它是整个系统的“领头羊”，由它来控制整个电路的协调功能。例如接受传感器和探测器的输入信号通过控制器对采集的数据进行分析处理，然后利用显示单元将信息显示出来，然后进行声光报警。为了更好的实现设计的需求，本设计采用的是当今流行的且性价比较高的STC89C51单片机。构成单片机系统主要是硬件部分和软件部分，软件部分是建立在硬件之上的。软件程序是用来执行单片机语言的指令，对整个系统的运行进行整体的控制。可以说，硬件是系统的基础，软件则是起到辅助控制的作用，但是又缺一不可，相辅相成的互相工作。2.2系统的功能技术要求

4按照目前的社会需求，智能家居系统必须要是优越、可信赖的设计，并且能够与时俱进。就此智能家居系统要有以下几种性能：(1)可变性：在设计过程中，技术是不断改进的。如果在技术上有了新的变化，也可以及时方便的更新迭代。如果在同一款产品上，实现多个不同的功能的监测，则该产品的适应性会更加的全面，可以符合各个家庭的不同要求，相比于同类产品会更加出色。(2)准确性：设计要能精准的监测当前的实时环境信息，监视报告入侵情况并且准确及时地发送报警信号，清楚和明显地区分当时报警的起因和缘由。要准确控制系统的误报和漏报的概率，使得系统的准确性更好，对于住宅的监控更加的全面。(3)产品经济性：设计在规划时要做到性价比高，适合于不同阶层的用户。(4)操作便捷性：实际生活中，家庭里会有不同年龄层的使用者，如果该设计能够操作简易，一学就明白，这能够使许多中老年人的家庭也更添一份安全的保障，市场的价值也会更加广泛。根据这些必要因素，本设计是基于单片机和无线通信的智能家居系统。该系统可以检测当前房间内实时的环境数据、火灾情况等，防止这些安全隐患。当危险发生时，系统将自动给用户发送信息，使用户能够更主动的发现潜在的危险，提前做好所需要的准备，而不是被动的等待救援。2.3系统的功能和工作流程本设计将基于单片机来实现以下几个功能：(1)温度和烟雾值探测：用LCD显示屏实时显示当前烟雾值和温度值，按下按钮可调节和设置温度和烟雾值报警的预设值。如果传感器检测的温度超出设定的温度值的时候，发出声光报警，这时候，亮红灯；如果是烟雾浓度引发的报警，亮黄灯。(2)人体感应：人体感应通常选用红外热释人体感应开关，人体感应开关会根据检测有没有人通过，输出不同的电平，如果是有人通过的话，会输出高电平，传送给单片机。(3)按键设置：可通过按键进行设定，对当前浓度值进行设定，当当前温度、湿度超过预先设定的值时，可实现实时报警。可进行布防，布防设置成功后，有人闯入时，绿灯亮，蜂鸣器响。此时，当有人进入检测区域时，红外热释电传感器直接发送触发信号给单片机，单片机接收到高电平的触发后，立即进行声光报警。(4)当报警信号传送给单片机后，单片机会第一时间驱动报警电路工作。与此同时，将用无线通信模块给户主发送信息，提示住宅正处于危险状态。

53系统硬件电路的设计3.1单片机主电路设计单片机就是一块集成在芯片上的计算机，它也具有计算机的主要功能。单片机的应用场所主要是在工业方面，作为主控用于控制系统。随着单片机技术的发展，它集成了许多用于测量和控制对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I\O接口、PWM、WDT等。这些外部电路及外围接口已经突破了传统的微型计算机架构，因此更为确切地反应出单片机的基本名称应是微控制处理器。图3-1STC89C51的引脚结构图Figure3-1pinstructurediagramofSTC89C51单片机具有功耗低、控制功能强、扩容灵活、小型化和使用方便等优点，而且其性价比高，很多单片机芯片甚至只需要几元就可以买到，再加上少量的外围元件，就可以构成一个功能优越的计算机智能控制系统，因此单片机可以在任何领域使用。单片机的发展方向愈发的CMOS化，并且大多数单片机都具有小尺寸，大容量的特点，而且为了符合工业发现政策，厂家均推出低功耗、低价格的产品。本设计采用了STC89C51单片机，该系列单片机是台湾宏晶科技公司所出品的国产51系列单片机。其相较于MCS-51系列的优点有：在同样内核都为51的情况下，STC89C51的内部集成了更多的资源，且运行速度也比传统的51更快，而指令方面，都又时完全兼容的。此外，就是STC单片机可以通过串口编程，能够更方便的进行ISP，在线编程。3-1是STC89C51的引脚结构。在大部分的系统设计电路中，为了能让单片机正常工作，单片机可以在一个基础电路中能让系统正常运行，这种结构叫单片机最小系统，图3-2就是最小系统的电路图。对于本设计中的单片机STC89C51而言，最小系统的结构中一定要有：电源电路、复位电路、晶振电路和单片机。图3-2单片机最小系统Figure3-2microcontrollerminimumsystem在单片机引脚中，RST一般作为复位引脚，他主要实现的功能就是当程序跑飞的时候，让程序重新运行，常见的复位电路有两种，分别为上电复位和按键复位。开机复位的工作原理：单片机的工作电压为5V，电容C1位10μF、电阻R7为10K，则可以得出电容C1在开机时的充电时间为0.1S。单片机将1.5V以下都视为低电平，当电解电容C1充电时，

6第九个引脚RST从5V逐渐到1.5V下降（为高电平），1.5V逐渐到0V下降（为低电平），则电容C1充电完成，RST也停留在低电平。单片机开机复位结束，开始正常工作。按键复位和开机原理基本相似，只是在按下按键时，按键和电容C1形成了闭合回路，电容C1的电会逐渐放尽。按键松开后，电容C1又会重新充电，则原理和开机复位一致。Figure3.3resetcircuit晶振电路是用来起振的，为单片机提供基准信号的。就像在列队过程中，一个喊口号的人，所有人前进或者是动作，都要听从喊口号的口令，所做出的动作才能整齐划一不犯错。晶体振荡器所产生的时钟频率，是单片机运行的基础。假如晶体振荡器给出的时钟频率很快，那接收到该信号的单片机也运行的很快，如图3-4晶振电路。Figure3-4crystaloscillatorcircuitSTC89C51采用40引脚的双列直插式封装（DIP），40个引脚按功能分为四大类：电源、时钟、控制和I\O口。VSS和VCC为电源引脚，VCC是单片机中第40号引脚，主要为单片机供电，提供+5V的工作电压，保证单片机正常。而第20号引脚VSS则直接接地。表3-1单片机电路相连引脚Table3-1microcontrollercircuitconnectingpin元器件网络标号单片机引脚数字温度计DS18B20DQP1.0烟雾传感器模块MQ-2ADCSP1.5

7GSM模块SIM800LP30P3.0显示电路LCD1602P00-P07P0.0-P0.7红外传感器HC-SR501P23P2.3指示灯LEDLEDRP2.2蜂鸣器BUZZERP2.0时钟引脚是与晶振电路相连，一般为脚19XTAL1和脚18XTAL2，其分别为晶体振荡电路反向输入端和输出端。本设计采用通过XTAL1和XTAL2外接石英晶体的方式作为震荡电路。4根控制引脚中，有3根是作为复位使用的。复用引脚就是一个引脚能够实现两种不同的功能，通常情况下使用斜线前的功能，分别为RST\(9脚）、(29脚）、ALE\(30脚）和\(31脚）。例如单片机中的9脚，一般会接入复位电路，可实现单片机的复位，而在特殊情况下作为备用电源输入端，保证RAM数据留存。在单片机中I\O引脚有P0、P1、P2和P3四个并行端口，其中每个都有8条端口线，一共有32个引脚，用来传输数据和地址信息。本设计根据实际功能和合理的安排，将数字温度传感器、烟雾传感器、按键、GSM模块、电源、LCD液晶显示屏、人体感应模块、指示灯和蜂鸣器分别和单片机相连，组成一个稳定的系统，其接口如表3-1所示。3.2通信模块的设计

8GSM翻译成中文就是全球移动，GSM模块不仅能发送短信，而且能进行语音通话。其实，只要GSM模块加上键盘、显示器和电源，就是一部最基本的手机。现在，市面上比较常用的几款GSM模块，它们分别是西门子的TC35i，明基BENQM22，GSM模块JB35GD，美科（microduino）GSM模块SIM800L等。在考虑了产品的性能和成本后，本设计选用相对于优的GSMSIM800L模块，其体积小巧，信号稳定。模块支持4频率GSM\GPRS，工作频带为GSM850、EGSM900、DCS1800、PCS190MHz。模块大小为15.8*17.8*2.4mm，几乎可以满足所有用户应用程序的空间大小要求。这个模块有三种操作模式。通常动作模式、关机模式以及最小功能模式。可通过AT命令控制关机模式和最小动作模式。并且有四个灯表示其工作状态，DO灯不停闪烁表示：模块和单片机的串口通信异常，需要查看，若没有闪烁，则表示工作正常；D2灯灯亮表示开始发短信；发短信结束后D3灯亮提醒。SIM800L可以通过USB接口实现软件调试功能，模块开机后，通过连接VBUS、USB_DP、USB_DM、GND至电脑端，按提示正确安装驱动后可以实现软件Debug。图3-5为GSM模块的电路原理图，其中包含SIM800L、电容C5、C6、二极管D4和电源座。SIM800L的峰值电流较大，因此需要在模块内分别供给功率，电源模式为5V的2A。用于发送单芯片微计算机的数据和GSM模块的接收数据的销。即，单芯片微计算机的RXDP3.0和TXDP3.1分别与SIM800L的TXD和RXD连接。图3-5GSM模块的原理图Figure3-5schematicdiagramofGSMmodule3.3液晶显示电路设计可以在单芯片微计算机系统中使用的显示器有LED和LCD。LED以实惠的价格操作，与MCU的接口容易；LCD可以显示文字和图像，但接口电路相对麻烦，且价格也更贵。但是，LCD更有许多其他显示器无法相比的优点，如功耗小，工作电压仅有3-5V；可以做到像素细小，在小面积上展示更多的信息；没有电磁辐射，对环境和人类都很友好。目前有3种lcd，段型，文字型，图案型。本设计选用的是LCD1602作为液晶显示器，其显示容量为32个字符，工作电压为5V，工作电流为2mA，价格也便宜。LCD1602液晶屏就是两个平行面板之间填充液晶材料的分子排列状态的更迭，这可以通过电压改变，以达到遮光和透光的目的，显示不同的色调和一致的图像，只要在两块板之间再加上三元色的滤光层，彩色图像就能够完全显现了。

9在仔细分析了LCD1602后，就要将其和单片机的引脚一一对应。如引脚4RS是寄存器选择，与单片机的P2.7相连；引脚5RW直接接地，功能为读写信号线；引脚6E为使能端，当该引脚从高电平转为低电平时，液晶模块执行命令，直接接入单片机引脚P2.6；引脚7~14为双向数据线，直接和单片机的P0.0~P0.7相连；引脚15和16为背光电源，一个接正一个接负。实际程序下片时，共有11根信号需要工作：并行数据为8位（D0-D7），8位数据线可以控制LCD1602显示的内容和工作状态。这时，需要有一个可以控制工作模式的信号线，来选择当时需要的工作内容，即RW（Read\Write）。要控制是数据或指令写进液晶显示中，就需要信号线RS来控制，RS的字面意思就是“寄存器选择”（RegisterSelect），实际就是通过寄存器选择信号来判断此时的八位数据要送入哪个寄存器，是“数据寄存器DataRegister\DR”或者是“指令寄存器”IR（InstructionRegister）。假如送入指令，就需要经过指令解码来完成；假如送入的是数据，就直接写进DDRAM或CGRAM。另有一根使能信号线E（Enable），在下降沿写入信号。以此就组成了有11条信号线组成的LCD1602：D0-D7、RW、RS、E。图3-6为LCD1602液晶显示屏的接线图。将单片机和液晶显示屏连接后，单片机会实时将数据传输到液晶显示屏LCD1602上。图3-6LCD1602液晶显示屏的接线图Figure3-6wiringdiagramofLCD1602LCDscreen3.4红外传感器电路设计热释电红外线（PIR）传感器是上世纪末期新开发的一款高灵敏度探测元件。这类的传感器，可以根据感知到人体所发出的红外线，所以就能够组成一款报警器来阻止外部的入侵设备。它能检测到与人体辐射的红外接触无关的变化，将其转换成电压输出，扩展电压信号并运行电路。热电效应是指当某些高性能电偶材料的表面温度随温度的升高或降低而变化时，材料表面的转移发生极化，即表面引起电荷的变化，材料导致负载不平衡。最后由于电荷的改变，物体会产生电压或者是电流。图3-7HC-SR501外形图Figure3-7hc-sr501contourdiagram

10本设计选用了HC-SR501，作为热释电红外线传感器，图3-7为HC-SR501外形图。当人体到达警戒区时，体温会改变辐射范围。红外热电探测器探测由于菲涅耳效应引起的人体体温和背景温度之间的差异-镜头货物阻力产生阻力。电阻取决于传感器温度的速度。经过后级比较器与状态控制器产生相应输出信号U。图3-8为红外报警模块的原理图，将HC-SR501的引脚1和引脚3分别接入GND和VCC。其中输出引脚2直接接入单片机的P2.3脚。在布防时，有人进入该区域，热释电红外传感器将探测到动作，将感应到的信号转化为电信号再给到单片机，立即实现报警功能。图3-8红外模块原理图Figure3-8schematicdiagramofinfraredmodule3.5烟雾传感器电路设计烟雾传感器就是依靠检测现场的烟雾浓度来提示人们可能存在的火灾预警。烟雾传感器内部通过离子式烟雾传感器，这是一种利用新型科学技术，运行时非常牢靠的传感器，更被普遍使用在各种火灾报警设计中，机能大大的强于气敏电阻类的火灾报警器。目前市面上常用的气体传感器有MQ-2、MQ-3、MQ-4、MQ-5，它们负责检测不同类型的气体，MQ-2一般用于检测CO、CH4等可燃性气体；MQ-3传感器多用来检测酒精MQ-4多用来检测甲烷；MQ-5用于检测煤气。图3-9MQ-2外形图Figure3-9contourdiagramofmq-2考虑到其他传感器的局限性，提高了安全性，并根据设计要求选用Mq-2型烟雾传感器。图3-9显示了mq-2矩阵。该传感器具有监测范围广、灵敏度高、恢复速度快、响应可靠性高等特点委员会工作时间可能很长，家庭和工厂的气体泄漏监测系统以及液化气、丁烷的测试只需要最基本的电路，使用丙烷、甲烷、酒精和氢气可以。抽烟，是的，粒子场随着烟雾调节和导电表面的变化而变化，这是一个特征，即一旦传感器和烟雾被移除，它们可以立即对有关其传感器和烟雾的信息作出反应如何获得很多？烟气浓度越高，导电率越高，输出强度越低，因此输出模拟具有更强的鲁棒性。

11在正常工作时，4引脚输出信号就代表烟雾传感器被触发。由于烟雾传感器MQ-2输出的是模拟信号不能直接连接单片机，所以这里就需要用到模数转换器ADC0832，其中7脚是用来接受时钟信号的，模拟信号由ADC0832的2脚输入，再由ADC0832的5脚输出至单片机的P1.3，则烟雾报警的流程完毕，图3-10为AD转换模块原理图。图3-10AD模块原理图Figure3-10schematicdiagramofADmodule3.6温度测量电路设计温度传感器一般采用接触式温度传感器，而不是接触点接触式温度传感器在热电偶中，热强度和温度传感器综合设计数字温湿度传感器的选择积分温度。因为测量可以由温度和湿度元件转换成数字，直接用于计算机和可编程逻辑控制器等数据采集设备。数字温度传感器共有两个，本设计选用数字温度传感器DS18B20作为测量器件，而与其他接触式温度传感器相比，数字温度传感器具有较低的数字信号容量，它由四部分组成：温度传感器、64位可读存储器、数字温度传感器、数字温度传感器和数字温度传感器，启动并确认已配置注册。DS18B20是基于一个总线芯片，所以只有一个数据入口和出口。图3-11温度传感器电路原理图Figure3-11temperaturesensorcircuitprinciplediagramDS18B20与单片机的接口及其简单，只需将DS18B20的信号线和单片机的P1.0口相连，其他两个管脚接地和VCC，就可以完成温度的测量及监测，十分方便，图3.9是温度传感器电路原理图。DS18B20在启动后立即启动，当进行温度测量和AD转换时，来自单片机的命令44h（温度转换命令）完全发行温度测量及转换页：1等待DS18B20时，DS18B20将生成的温度数据以两个字节的形式存储在高速温度记录中。如果DS18B20芯片连接到外部电源，芯片的微型计算机在温度传输后开始“读取间隔”，读取被测温度数据，通过总线和微机完成数据传输薯条，一个炸薯条。那里温度传感器是一种指示灯转换，当DQ输出和温度转换时，输出DQ1。

12本设计的报警电路采用蜂鸣器，由三极管8550驱动，和单片机的P13相连接，当P13口为高电平，蜂鸣器不报警，当P13口为低电平，蜂鸣器报警。电路图如图3-12，声光报警电路图。图3-12声光报警电路图Figure3-12soundandlightalarmcircuitdiagram4.1主程序工作流程设计图4-1主程序流程图Figure4-1mainprogramflowchart系统设计功能的实现是由硬件部分来辅助程序部分的。硬件部分打好整体框架，程序再去填充细节。程序可以分为两个类别：一个是主程序，用来掌控整个设计的主体部分，调动各个模块的运行；二是子程序，如果说主程序是系统的核心，那么子程序就是帮助系统完成更多功能的助手，比如说显示、探测和测量等。智能家居系统程序部分采用是分模块化设计。将其分为主程序设计、GSM模块程序设计、显示电路程序设计、温度传感器程序设计、AD转换模块设计。这样设计更清晰简洁，在产生问题的时候，也能及时找到错误的地方。本设计使用C语言进行编写程序，在KeiluVision进行程序的调试和运行。主程序是整个程序的主体，流程图可参考图4.1所示。当系统接上电源后，就正式进入工作模式。工作模式的第一步就是初始化定时器0、显示函数、温度调用函数和串口，蜂鸣器报警标志着初始化完成。随后就进入主循环中，读取当下的烟雾值和温度值，并在LCD液晶显示屏上显示。随后进入Switch(Case)中：(1)如果是判断模式Case0，则判断热释电红外传感器是否被触发？如果是，则进入报警模块，LED灯开始闪烁，蜂鸣器开始响起，GSM将给预设的手机号发送短信。

13(2)如果是温度模式Case1，则判断是否按键？如果是，则根据按键值来变化预设值，并显示温度。当超过预设温度后，直接报警。(3)如果是烟雾值模式Case2，则判断是否按键？如果是，则根据按键值来变化预设值，并显示烟雾值。到超过预设烟雾值后，直接报警。热释电红外传感器报警程序如以下程序所示：if(HC_SR501)//有信号LCD_Write_String(0,3,"I");if(StatusSign)//如果布防//标记为有人闯入LCD_Write_String(0,3,"");if(HC_sign&&StatusSign)//判断布防LED_RControl=1;//允许红灯闪Set_Pdu_Mode();//设置短信为PDU模式

14Second_AT_Command("AT+CSCS=\"UCS2\"","OK",3);//设置为UCS2编码字符集Second_AT_Command("AT+CMGS=\"00310033003500310039003200310038003900320035\"",UART1_SendString(content1);//发送短信内容UART1_SendData(0X1A);//发送结束符//禁止红灯闪如果检测值与设定值比较，大于设定值，则直接报警。若数值未超过预设值，则不作任何处理，直接回到主循环开始的地方。当烟雾值超过预设值时，烟雾报警部分程序如下所示：if(yanwu>=yushe_yanwu)//烟雾值大于等于预设值时//烟雾指示灯亮//蜂鸣器报警//设置短信为PDU模式

15//发送一条短消息else//烟雾值小于预设值时//关掉报警灯如果温度值超过预设值，则直接报警。若数值未超过预设值，则不作任何处理，直接回到主循环开始的地方。当温度值超过预设值时候，温度报警程序如下所示：if(wendu>=(yushe_wendu*10))//打开蜂鸣器报警//打开温度报警灯//设置短信PDU模式//发送一条短消息else//温度值小于预设值时

16//关闭报警灯当烟雾小于预设值并且温度也小于预设值时候，此时的逻辑与判断句需要两边同时满足时候，才可以进入下一个语句。当温度和烟雾值降低时，报警器会自动停止报警。if((yanwu

17也就是说，需要先将短信内容编码成PDU格式，再使用GSM模块可以识别的语言UCS2编码十六进制格式。例如本设计中在程序里AT+CMGS=后插入以下两段内容：(1)content1="67094EBA51654FB5FF0C8BF753CA65F656DE53BB002E(2)content="8D706C344E86002C5FEB6551706B0021实际最终在手机端收到的内容，则是以下两段文字：(1)短信内容：有人入侵，请及时回去。(2)短信内容：家里着火啦，快救火！根据触发传感器的不同，短信内容也会有相应的改变，其目的是提醒户主报警器被触发，请赶紧回家查看。4.3显示电路程序流程设计图4-3显示电路子程序流程图Figure4-3showstheflowchartoftheelectricalprogram本程序的功能是，帮助探测器所测量到的温度和烟雾值，显示在LCD屏幕上，用于通过观看屏幕可以简单明了的知道是否有数值超过了预设温度。显示电路子程序包括四个部分，程序流程图可参考图4-3所示。首先，进行LCD初始化后，需要做LCD的管脚声明和LCD延时，该延时大约100μS。进入第一个操作，选择写入位置。本设计的LCD共有两行，第一行是预设定的报警值，可以通过按键来改变数值；第二行是实时的数值，也是根据该数值来判断是否需要报警。选定了写入位置后，就可以写入字符串了。液晶显示屏上就能显示出预设的温度值、预设烟雾值、实时的温度、实时的烟雾值。选择写入位置和字符串函数的程序如下：voidSelectPosition(unsignedcharx,unsignedchary)

18write_com(0x80+y);//表示第一行write_com(0xC0+y);//表示第二行voidLCD_Write_String(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*s)SelectPosition(x,y);4.4温度传感器程序流程设计温度电路子程序包括六个部分，程序流程图可参考图4-4所示。程序开始后，先稍作延时，给一段相当长的时间低电平，然后相对非常短的时间高电平，即可以启动。读取一个字节，再写一个字节。此时DS18B20会读取数据命令，再将温度数值存放在寄存器中。连续读取两个字节数据，将高低两个字节合成一个整形变量。将和这个数据放大10倍，对小数点后两位再四舍五入。获取到的温度值需要另外减去DS18B20的温漂误差，才可以校准最终的温度值。图4-4温度传感器程序流程图

19Figure4-4temperaturesensorprogramflowchart数字温度传感器实际上是通过读一个字节再写一个字节的来实现测量温度的，unsignedcharReadOneChar(void)unsignedchari=0;unsignedchardat=0;//定时器中断关闭//给脉冲信号//给脉冲信号Delay_DS18B20(4);//定时器中断打开voidWriteOneChar(unsignedchardat)unsignedchari=0;

20//定时器中断关闭DQ=dat&0x01;Delay_DS18B20(5);DQ=1;dat>>=1;//定时器中断打开根据系统的硬件电路设计和软件编程，本设计对控制电路做了一些简单的仿真。仿真采用Proteus软件进行仿真，系统初始化整体电路图界面如图5-1所示：Figure5-1simulationpage通过进行仿真设计，证明系统的可行性，在仿真系统中，通过温度传感器，红外人体感应传感器以及烟雾传感器组成，并且将传感器采集的信息显示在显示屏上，并且可以通过按键电路设定检测峰值，当达到设定峰值后蜂鸣器就会滴滴报警，

21家庭式智能家居系统通过温度检测模块，人体感应模块、烟雾检测模块、液晶显示模块、声光报警电控组成。本系统选用STC89C51单片机作为主控系统，配合各个传感器模块，进行软件硬件设计后，主要实现了以下功能：(1)温度和烟雾值探测：用LCD显示屏实时显示当前烟雾值和温度值，按下按钮可调节和设置温度和烟雾值报警的预设值。当前温度值超过上限时，红灯亮，蜂鸣器响。当前烟雾值超过上线时，黄灯亮，蜂鸣器响。(2)人体感应：红外热释电传感器感应人体，当感应到人输出高电平，若无则将输出低电平。收到高电平后，会立即给单片机发送信号。(3)按键设置：可通过按键进行设定，对当前浓度值进行设定，当当前温度、湿度超过预先设定的值时，可实现实时报警。可进行布防，布防设置成功后，有人闯入时，绿灯亮，蜂鸣器响。此时，当有人进入检测区域时，红外热释电传感器直接发送触发信号给单片机，单片机接收到高电平的触发后，立即进行声光报警。(4)当单片机收到报警信号后，会触发蜂鸣器报警。与此同时，将用无线通信模块给户主发送信息，提示住宅正处于危险状态。本设计通过仿真软件进行仿真，经仿真结果验证，本设计可以满足设计要求，并具有一定的可行性，但是仍然存在许多不足的地方，需要继续研究。