基于单片机的智能家居控制系统设计【优秀毕业课程设计】

1 摘 要 智能家居系统是利用先进的通信， 自动控制 等技术，将与家庭生活有关的各种应用子系统有机地结合在一起，通过综合管理，让家庭生活更舒适、安全、有效和节能。 片机（ 一种用来开发的去控制外围设备的集成电路（ 本文应用了 片机作为控制器对智能家居控制系统进行了研究。采用了 件进行仿真 。用一个数码管模拟代替窗帘和灯的开与关。通过单片机扫描按键与响应按键手动控制窗帘和灯；通过计时程序实现全天 24 小时计时，时间到点按照模拟情景打开合作关闭窗帘和灯光；并且通过单片机感应当前时间来综合控制灯光。附加有数码管时间显示电路和按键调节小时和分钟变量的电路。 关键词： 单片机；智能家居控制系统； IC is a of to of to A of of is of is to , 2, 3 of at is in of as a to on IC to of be to an 目录 1 引言····························································· 4 2 硬件····························································· 5 片机······················································· 5 介 ··········································· ···· 6 输入输出端口····································· 9 本电路 ··· ········································ 10 3 软件····························································· 13 ······················································ 13 ··· ··················································· 14 4 仿真软件使用····················································· 16 真电路····················································· 16 阳 (6)数码管················································ 17 关去抖···· ················································· 19 5 智能家居的实现··················································· 22 能家居介绍··············································· 22 设计功能实现············································· 25 6 结论···················· ········································· 29 7 致谢····························································· 30 8 参考文献························································· 31 9 附录····························································· 32 4 第一章 引言 单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的 网络通讯 与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能 ，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了 。 单片机控制智能家居系统是其中的一种用途，不仅可以在实验室演示成功，更可以在实际生活中发挥重要作用。 智能家居在保持了传统的居住功能的基础上，摆脱了被动模式，成为具有能动性智能化的现代工具智能化家居就是创造一个简便的生活方式、舒适的生活环境、经济实用的家居控制手段 这样一个智能化家庭生活平台。这个智能化家庭生活用一个手持无线遥控器、墙上开关、定时器，甚至任何一个电话及计算机就能控制家中所有的灯、家电，调节室内温度，设置不同时间的窗帘开关控制。 单片机控制智能家居系统是利用单片机运算，控制功能对电器的控制 。通过软件和单片机自身的时间系统来实现全天 24 小时的感知，从而实时，定时的控制家中电器，达到智能，安全，方便，节能的效果。实现控制硬件方面包括单片机和外围电路，包括电源电路，复位电路，外围灯光电路，电动窗帘电路，开关电路和时间显示的数码管电路，为软件电路设计立下基础。软件方面包括时间程序，时间显示程序，时间判断程序，灯光电机控制程序，开关响应程序等。通过对硬件电路和软件程序来实现智能家居中灯光与窗帘的定时控制。 5 第二章 硬件 片机 1,2,3 单片机尽管大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件： 存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 单片机也被称为微控制器（ 是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。 最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 单片机比专用处理器最适合应用于 嵌入式系统 ，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单 片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有 1单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备 40 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过 和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。 单片机内部也用和 电脑 功能类似的模块，比如 内存 ， 并行总线 ，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过 10 元即可 .来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的排烟罩、 等的家电里面都可以看到它的身影！ . 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的主要区别。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是6 花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国 50 年代开发的 74系列，或者 60 年代的 列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大！但是如果要是用美国 70 年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言，它是除了二进制机器码以上最低级的语言了，既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单，就是单片机没有家用计算机那样的 没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即 使只有一个按钮，也会达到几十 K 的尺寸！对于家用 硬盘来讲没什么，可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理，如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用 来运行，家用 也是承受不了的。 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即 电气时代 、 电子时代 和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称 。它由主机、键盘、显示器等组成（如图 1 所示）。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机 的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词 “智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。 介 核心区域 1)程序存贮器 : 存放由用户预先编好的程序和一些固定不变的的数据。程序存贮器是由闪存贮器（ 成的，由程序计数器 址。具有一个 13 为的程序计数器，它的寻址能力达到 8程序存贮器空间，地址编码的最大范围为 0000H17 2)据存贮器 :包括通用寄存器和特殊功能寄存器两种，用于存贮 通的 贮器一般只能实现数据的读出和写入操作，而 16的 贮器的每个存贮单元功能都十 分强大，除了具备普通存贮器功能之外，还能实现移位，置位，清位，位测试等一系列复杂操作。 3)间接寻址寄存器 间接寻址寄存器 于 据存贮器的最顶端，地址 00 的单元。它只有地址码，在物理上不是一个真正的寄存器。它常常与寄存器 合工作，实现间接寻址目的。 4)堆栈 :保存程序断点的地址。在程序执行过程中，有时需要调用子程序，在进入子程序之前，必须保存程序断点的地址，以便子程序执行完成后，在恢复断点地址，使主程序继续执行。具有 8独立堆栈空间，不占用程序存贮器和数据 存贮器的区域，也不需要进栈出栈的命令，在调用和返回时自动实现入口地址的进出栈操作，遵循后进先出的规则。 5)指令寄存器 : 暂存从程序寄存器取出的指令，并将指令按不同的字段分解为操作码和操作数，分别送到各自的目的地。 6)算术逻辑单元 现算术运算和逻辑运算操作。 7)工作寄存器 W:一个重要的的工作寄存器，许多指令都把它作为操作过程的中转，比如暂存参加运算的一个操作数，或者暂存运算产生的结果。在运算之前W 是源操作数的出发地，在运算之后 W 是目标操作数的目的地。 8)地址复用器 :访问数据存贮器所需要的地址由 地址复用器选择和传递，该地址既可以源于间接寻址寄存器 可以指令码。来源与 地址叫做间接地址，来源与指令码的地址叫做直接地址。 9)看门狗定时器 是一个自带 振荡器时钟源的定时器，用来监视程序运行状态。由于意外原因，一旦 到正常程序之外而出现死机， 强行把 位，使其返回正常运行状态。 10)状态寄存器 时反映运算结果的一些算术状态。 除了以上基本部件外，还有程序计数器，指令译码和控制器，数据复用器，时基发生器，上电延时，起振延时，上电复位，在线调试， 低压编程，欠压复位，数据总线和程序总线。 模块 内部集成了丰富的外围设备模块，开发过程充分节省了外围电路。 1)输入 /输出端口 : 输入 /输出端口是单片机内部与外部交换信息的通道。五个基本输入 /输出端口分别是 B,D 和 中 C, 8 位宽， 6 位宽， 3 位宽，共 33 个引脚。输入输出方式可编程，部分引脚与其他功能复用。 2)定时器 /计数器 :有 个可编程定时器。 8 位宽的可编程定时器， 16 位宽的可编程定时。其中 可以作为计数器。 3)A/D 转换器 :也叫 一个有 8 通道和 10 位分辨率的模数转换器，用来将外部的各种模拟物理量转换为便于单片机内部处理的数字量。 4)据存贮器 :是一个 256可擦写存贮器，存贮的内容掉电也不会丢失。 部的外围模块还包括捕捉 /比较脉冲调制 用同步 /异步收发器 同步串行端口 行从动端口 引脚功能 图 脚图 单片机的信号引脚是单片机外特性的体现，在硬件上用户只能使用引脚，通过引脚的连接组建单片机系统。 位单片机系列和 51 系列单片机一样，其引脚除电源 单一功能外，其余的信号引脚常是多个功能，即引脚的复用功能。常见的引脚符号和主要功能如下： 1)除 (复位 )输入 /编程电压输入。其中 低电平时，对芯片复位。该脚上的电压不能超过 则 会进入测试方法。 表编程电压。 9 2)荡器晶体 /外部时钟输入端。 3) 荡器晶体输出端，在晶体振荡方式接晶体，在 式输出 率的 1/4 信号 4)数器输入端，如不用，为了减少功能应接地或接 5) 钟输入端。 6) 振荡输入端。 7) 振荡输出端。 8) 别代表并行 口读信号、写信号和片选控制线。 9) A/D 转换的模拟量输入端。 分别表示通道的个数。 10) 捉 /比较 /脉宽调制等功能端。 缩写。有的 片内有两个 件，其引脚用符号 示。 11)步串行通信时钟输入端。 12) K：异步通信发送端 /步传输的时钟端。 13) 信数据输入端。 14)信数据输出端。 15) D 口，双向可编程，亦可作为并行口。作并行口对 入，作 I/O 口时为斯密特输入。 输入输出端口 3 支接脚都可当成输出、输入接脚，输入输出端口是单片机基本 界面，可以与周边电路进行电路控制和信号传输与检测。 8 位的单片机，以接脚特性分组，每组尽量凑满 8 支接脚，并将 I/O 命名为 ，各分组接口特性说明如下： 1) 共有 6 个位 ( 接脚可作为数字输出输入端口，而系统重置后， 动成为模拟输入状态，可读取模拟输入讯号。 2) 共有 8 个位 (可以撰写程序规划输入输出方向、状态，其中，要进行烧录时，使用到三支接脚，分别是 3)共有 8 个位 (除了可作为数位 I/O 外，还和一些特殊功能的周边电路共享接脚，例如 流马达控制）、 步串行通讯电路）、 步串行传输电路）等等。 10 4)共有 8 个位 (可作一般数字 I/O，并与列传输接口共享。当整体系统需要多单片机时，彼此可以经由并列传输接口来快速传输资料。 5)共有 3 个位 ( 9、 10 有三种功能，除了基本 I/O 功能，也有模拟输入功能，而上述 并列传输接口设定所需的控制接脚，如 /、 /，也是属于 脚。 片机的一个特点就是所有操作都是对寄存器（或者说寄存器文件）的操作： 对端口工作方式设置寄存器的操作、对端口数据方向设置寄存器的操作等。 在 列单片机中，每个端口都至少对应着两个特殊功能寄存器，分别是数据寄存器 和 方向寄存器 ，也就是说 （即读出或写入）。 I/O 端口的方向寄存器是定义其端口引脚的输入 /输出状态； I/输出数据的桥梁，或称为数据缓冲器。根据 I/O 端口引脚的输入 /输出状态，对该端口的数据方向控制寄存器 行初始化定义：若把 位设置为“ 1” ，则相应的 口引脚定义为输入 端，输出呈高阻状态；若把 位设置为“ 0” ，则相应的 口引脚定义为输出端，输入呈高阻状态。 2. 4 本电路 荡频率电路 单片机振荡电路与整体系统工作速度有直接的关系，例如同步 异步串行传输、定时器等，都与振荡频率有关，不同系列单片机有不同振荡频率，根据产品资料手册， 荡频率最高可到 20图 1 中，振荡电路接于 而振荡电路有以下四种形式： 1)用低功率振荡晶体 (2)用振荡器 谐振器 (3)用高速振荡器 (4)用电阻 电容 ( 一般常用振荡晶体或是谐振器作为单片机振荡源，外接电路及 部电路说明如图 6 所示。图中电容 格大小是根据 有所不同，表 1 列出电容建议值，使用其它振荡源的电路说明请参考产品资料手册。 11 图 议电容值 加电源与重置电路 工作电压为 5V，连接 地线接脚；重置电路连接 下 ，内部指令重头开始执行，系统重新运作。 12 图 源与重置电路 13 第三章 软件 件仿真软件 ,8 件是英国 司出版的 具软件。它不仅具有其它 具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具，是目前世界上将电路仿真软件、 计软件和虚拟模型仿真软件三合一的较好设计平台，其处理器模型支持 8051、2/16/18/24/30/8086 和 ， 2010年即将增加 列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持 多种编译器。 神 )的 一款专业的 单片机 软件 仿真系统 。 该软件的特点： 1)全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的 标准 ，并在同类产品中具有明显的优势。 2)具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、 232 动态仿真、 1 C 调试器 、 试器、键盘和 统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如 示波器 、逻辑分析仪、 信号发生器 等。 3)目前支持的单片机类型有： 68000 系列、 8051 系列、 列、 列、 列、 列、 列、 列以及各种外围芯片。 4)支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和 析于一身的仿真软件，功能极其强大。 功能 大的功能已经在全球得到公认，特别是 本以后的元件库由 1 年之前的 6000 暴增为 35000 元件库，而且其 本 司收购了一个基于形状的布线器用于其 CB 中，使之 能超过了目前 流行的 无疑在企业界掀起了悍然大波，国内外企14 业鉴于 价格远远低于同类产品的市场优势条件下，纷纷采用，并将其广泛应用在生产和研发之中， 中国电子科研类企业的依赖环境日益成熟化，学生掌握了 有 书对其就业来讲如虎添翼，不少企业优先录用具有该技能的人才。 1)智能原理图设计 过 10000 种元器件，可方便地创建新元件 ; 智能的器件搜索：通过模糊搜 索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：连接导线简单快捷，具备快速自动连线功能 ; 支持总线结构：使用总线器件和总线布线，做到电路设计简明清晰 ; 可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的 纸，可以供 多种文档使用。 2)完善的仿真功能 合仿真：基于工业标准 现数字/模拟电路的混合仿真 ; 超过 35000 个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的 件自行设计仿真器件，可导入第三方发布的仿真器件 ; 多样的激励源：包括 直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频 (使用 件 )、指数信号、单频 字时钟和码流，并支持文件形式的信号输入 ; 丰富的虚拟仪器： 13种虚拟仪器，要求面板操作逼真，如 示波器 、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压 /电流表 、 交流电压 /电流表、数字图案发生器、频率计 /计数器 、逻辑探头、虚拟终端、 试器、 试器等 ; 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件 (如电机、显示器件、按钮 )的使用可以使仿真更加直观、生动 ; 高级图形仿真功能：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立 叶频谱分析、一致性分析 ; 单片机协同仿真功能： 支持主流的 型，如 8051、 8086、 支持通用外设模型，如字符 块、图形 块、 阵、 段显示模块、键盘 /按键、直流 /步进 /伺服电机 、 拟终端、电子温度计等等，其 物理接口模型 )还可以使仿真电路通过 串口和外部电路实现双向异步串行通信 ; 实时仿真支持 真、中断仿真、 2C 仿真、 真、 真、 真、 真 ; 支持单片机汇编语言的编辑 /编译 /源码级仿真，内带 8051、 汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境 (如 合，进行高级语言的源码级仿真和调试； 片机编程 工具 介： 15 成开发环境（ 综合的编辑器、项目管理器和设计平台，适用于使用 系列单片机进行嵌入式设计的应用开发。 适用于 系列单片机和 字信号控制器 ， 基 于 操 作 系 统 的 集 成 开 发 环 境 。 供 以 下 功 能 ： 1) 使 用 内 置 编 辑 器 创 建 和 编 辑 源 代 码 。 2) 汇 编 、 编 译 和 链 接 源 代 码 。 3) 通过 使用内置模拟器观察程序流程调试可执行逻辑；或者使用 000 和 000 仿真器或 在线调试器实时调试可执行逻辑。 4.) 用 模 拟 器 或 仿 真 器 测 量 时 间 。 5) 在 观 察 窗 口 中 查 看 变 量 。 6.) 使用 、 件编程器烧写固件。 7) 使用 富 的 在 线 帮 助 快 速 找 出 问 题 的 答 案 。 16 第四章 仿真软件使用 真图 图 件仿真图 17 阳数码管 示器的显示方式，所谓显示方式，就是以什么样的形式来显示多个字符。常用的显示方式有两种： 所谓静态显示方式，就是在任意时刻，所有显示器都按照各自接收的字形码同时显示对应的字符。静态显示方式要求每位 示器的公共端必须接地 （共阴极 ，或接高电平（共阳极 ，而每位 示器都由一个具有锁存功能的 8 位端口控制。该电路每一位可独立显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符。 由于每一位由一个 8 位输出口控制段选码，故在同一时间里每一位显示的字符可以不同。这里所指的 8 位端口可以直接采用并行 I/O 口（ 也可以采用扩展的串行输入 /并行输出移位寄存器，如 74如果直接用并行 I/O 接口连接示器，一般多采用硬件译码方式，采用 译码器 /驱动器（ 4511，74可减少端口占用。静态显示方式的优点是显示程序简单，显示亮度高，由于单片机不需要经常扫描显示器，所以可节省 间。其缺点是占用 I/件成本高，功耗大。所以静态显示方式常用在显示器位数较少的单片机系统中 图 态数码管图 由于使用的 口资源少，采用静态显示是 6 位数码管只能显示相同的数字。 18 图 静态 显示仿真图 动态扫描显示是单片机应用系统中最常用的显示方式之一。它是把所有显示器的同名字段互相并联在一起，并把它们接到字形口上。为了防止各个显示器同时显示出相同的字符，每个显示器的公共端（ 要受另一组信号控制，即把它们接到字位口上。动态扫描显示是单片机应用系统中最常用的显示方式之一 ,它是把所有显示器的同名字段互相并联在一起，并把它们接到字形口上。为了防止各个显示器同时显示出相同的字符，每个显示器的公共端（ 要受另一组信号控制，即把它们接到字位口上。 图 态数码管图 19 这样，对于一组 码显示器需要由两组信号控制：一组是字形口输出的字形码，用来控制显示什么样的字符；另一组是字位口输出的字位码，用来控制将字符显示在第几位显示器上。 在这两组信号的控制下，使各位显示器依次从左至右轮流点亮一遍，过一段时间再轮流点亮一遍，如此不断重复。虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但由于显示器具有余辉效应，而人眼又具有视觉惰性，所以看起来与全部显示器持续点亮效果完全一样。 动态显示方式中显示器的亮度与点亮时的导通电流有关，也跟 点亮时间和间隔时间有关。 调整电流和时间参数，可实现亮度适中且较稳定的显示效果。 本文采用的是动态显示法，即 循环取值 000001， 000010， 000100，001000， 010000， 100000，每个值延时 来控制数码管显示。 图 动态数码管显示仿真图 关去抖 如图所示， 列线， 行线。列线通过上拉电阻连接到电源上，因此当无键按下时，各列线（ 均为高电平。当行线（ 别输出低电平时，有键按下，相应的列线 会出现低电平。依据此原理， 整个键盘进行扫描。所谓扫描，即 断轮流对行线置低电平，然后检查列线输入状态，确定按键情况。下一行扫描时，令 高电平， 低电平，再读入 值。若 “ 1” ， “ 0” ，则 按下；若 “ 0” ， “ 1” ，则 按下；若 为“ 1” ，则证明按下的键不在该行，应进行下一行的扫描。 图 关电路图 如图所示，在确定有键按下后，先把 为低电平， 为高电平，再读入 值。若 “ 1” ， “ 0” ，则 按下；若 “ 0” ， “ 1” ，则 按下；若 为“ 1” ，则证明按下的键不在该行，应进行下一行的扫描。扫描键盘的时间很短，仅仅几微秒；而按键时间一次至少需要几十毫秒，所以只要有键按下，都能被扫描到。 按键按下时，有一定的抖动时间。因此，在编制程序时，应该用延时消除抖动，以免产生多次按键错误。按键实际就是一种常用的按钮开关，平时键的两个触点处于断开状态，按键被按下时，两个触点闭合。由于键盘上的按键都是利用机械触点来实现键的闭合和释放。由于弹性 作用的影响，机械触点在闭合及断开瞬间均有抖动过程，从而使键输入电压信号也出现抖动。 21 图 抖动效果示意图 如上图所示，抖动时间 长短与机械特性有关，一般为 5 10 按键的稳定闭合时间 操作人员的按键动作所确定，一般为几百毫秒至几秒。为了保证系统对按键的一次闭合仅作一次键输入处理，必须消抖处理。 一般可以用硬件或软件的办法来消抖，具体有如下方式： 是在第一次检测到有键按下 时先不动作，延时一段时间（一般为 10再次检测按键的状态，如果仍保持闭合状态，则确认的确有键按下。当检测到按键释放后，也要给 510延时，待后沿抖动消失后才能转入按键的处理程序。 本文采用的软件消抖，延时 10 图 开关去抖仿真图 22 第五章 智能家居的实现 能家居介绍 4,10 念及简介 智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、 网络通信 、 1信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居通过 物联网 技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、 1网络家电以及三表抄送等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、 防盗报警 、以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。 智能家居是时代发展的产物，是住户想享受快速网冲浪、便捷实 时的通讯、安全防范、丰富娱乐生活、便捷的生活家居管理 ,优质物业管理等智能化住宅所特有的生活方式，使忙碌一天的人们真正体会到智慧家带来的生活乐趣。 智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有 智能家居系统 的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。以住宅为平台，利用有线和无线网络平台通信技术、包括综合布线系统，安全防范系统，背景乐 /广播系统，灯光窗帘控制系统，空调 制系统，以及家庭影院控制系统；将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。 智能家居集成是利用 综合布线 技术、网络通信技术、 安全防范技术 、自动控制技术、 音视频技术将家居生活有关的设备集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用 综合布线 方式，但少数系统可能并不23 采用综合布线技术，如 电力载波 ，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是 智能家居集成中关键的技术之一。 安全防范技术 是智能家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对讲、家庭 监控 、家庭防盗报警、与家庭有关的小区 一卡通 等领域都有广泛应用。 自动控制技术 是智能家居系统中必不可少的技术，广泛应用在智能家居控制中心 。 要功能 一、智能灯光控制 实现对全宅灯光的智能管理，可以用遥控等多种智能控制方式实现对全宅灯光的遥控开关，调光，全开全关及 “ 会客、影院 ” 等多种一键式灯光场景效果的实现；并可用定时控制、电话远程控制、电脑本地及互联网远程控制等多种控制方式实现功能， 从而达到智能照明的节能、环保、舒适、方便的功能。 优点： 1） 控制：就地控制、多点控制、遥控控制、区域控制等。 2） 安全：通过弱电控制强电方式，控制回路与负载回路分离。 3） 简单：智能灯光控制系统采用模块化结构设计，简单灵活、安装方便。 4） 灵活：根据环境及用户需求的变化，只需做软件修改设置就可以实现灯光布局的改变和功能扩充。 二、智能电器控制 电器控制采用弱电控制强电方式，即安全又智能，可以用遥控、定时等多种智能控制方式实现对在家里饮水机、插座、空调、地暖、投影机、新 风系统等进行智能控制，避免饮水机在夜晚反复加热影响水质，在外出是断开插排通电，避免电器发热引发安全隐患；以及对空调地暖进行定时或者远程控制，让 到家后马上享受舒适的温度和新鲜的空气。 优点： 1） 方便：就地控制、场景控制、遥控控制、电话电脑远程控制、手机控制等。 2） 控制：通过红外或者协议信号控制方式，安全方便互补干扰。 3） 健康：通过智能检测器，可以对家里的温度、湿度、亮度进行检测，并驱动电器设备自动工作。 4） 安全：系统可以根据生活节奏自动开启或关闭电路，避免不必要的浪费和 电气老化引起的火灾。 三、安防监控系统 随着人们居住环境的升级，人们越来越重视自己的个人安全和财产安全，对24 人、家庭以及住宅的小区的安全方面提出了更高的要求；同时，经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给城市的社会治安增加了新的难题，要保障小区的安全，防止偷抢事件的发生，就必须有自己的安全防范系统，人防的保安方式难以适应我们的要求，智能安防已成为当前的发展趋势。 视频监控系统己经广泛地存在于银行、商场、车站和交通路口等公共场所，但实际的监控任务仍需要较多的人工完成，而且现有的视频监控系统通常 只是录制视频图像，提供的信息是没有经过解释的视频图像，只能用作事后取证，没有充分发挥监控的实时性和主动性。为了能实时分析、跟踪、判别监控对象，并在异常事件发生时提示、上报，为政府部门、安全领域及时决策、正确行动提供支持，视频监控的 “ 智能化 ” 就显得尤为重要。 优点： 1） 安全：安防系统可以对陌生人入侵、煤气泄漏、火灾等情况提前及时发现并通知主人； 2） 单：操作非常简单可以通过遥控器或者门口控制器进行布防或者撤防。 3） 用：视频监控系统可以依靠安装在室外的摄像机可以有效的阻止小偷进一步行 动，并且也可以在事后取证给警方提供有利证据。 四、智能背景音乐 家庭背景音乐是在公共背景音乐的基本原理基础上结合家庭生活的特点发展而来的新型背景音乐系统。简单地说，就是在家庭任何一间房子里，比如花园、客厅、卧室、酒吧、厨房或卫生间，可以将 脑等多种音源进行系统组合让每个房间都能听到美妙的背景音乐，音乐系统即可以美化空间，又起到很好的装饰作用。 优点： 1） 传统音乐不同，专业针对家庭进行设计。 2.） 果：采用高保真双声道立体声喇叭，音质效果非常好。 3） 简 单：控制器人性化设计，操作简单，无论老人小孩都会操作。 4.） 便：人性化、主机隐蔽安装，只需通过每个房间的控制器或者遥控器就可以控制。 五、智能视频共享 六、可视对讲系统 可视对讲目前产品比较成熟，目前成熟案例随处可见，这其中有大型联网对讲系统，也有单独的对讲系统，比如别墅用的，其中有分一拖一、二、三等；一般实现的功能是可以呼叫、可视、对讲等功能，但是目前通过 “ 品奇居 ” 的整合部已经将很多不同平台的产品实现了统一，增强了整套系统控制部分的优势，让25 室内主机也可以控制家里的灯光和电器了。 七、家庭影 院系统 八、系统整合控制 其他功能 1)远程控 制 可以使用遥控器来控制家中灯光，热水器，电动窗帘，饮水机，空调等设备的开启和关闭；通过这支遥控器的显示屏可以在一楼（或客厅）来查询并显示出二楼（或卧室）灯光电器的开启关闭状态；同时这支遥控器还可以控制家中的红外电器诸如：电视， 音响等红外电器设备 万能遥控器。 2） 话远程控制 高加密（电话识别）多功能语音电话远程控制功能，当 出差或着在家外边办事， 可以通过手机，固定电话来控制家中的空调和窗帘，灯光电器，使之提前为客户制冷或制热或进 行开启和关闭状态，通过手机或固定电话知道家中电路是否正常，各种家用电器（例如冰箱里的食物等），还可以得知室内的空气质量（屋内外可以安装类似烟雾报警器的电器）从而控制窗户和紫外线杀菌装置进行换气或杀菌，此外根据外部天气的优劣适当的加湿屋内空气和利用空调等设施对屋内进行升温。主人不在家时，也可以通过手机或固定电话来自动给花草浇水、宠物喂食等。控制卧室的柜橱对衣物、鞋子、被褥等杀菌、晾晒等。 3）定 时控制 可以提前设定某些产品的自动开启关闭时间，如：电热水器每天晚上 20:30 分自动开启加热， 23:30 分自动断电关闭，保证在享受热水洗浴的同时，也带来省电，舒适和时尚。当然电动窗帘的自动开启关闭时间更不在话下。 文实现的功能 26 图 实物电路图 本设计基于单片机的智能家居控制主要目标只钟对灯光控制和窗帘控制，模版之间的通信采用有线。电路板左上一位数码管分别表示 :左上亮 下亮 上亮 亮，右下亮 亮 动控制灯和窗帘 单片机通过一个按键扫描程序 (见附录 函数 )不停扫描键盘开关，当窗帘和灯光开关按下时单片机分别使要控制的窗帘和电灯端口输出高电压5V。从而打开窗帘和灯光。当开关处于松开时，单片机使输出端口为低电平。实物演示如图： 27 窗帘打开 图 帘打开 时控制功能 本设计的单片机中有一个全天 24 小时计时程序。 (见附录 函数 )。在这个计时程序中，不是简单的采用机器时钟计时。而是通过设置变量， 单片机每 1024 微秒一次中断，一个变量自加 1024，当变量大于 10000时，这个变量就自减 10000，同时另外一个变量自加 0000微秒即 1 毫秒，通过这种方式来减少时间误差。而此形成全天 24 小时的计时。此后系统感知时间变量如 控制窗帘和灯光。 图 上 7 点定时开窗帘：左上亮 28 图 18 点定时开灯 2 和关窗帘：右下和左下亮 图 23 点定时关灯 2：右下灭灯 间与外部响应灯控制 灯 1 的控制，右上。在 7 到 18 点按下按钮打不开灯 1，在 18 点到第二天 7点按下按钮才能开灯 1。见附录 函数。函数中的时间响应变量在 7到 18 点中为 0，其他时间为 1，而来整合外部开关来控制灯光。 图 在不同时间点的开灯效果 29 第六章 结论 本文从硬件电路到单片机控制器再到微处理器程序进行了一系列的设计，最终将各模块整合制作成电路板。各部分的设计都具有各自的特点，在硬件电路设计中需要的 是电工电子的理论和知识；系统的软件设计要求 C 语言编程能力；系统的调试则需要熟练应用 发环境和 的使用。由此可见本系统的设计综合应用了各方面的理论和知识，是对已学知识掌握程度的检验以及对全新知识的学习和掌握能力的考验。 在这次毕业设计当中，我学到了很多，从理论到实践，到真正做成东西，要去摸索很多，学习很多。也让我明白实事求是，踏实认真的工作精神的重要性。 在设计完成后，我觉得还可以做如下改进： 1)程序代码还可以更加精简，节省单片机内存资源。如附录上的程序代码，所有变量都是全局变量， 可以将某些函数改为非空返回值函数，将函数变量设为局部变量，函数结束，局部变量清除，释放内存，如此可以节省单片机资源。 2)增加灯光和直流电机电路。由于单片机驱动电流较小，无法直接驱动实验室有的 和直流电机，在本设计采用了一个数码管的四个灯表示窗帘开关和灯光 1 和灯光 2。可改进的方法是增加外部驱动电路。 30 致 谢 在此论文完成之际，我要感谢多年来关心、帮助和支持我的人。 首先，我衷心感谢我的导师蔡本晓老师。本论文是在覃老师的精心指导下完成的，论文从选题到撰写，自始自终都得到蔡本晓老师的深切关 怀和悉心指导。蔡本晓老师开阔的视野，渊博的知识，严谨的治学态度，通达的性格以及强烈的事业心，都对我产生了很大的影响，让我受益非浅。在此，我向蔡本晓老师表示诚挚的感谢和崇高的敬意！ 其次，在学习和完成论文的期间，我也得到了杭州电子科技大学理学院各位领导和老师的关怀和帮助，在次表示衷心的感谢！ 最后，我还要感谢寝室里的同学和我的父母，他们为我营造了良好的氛围，没有他们的支持和鼓励，我可能无法克服各种困难，顺利完成学业。 31 参考文献 1李学海 基础篇 M