合工大电子信息工程系综合课程设计报告

计算机与信息学院

电子信息工程系综合课程设计报告

专业班级

电子信息科学与技术

学生姓名及学号

指导教师

老师

课题名称

基于51单片机智能家庭小管家

2013~2014 学年第三学期

一、课题的基本描述

目标：本课题目标主要是通过多点采集室内温度、湿度、光线强度、以及检测室内是否有人来控制室内一些家用电器的自动工作。采集到的温度和湿度显示与实际温度和湿度误差小于1度；控制速度小于10分钟。具体家用电器涉及到：1、空气加湿器；2、电风扇；3、应急灯等。

意义：在一定程度上解放人类的双手，对人们日常生活中本来就不太注意的一些生活细节通过单片机进行自动控制，以此提高人们日常生活的质量。

二、设计的基本要求

本课题通过热释电人体红外传感器检测室内是否有人，如果检测到有人则控制家用电器正常工作，否则所控制的家电则自动断电。

各个家用电器的控制过程：

（1）对应急灯的控制：应急灯只在有人晚上回家时自动打开，以避免人晚上回到家时屋内漆黑一片所造成的不便；并且当有人打开屋内的日常照明灯时则自动关闭应急灯；但是当晚上人们关灯睡觉后应急灯也不会自动打开。

（2）对空气加湿器的控制：一般人们处在湿度在40%~50%之间会感觉比较舒适，当湿度过低或者过高时则会引起人们的不适；所以当湿度低于50%时空气加湿器就自动打开，并且湿度越低加湿器运行速度越快、湿度越接近50%运行速度越慢，当室内湿度超过50%时则自动断电。

（3）对电风扇的控制：当温度高于25 ℃时人体就会开始从外界吸收热量，当温度高于30℃人就会热得比较难受时，为了保证电风扇的工作有意义，所以只有当从机2能检测到人时才会打开。所以当温度高于25 ℃并且从机2能检测到人时电风扇就会打开一档，当温度高于30 ℃时打开二档。

三、技术方案及关键问题

从实际考虑出发，由于各个家用电器可能处于屋内的不同地方，甚至相隔比较远，而且家电还可能根据个人需要移动位置，所以如果想只用一块单片机通过有线的方式去控制所有家电的话不太现实、也不够灵活。因此我设计成主从机模式，一个主机、多个从机，采用星型方式通过无线模块进行相互通信。同时为了使所采集到的信息能够更加准确的反应室内的真实情况，主机和每个从机都携带了相关的传感器。其中主机主要实现人机对话，以及将接收到的从从机发来的数据整理并打包之后再发向各个从机；并且还执行向从机发送指令的任务；而从机主要实现接收主机发来的数据并将数据进行相关分析处理，之后根据处理结果对家电进行相关控制。

对于热释电人体红外感应模块，当感应到有人时会输出高电平（3.3V），当感应不到人时输出低电平（0V）；而且其最大感应距离是7米，因此为了避免人体感应存在盲

区，所以在整个屋内放置多个人体感应模块是很有必要的。又由于当其感应到有人时只输出3.3V的高电平，而我设计时使用的是5V电压的51系列单片机，所以需要将感应器输出的3.3V的电压转变为5V电压。图1即为3.3V电压转变成5V电压的电路图。图2为热释电人体感应器电路图。

图1 3.3V转变为5V电压电路图

图2 热释电人体感应器电路图

对于NRF24L01无线模块正常供电是1.9V~3.6V，如果采用高于3.6V电压供电时很容易烧坏模块。由于我使用的是5V电源，因此为了使电压匹配，需要将5V电压变为3.3V电压，为此我使用了AMS1117模块，该模块不仅可以将5V电压转变为3.3V电压，而且还具有稳压的功能。图3是AMS1117模块的电路图。

图3 AMS1117模块的电路图

又由于所控制的家用电器的电源电压一般都很大，因此需要通过继电器对其进行控制。所以我在单片机与家电之间都加了继电器。

图4是主机系统电路图，它一共包括7个部分，其中STC12C5A60S2单片机作为主机系统处理器；LCD12864作为主机系统显示器，主要用来显示主机传感器以及各个从机传感器所采集到的温度、湿度、光电转换后数值以及日历；而NRF24L01无线模块主要用来与各个从机通信；DHT11温湿度传感器主要用来采集当前温湿度的；热释电人体红外传感器用来感应室内是否有人；光敏电阻用来将光线强度转换为电压信号，之后通过单片机内自带的10位ADC转换功能将模拟电压信号转变为数字信号；5V到12V 升压模块用来给应急灯供电。

图 4主机系统电路图

图5为从机系统1（二号机）电路图，包含7个部分，其中STC12C5A60S2单片机作为该系统处理器；LCD1602作为从机系统1显示器，主要用来显示从机1传感器所采集到的温度、湿度、光电转换后数值以及主机发来的时钟信息；而NRF24L01无线模块主要用来与主机通信；DHT11温湿度传感器主要用来采集当前温湿度的；热释电人体红外传感器用来感应室内是否有人；光敏电阻用来将光线强度转换为电压信号，之后通过单片机内自带的10位ADC转换器将模拟电压信号转变为数字信号；该系统通过一个继电器去控制空气加湿器，控制端口产生PWM波来控制加湿器的工作速度。

图 5从机系统1电路图

图6为从机系统2（三号机）电路图，包含7个部分，其中STC12C5A60S2单片机作为该系统处理器；LCD1602作为从机系统2显示器，主要用来显示从机2传感器所采集到的温度、湿度、光电转换后数值以及主机发来的时钟信息；而NRF24L01无线模块主要用来与主机通信；DHT11温湿度传感器主要用来采集当前温湿度的；热释电人体红外传感器用来感应室内是否有人；光敏电阻用来将光线强度转换为电压信号，之后通过单片机内自带的10位ADC转换功能将模拟电压信号转变为数字信号；该系统通

过一个继电器去控制电风扇，控制端口输出高低电平去控制电风扇的工作档位。

图 6 从机系统2电路图

四、系统设计实现

课题主要包括硬件实物部分和相关程序部分。

（1）硬件实物部分：图7是主机系统的实物图；图8是从机系统1（二号机）的实物图；图9是从机系统2（三号机）的实物图。考虑到硬件实物部分不是非常复杂，加上如果去制PCB板的话时间上来不及，因此所有的硬件我都采用手工焊接的方式实现，

这样同时也可以在一定程度上锻炼自己的动手能力。