智能家居课程设计报告

南通大学

智能家居监控系统设计

学院：电气工程

班级：电115

姓名：刘家辰

学号： 1112002083

目录

1 引言 (3)

2 系统设计 (3)

3 硬件设计 (4)

3.1单片机的选型 (4)

3.2温度监测模块 (5)

3.2.1 温度传感器简介 . (5)

3.2.2测量原理 (5)

3.2.3电路仿真 (6)

3.3烟雾监测模块 (7)

3.4 Zigbee 模块 (8)

3.5报警模块 (9)

3.6键盘输入模块 (10)

3.7液晶显示模块 (11)

3.8人体红外感应模块 . (11)

4 主机软件设计 (12)

4.1主机程序整体框架 (13)

4.2无线发送 / 接收程序 . (13)

4.3温度监测节点程序 . (15)

4.4烟雾监测节点程序 . (17)

4.5红外热释电监测节点程序 . (18)

5 设计体会 (20)

6 参考文献 (20)

7 附录 (21)

主机电路原理图 (21)

1引言

随着社会经济和科学技术的发展，社会信息化程度越来越高，物联网的推出是

时代发展的需要，“三网合一”、“ 三屏合一” 等新概念不断提出，智能家居

成为未来家居的发展方向。智能家居在两个方面具有重要作用：

(1)家居智化，继而实现住户舒适最大化，家庭安全最大化。智能家居通过

其智能家庭控制帮助人们改进生活方式，重新安排每天的时间计划表，并为高质

量的生活环境提供安全保障。

(2)智能家居的另一个重要作用是降低能源消耗，操作成本最小化，帮助人们

节约日常能源消耗开支。

智能家居主要通过智能家庭控制系统实现，家庭控制网络是实现智能家庭控制

系统的关键。近几年，各种家庭网络推进组织相继成立，并各自推出了相

关建议和标准，但这些技术标准缺乏统一的通信接口，相互间不兼容 , 无法提供家

庭控制网络的完整解决方案。因此，智能家居研究者面临的最大挑战和机遇是家用

电子领域缺乏统一的通信标准和互操作协议。

2系统设计

智能家居监控系统的总体设计框图如图 1 所示。该系统采用主从方式，主机

负责接收无线信息、GSM远程报警、传感器阈值设置，从机负责温度、气体、烟雾、等环境信号采集处理及无线发送。本文研制的智能家居环境监测报警系统能够实时

监测煤气泄漏、火灾、电热毯过热等温度异常、外人闯入等危险状态，

并可实现电话号码报警，设置传感器阈值等功能。

被检测对象温度检ZigBee

测模块模块显示模

块

烟雾检ZigBee

测模块模块

温度监ZigBee

蜂鸣器测模块模块ZigBee主单片

报警模

模块机

块

有害气

ZigBee

体监测

模块

模块

红外感ZigBee

应模块模块键盘输

入模块图 1 智能家居监控系统的总体设计框图

3硬件设计

3.1单片机的选型

采用 AT89S51作为主要单片机

AT89S51是一种可编程可擦除的只读存储器并带有4K 字节的闪烁，具有是低功耗，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89S51内有4K 字节可编程闪烁存储器， 128 字节的内部 RAM，32 个外部双向 I/O 口，6 个中断源，两个 16 位定时计数器及两个全双工串行通信口 , 看门狗电路。 AT89S51 有片内振荡器和

时钟电路，具有掉电模式和低功耗的闲置。AT89S51可降至 0Hz 的静态逻辑操作，

空闲方式是停止CPU的工作，但允许定时计数器、RAM、中断系统及串行通信口继续工作。掉电方式是保存RAM中的内容，但振荡器停止工作就要禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

3.2 温度监测模块

3.2.1 温度传感器简介

温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时 DALLAS（达拉斯）公司生产的 DS18B20温度传感器当仁不让。

DS18B20具有以下特性：

（1）独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯；

（2）简单的多点分布应用；

（3）无需外部器件；

（4）可通过数据线供电；

（5）零待机功耗；

（6）测温范围 -50~+125℃，以 0.5 ℃递增。华氏器件 -67~+257℉，以 0.9 ℉递增；

(7) 温度以 9 位数字量读出温度数字量转换时200ms（典型值）；

(8)用户可定义的非易失性温度报警设置；

(9)报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件；

(10)应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统。

3.2.2 测量原理

DS18B20有三个主要数字部件： 1）64 位激光 ROM， 2）温度传感器， 3）非易失性温度报警触发器 TH和 TL。器件用如下方式从单线通讯线上汲取能量：在信号线处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。 DS18B20也可用外部 5V 电源供电。

DS18B20

+5V

VDD

I/O

uP

图 3 DS18B20与单片机的连接方式

DS18B20依靠一个单线端口通讯，如图 3 所示。在单线端口条件下，必须先建立 ROM操作协议，才能进行存储器和控制操作。因此，控制器必须首先提供下面5 个 ROM操作命令之一： 1）读 ROM，2）匹配 ROM，3）搜索 ROM，4）跳过ROM，5）报警搜索。这些命令对每个器件的激光 ROM部分进行操作，在单线总线上挂有多个器件时，可以区分出单个器件，同时可以向总线控制器指明有多少器件或是什么型号的器件。成功执行完一条 ROM操作序列后，即可进行存储器和控制操作，控制器可以提供 6 条存储器和控制操作指令中的任一条。

一条控制操作命令指示 DS18B20完成一次温度测量。测量结果放在 DS18B20 的暂存器里，用一条读暂存器内容的存储器操作命令可以把暂存器中数据读出。

温度报警触发器TH和TL 各由一个EEPROM字节构成。如果没有对DS18B20使用报警搜索命令，这些寄存器可以做为一般用途的用户存储器使用。可以用一条存储器操作命令对TH和TL 进行写入，对这些寄存器的读出需要通过暂存器。所有数据都是以最低有效位在前的方式进行读写。

图 4 DS18B20温度测量电路原理图

3.2.3 电路仿真