基于单片机的智能家居控制系统

单片机原理与应用技术

课程设计报告

题目基于单片机的智能家居控制系统的设计

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指导教师：

单片机课程设计项目系列：

基于单片机的智能家居控制系统的设计

一．设计要求

（一）基本功能

(1)家居内无人时, 切断所有家电的220V 电源, 既消除了各种电器的待机能耗, 又避免了因供电异常、屋内漏水等不可预知事件损坏电器的危险。

(2)通过预设时间和时长控制娱乐性家电, 避免了孩子在家因过度娱乐而延误学习。

(3)所有电器的电源都直接通过系统控制进行供电/断电,在使用电器时无需插拔电源插头, 避免了因经常插拔电源插头而造成接触不良及触电的危险。

(4)根据预设室内温度和湿度对空调和加湿器自动进行启/停控制, 以达到最佳舒适度。

(5)各电器的工作状态在主控面板上以LED直观显示, 并通过键盘集中控制电器, 例如在观看电视时可随手打开/关闭厨房电灶。

(6)远程控制家电的启动操作。

(7)设定/显示日期、时间、星期及定时叫醒服务。

(8)为避免煤气中毒设置了一氧化碳及燃气报警。

(9)烟感和水感可及时发现家居内的水、火灾并报警。

(10)通过门磁和窗户红外线完成防盗报警。

（二）扩展功能

加入住宅配房安全防盗报警功能和住宅门禁系统功能。

二．计划完成时间三周

1．第一周完成软件和硬件的整体设计，同时按要求上交设计报告一份。

2．第二周完成软件的具体设计和硬件的制作。

3．第三周完成软件和硬件的联合调试。

目录

1 引言 (1)

2 总体设计方案 (1)

2.1设计思路 (1)

2.1.1方案确立 (1)

2.2 总体设计框图 (1)

3 设计原理分析 (2)

3.1传感器模块的设计 (2)

3.1.1烟感传感器 (2)

3.1.2门磁、红外探测器 (2)

3.1.3热释电传感器 (2)

3.2矩阵键盘模块 (2)

3.3单片机最小系统 (3)

3.4显示模块 (3)

3.5 输出部分 (4)

4 总结与体会 (4)

参考文献 (4)

附录一程序流程图 (5)

附录二程序列表 (6)

基于单片机的智能家居控制系统的设计

摘要：介绍了以单片机为核心，并加以热释电传感器、烟感传感器、振动传感器、门磁和红外报警系统，共同构成了智能家居控制系统。制作简单、方便、价格低廉，适宜广大用户消费。

关键词：智能家居报警传感器矩阵键盘

1 引言

随着中国信息化发展水平的逐步提高，智能化系统越来越受人们的重视。智能家居系统将现代高科技控制手段运用于家居设计，通过一套专用控制系统将室内家居，家居环境，家用电器，室外场所（车库、花园等），防盗报警（门磁探测器、玻璃探测器、红外探测器）、安检系统（烟感探测器、煤气泄露探测器）和智能设备有机的融为一个整体，统一控制起来，并通过电话网络对所有家电进行异地或远程开启、关闭控制。

2 总体设计方案

2.1设计思路

根据设计要求可以分为以下几个模块：传感器模块、矩阵键盘、单片机最小系统、显示模块和输出部分。

2.1.1方案确立

传感器模块主要有烟感传感器、门磁探测器、红外探测器和热释电传感器。用于室内的安检系统（烟感探测器、振动探测器）、防盗报警（门磁探测器、红外探测器）、省电模式（热释电传感器）。矩阵键盘和单片机最小系统是实现该设计的基本部分。矩阵键盘选用单片机的P1口，晶振选用6MHz。显示模块和输出部分用于显示时间、启动（停止）家用电器、安检报警，并以指示。

2.2 总体设计框图

图1 总体设计框图

3 设计原理分析

3.1传感器模块的设计

当传感器检测到信号（烟雾、人体发射的红外线）时，会输出一组高低变化的电平，送往单片机的I/O口。

3.1.1烟感传感器

烟感传感器是检测室内的烟雾量，当室内的烟雾量超过一定值时，传感器发出信号，即有高电平输出，使报警电路报警。

3.1.2门磁、红外探测器

门磁、红外探测器也用于防盗报警系统。门在关闭状态下，门磁处于断开状态，此时无输出；当门被打开时，门磁吸合，此时有高电平输出。

3.1.3热释电传感器

热释电传感器用于检测室内是否有人。在无人时，让系统处于省电模式；有人时，跳出省电模式。

3.2矩阵键盘模块

该系统采用矩阵式键盘，外观美观，便于扩展。主要用于时间的调整和家用电器的启停操作。每一水平线（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通。在这种行列矩阵式非编码键盘的单片机系统中，键盘处理程序首先执行有无键按下的程序段，当确认有按键按下后，下一步就要识别哪一个按键被按下。对键的识别常用逐行扫描查询法。如图2所示。

图2 矩阵键盘电路图

3.3单片机最小系统

该系统采用AT89S51单片机，采用串口显示电路以节省端口，采用4*4矩阵试键盘，用来控制以及调试电路，采用固态继电器实现对家用电器的强电控制和隔离强电干扰。AT89C51的主电路如图。

3.5 输出部分

输出部分是智能家居控制的一个重要环节，是控制系统的终端。选用单片机的P2口。其中P2.7用于控制室内的电源使用情况，即普通模式和省电模式的转换。用一个三极管来驱动继电器控制220V的电源；P2.6是烟感传感器的输出指示；P2.5是控制娱乐性家电的使用情况，用一个计时器来控制娱乐性家电的工作时长，到一定时间后自动断开电源。P2.4—P2.1是控制室内的其他家电的通断及扩展。P2.0是用于安检系统的报警。具体电路如图5所示。

图5 输出部分电路图

4 总结与体会

通过这次课程设计提高了对简单的单片机应用电路的设计能力。设计时应该先完全领会要求再去动手，不能急躁。知道了有科学的态度才能完成科学的试验。该系统软硬件实现技术具有接口电路简单、可靠性高、成本低、灵活性强优点。由于设计经验不是很丰富，该次设计没有完全实现。总之，通过这次实习，我真正学到了很多东西，真正体会到了理论联系实际的重要性。我想如果在平时多搞几次这样的实习，多提供一些好的条件，那我们的知识会掌握的更多，更牢固。

参考文献

[1] 李朝青.单片机原理及接口技术［Ｍ］.北京：北京航空航天大学出版社，2005.9

[2] 钟睿.MCS-51单片机原理及应用开发技术［Ｍ］.北京：中国铁道出版社，2006.4

[3] 沙占友，孟志永，王彦朋，等.单片机外围电路设计［Ｍ］.北京：电子工业出版社，2006.6

[4] 陈杰，黄鸿.传感器与检测技术［Ｍ］.北京：高等教育出版社，2002.8