基于单片机的智能家居控制系统的设计

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术创新

单片机开发与应用

《ＰＬＣ技术应用２００例》

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基于单片机的智能家居控制系统的设计

Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｆａｍｉｌｙ－ｈｏｕｓｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ

（青海师范大学）郭占龙

ＧＵＯＺＨＡＮＬＯＮＧ

摘要：本文利用ＰＩＣ１６Ｆ９４６单片机设计了智能家居控制系统的系统接口和软件流程图，实现了对家居的智能控制和管理。关键词：ＰＩＣ１６Ｆ９４６；单片机；智能家居；控制系统

中图分类号：ＴＰ３６８．１

文献标识码：ＢＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｆａｍｉｌｙ－ｈｏｕｓｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎ

ＰＩＣ１６Ｆ９４６，ｆｏｒｆａｍｉｌｙ－ｈｏｕｓｅｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｌｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＩＣ１６Ｆ９４６，ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｆａｍｉｌｙ－ｈｏｕｓｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ

文章编号：１００８－０５７０（２００７）０２－２－０１１５－０２

１引言

随着社会经济水平的发展，现在人们的生活追求个性化、自动化，追求快节奏，追求充满乐趣的生活方式，家装要求的档次越来越高，生活家居人性化、智能化的要求使智能控制技术在智能家居电子产品中得到了广泛应用，它不仅优化了人们的生活方式和居住环境，而且方便人们有效地安排时间和节约各种能源，实现了家电、照明、窗帘控制和防盗报警、定时控制及电话远程控制等。本文利用ＰＩＣ单片机实现了对智能家居的控制和管理，该系统具有以下功能和特点：

（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。

２控制系统的设计

根据智能家居方便舒适和节能安全的需要，设置了温度、湿度自动控制；水、火、一氧化碳的自动监测和报警；门、窗防盗报警；１７路不同电器及照明设备的按键控制。系统的总体结构如图１所示。

图１控制系统的总体结构

２．１硬件系统的设计

２．１．１微处理器的选择

微处理器采用美国ＭｉｃｒｏｃｈｉｐＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ公司内置液晶显示（ＬＣＤ）模块多达４２段驱动器、３５条ＲＩＳＣ指令、工作在宽电压２．０～５．５Ｖ、内核工作性能达５ＭＩＰＳ的８位ＣＭＯＳ单片机ＰＩＣ１６Ｆ９４６。它的８Ｋ＊１４ｂｉｔ闪存程序存储器用来存放智能控制系统程序，编程方便灵活，无需额外增加ＲＯＭ；３３６＊８ｂｉｔ的ＲＡＭ及２５６字节的数字ＥＥＰＲＯＭ用来运行系统程序及缓冲采样数据；它配备了多达８个信号通道的１０位模数转换器和多达５３个Ｉ／Ｏ，可在待机状态下驱动ＬＣＤ；采用的纳瓦管理技术使器件能在低功耗模式下可靠工作，虽然它是６４脚以上封装

中价格最便宜的一款，但同样配有欠压复位功能（ＢＯＲ）、

增强型看门狗定时器（ＷＤＴ）、可编程低电压检测功能（ＰＬＶＤ）；内置高度稳定的８ＭＨｚ振荡器、２个８位和１个１６位的３个定时器及２个捕捉／比较／ＰＷＭ模块；支持ＳＰＩＴＭ、Ｉ２ＣＴＭ及ＡＵＳＡＲＴ通讯协议；ＰＩＣ１６Ｆ９４６的这些重要特性有效降低系统的整体成本，特别

适合智能家居及安防的应用。

万年历芯片采用８ＤＩＰ／ＳＯＰ封装、供电同ＰＩＣ１６Ｆ９４６为

２．０～５．５Ｖ的ＳＨＴ１３０２，它与ＰＩＣ１６Ｆ９４６相连仅使用５脚

郭占龙：副教授

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技术创新

中文核心期刊《微计算机信息》（嵌入式与ＳＯＣ）２００７年第２３卷第２－２期

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《现场总线技术应用２００例》

单片机开发与应用

（ＹＲＳＴＢ）、６脚（ＤａｔａＹＩ／Ｏ）、７脚（ＹＳＣＬＫ）三根引线。

远程接口电路采用外围电路非常简单且低价位的双音频解码转换芯片ＭＴ８８７０，它与ＰＩＣ１６Ｆ９４６单片机的接口通过１１脚、１２脚、１３脚、１４脚等４根线连接。

２．１．２输入电路

为智能家居舒适和安全的需要设置了２４个控制按键和温度、湿度、水、火、一氧化碳、天然气、门、窗等八路传感信号的输入，并在按键上方配有ＬＥＤ以显示工作状态，八路传感信号输入到ＰＩＣ１６Ｆ９４６的ＡＮ０、ＡＮ１、ＡＮ２、ＡＮ３、ＡＮ４、ＡＮ５、ＡＮ６、ＡＮ７等８个信号通道的１０位模数转换器，室内所有窗户的多个红外探头传感信号并联输入。其中０～１６号按键输入直接控制对应１７路的电器设备，按键下方留有电器识别标签，为方便电器集中控制并设置了＂全开＂和＂全关＂按键；为家居安防设置了主人离家和回家时的＂设防＂、＂撤防＂及＂紧急呼叫＂按键；日期及时间调整、定时开启电器、定时叫醒和室内温度、湿度自动控制的预设服务由＂设置＂按键完成，设置数值使用０～９号按键输入，提醒消息同手机键盘使用２（ＡＢＣ）号～９号（ＷＸＹＺ）按键输入；整体键盘布置如图２所示，面板大小为１０ｃｍ×１２ｃｍ，２４个控制按键输入中＂紧急呼叫＂按键的优先级最高。

图２控制键盘布局

２．１．３输出电路

由低电压低功耗的ＬＣＤ１２８３２－２显示屏、

对应不同电器的１７路控制继电器输出、蜂鸣器及报警喇叭组成。其中

ＬＣＤ１２８３２－２是一款分辨率为１２８×３２的中英文图形液晶（黄色背光）显示模块，具有４位／８位并行、２线或３线串行多种接口

方式，内部置有８１９２个１６＊１６点阵的一级、二级简体汉字和

１２８个１６＊８点ＡＳＣＩＩ字符集，用来显示８×２行１６×１６点阵的汉

字对话信息，构成全中文人机交互图形界面并显示当前日期、时间、星期、温度、湿度、定时提醒等信息和一氧化碳、天然气含量及报警提示的输出信息。ＰＩＣ１６Ｆ９４６的１７路输出的ＣＭＯＳ电平经过驱动管后输出大电流控制继电器，为降低成本根据不同功率电器配接相应功率的驱动管和继电器。蜂鸣器采用ＺＭＱ－

１５０４输出提醒声音。

３系统软件设计

系统软件由初始化、煤气、烟雾、浸水、一氧化碳、门、窗、湿度、温度传感信号的处理子模块和本地键盘及远程控制、报警子模块组成，主程序按预定优先级顺序调用各中断子程序实现系统的控制功能。键盘子模块根据扫描码分别执行预设数据子程序和电器开关子程序并形成标志位，八路传感信号处理的各子模块将采样数据送入缓冲并根据预设数据特征形成中断标志位，Ｉ／Ｏ控制和报警子程序根据中断标志位依次执行相应的显示输出、控制输出、报警输出子程序。程序流程图如图３所示。

图３程序执行流程

４结束语

随着社会的全面信息化、智能化和自动化，利用ＰＩＣ１６Ｆ９４６单片机设计智能家居控制系统，有较好的性能价格比，尤其是在待机状态下可驱动的内置液晶显示（ＬＣＤ）和多达５３个Ｉ／Ｏ口的独有优点必将成为诸如智能家居等控制系统的理想选择，家

居的智能化必将成为未来家居装饰潮流发展的新方向！

本文作者创新点：利用ＰＩＣ１６Ｆ９４６多达５３个Ｉ／Ｏ口的单片机设计多Ｉ／Ｏ智能控制系统，克服了原来由于Ｉ／Ｏ口不足采用多选一路完成多Ｉ／Ｏ接口而造成成本高、可靠性低的缺点。家居内所有电器通过系统面板的按键及预设时长以１２Ｖ直流控制各室２２０Ｖ电器并将工作状态以ＬＥＤ直观显示在面板上，有效解决了使用电器的授权及安全隐患，方便地消除了电器的待机能耗，对我国建立安全和谐、

节约能源型社会有巨大意义。调节系统的模糊控制使家居更舒适，监视报警系统使家居更安全。

参考文献：

［１］ＰＩＣ１６Ｆ９４６Ｄａｔａｓｈｅｅｔ．ＭｉｃｒｏｃｈｉｐＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．２００５．

［２］李学海．ＰＩＣ单片机原理．北京航空航天大学出版社，２００４．

［３］姜晓霞．基于Ａｔ８９ｓ５２单片机的智能客房控制系统［Ｊ］．微计算机信息，２００５，１０－２．

［４］张迎新．单片机原理及应用．电子工业出版社，２００４．［５］ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ．ｃｏｍ／ｓｔｅｌｌｅｎｔ／．

作者简介：郭占龙，１９６５．１１－，汉族，青海师范大学计算机系，副教授，研究方向：智能控制。

Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＧｕｏＺｈａｎｌｏｎｇ，ｍａｌｅ，ｂｉｒｔｈｏｆｎｏｖｅｍｂｅｒ１９６５，ｒａｃｅｏｆｈａｎ；ｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎ：ａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｃｏｎ－ｔｒｏｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ａｎａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒ；ｔｈｅＣｏｍｐｕｔｅｒＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＱｉｎｇＨａｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．

（８１０００８西宁市青海师范大学）郭占龙

通讯地址：（８１０００８西宁市青海师范大学计算机系）郭占龙

（收稿日期：２００６．１２．１７）（修稿日期：２００７．１．１５）

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