基于51单片机的智能家居控制系统（proteus仿真+电路+原程序等）

摘 要： 智能家居作为家庭信息化的实现方式，已经成为社会信息化发展的重要组成部 分，物联网因其巨大的应用前景， 将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口， 对智能家居的产业发展具有重大意义。本文基于容易实现，方便操作，贴近使用的设计 理念，设计的智能家居系统是以 AT89C51单片机为主控器件，两部分之间通过无线通讯 模块进行数据交换。 主机部分是系统的核心部分，通过键盘输入模块对系统温湿度的 进行初始化设置，并利用 LCD显示模块对室内状况进行实时显示，本部分还具有温湿度 控制和煤气阀开关控制的功能， 对于异常情况，系统可通过声光报警模块进行报警提示， 实现对家居的智能控制。
关键词：传感器信号处理；键盘控制；报警
1.1 课题背景
随着电子信息技术和计算机网络技术的发展， 实现家居信息化、 网络化是当 前智能家居系统发展的新趋势。报警系统作为智能家居系统的一个重要组成部 分，其性能的好坏直接关系到整个智能家居系统的优劣。 目前，智能化已经成为 自动化领域的发展趋势和显著标志， 并且推动智能功能迅速扩展到仪器、 仪表等 设备中去，使设备智能化。 随着科技的进步和人民生活水平的提高， 居民对住宅 的功能、质量提出了更高的要求。 智能家居以其安全舒适、 服务完善而深受住户 的喜爱。随着人们生活水平的提高， 其室内环境质量控制越来越引起社会各界的 广泛关注。“据世界银行估计，中国每年因室内空气污染所造成的经济损失约 32 亿美元。另根据国际有关组织调查统计，世界上 30%的建筑物中存在有害于健康 的室内空气。 这些有害气体已经引起全球性的人口发病率和死亡的增加。 室内环 境污染已经列入对公众健康危害最大的五种环境因素之一。 ”因此，对室内环境 的检测有着极其重要的现实意义，同时映射出本设计有着极其广阔的市场前景。 因此，进行室内环境检测是很有必要的， 通过科学的检测方法可以使业主们了解 装饰后的环境是否达到环保要求， 以规避环境污染的风险， 使业主们能及时有效 地对不合格的空气质量进行治理和整改， 以达到放心地居住和生活在一个良好的 环境中。
1.2    课题研究的意义；国内外研究现状和发展趋势
1.2.1 课题研究的意义
随着人们对居住环境要求的不断提高， 家居智能化已经成为住宅发展的必然 趋势。自从 1984 年在美国康涅迪格州诞生了世界上最早的智能建筑，之后加拿 大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家也先后提出了智能家居的概 念，即将家庭中各种通讯设备、 家用电器和家庭安防装置通过家庭网络连接到一 个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监控， 并保持这些家庭设施与住宅环境 的和谐与协调。 在我国智能家居也在逐渐升温， 但智能家居始终没有真正的走进 人们的生活， 主要是因为目前它在价格、 实用性和功能的丰富程度上存在着一定 的问题。所以开展本课题的研究具有人性化和个性化的特点， 也是智能家居的意 义所在。
1.2.2    国内外研究现状和发展趋势 智能家居的发展分为三个阶段： 首先是家庭电子化阶段， 这个时期主要是面向单个的电器， 家庭电器之间并 没有形成网络，亦没有大的联系。
其次是住宅自动化阶段， 这个时期是面向功能的阶段， 一部分的家庭电器之 间形成了简单的网络， 主要是为了实现某个特定单一的功能， 例如单一的自动抄 表功能。
最后是家居智能化阶段， 这个时期是面向系统设计的阶段， 系统通过家庭分 布总线把住宅各种与信息相关的通信设备、 家用电器、报警装置并到网络节点中 进行集中的控制、管理，保持家电与环境的协调，提供生活、工作、学习以及娱 乐的各种优质服务，营造一种温馨舒适的家庭氛围。
智能家居控制系统提供高效、舒适的家居环境，确保住户的生命财产安全； 集中或远程调节家居环境的温度， 湿度以及风的速度等， 同时检查空气成分， 提 高空气质量；调节音响，电视等娱乐措施，愉悦心情；合理利用太阳能和周遭环 境的变化，尽可能的节约能耗，达到合理利用资源；提供现代化的通信、信息服 务。
2.3.2    DS18B20 工作原理
DS18B20 的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰 力强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。 18B20 共有三 种形态的存储器资源：
ROM 只读存储器，用于存放 DS18B20ID 编码，其前 8 位是单线系列编码， 后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上 56的位的CRC码（冗余校验）。 数据在出产时设置不由用户更改。 DS18B20共 64位 ROM。
RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取， 数据在掉电后丢失， DS18B20 共 9 个字节 RAM, 每个字节为 8 位。第 1 、 2 个字节是温度转换后的数据值信息， 第 3、4 个字节是用户 EEPROM 的镜像。在上电复位使其值将被刷新。 第 5 个字 节则是用户第 3 个 EEPROM 的镜像。第 6、7、8 个字节为计数寄存器，是为了 让用户得到更高的温度分辨率而设计的， 同样也是内部温度转换， 计算的暂存单 元。第 9 个字节为前 8 个字节的 CRC 码。
EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报 警值和校验数据。 DS18B20共3位EEPROM，并在 RAM 都存在镜像，以方便 用户操作。
2.4 1602LCD 显示器
液晶显示器件在中国已有二十余年的发展历史。 二十余年来， 液晶显示器件 从实验室走向大规模生产集团， 形成了独立的产业部门。 现在，液晶显示几乎已 经应用于生产，生活的各个领域， 人们几乎时时处处都要与这一神奇而又普通的 面孔打交道 [5]。
液晶显示是集单片机技术、微电子技术、信息处理于一体的新型显示方式。 由于液晶显示器具有低压低功耗， 显示信息量大易于彩色化， 无电磁辐射， 长寿 命，无污染等特点。 LCD 是目前显示产业中发展速度最快， 市场应用最广的显示 器件，成为众多显示媒体中的佼佼者， 在越来越多的领域中发挥作用， 是目前显 示器件中一个理想的选择 [5]。LCD 与CRT显示器在主要参数方面有许多不同点。 LCD性能参数与 CRT有较大差别，主要反映在色度（色彩多少种或多少位） 、分辨 率、像素点距、刷新频率、防眩防反、观察屏幕视角等方面。
大屏幕显示的应用范围极广， 随着社会发展， 公众生活的加强， 人们对能够 面向广大公众传递信息的显示装置越来越感到必需。使用液晶投影显示大屏幕， 不仅有投影仪， 指挥用大屏幕， 还有液晶投影彩色电视。 它可以用一个体积很小 的系统装置，实现 100英寸以上的非常漂亮的大屏幕电视显示。 它与传统的显示 媒体相比，具有分辨率极高，透过性好，显示内容丰富，彩色易于控制等优点。
随着计算机技术及电子通信技术的发展， LCD 显示屏作为一种新的传媒工 具，现已经应用到商业、军事、车站、宾馆、体育、新闻、金融、证券、广告以 及交通运输等许多行业， 大到几十平方米的大屏幕， 小到家庭影院用的图文显示 屏，以及政府部门应用的电子黑板，证券、银行等部门用的信息数字混合屏。 LCD 显示屏带来广泛的社会效益和经济效益，具有良好的发展前景。
2.4.1    1602 简介 主要技术参数 :
显示容量： 16X2 个字符 芯片工作电压： 4.5~5.5V 工作电流： 2.0mA （5.0V） 模块最佳工作电压： 5.0V 字符尺寸： 2.95X4.35（WXH ）mm 接口信号说明如表 2.3 所示。
表 2.3 接口信号说明
编号    符号    引脚说明    编号    符号    引脚说明
1    VSS    电源地    9    D2    Data1/0
2    VDD    电源正极    10    D3    Data1/0
3    VL    液晶显示偏压信号    11    D4    Data1/0
4    RS    数据/ 命令选择端 （H/L）    12    D5    Data1/0
5    R/W    读/写选择端 （H/L）    13    D6    Data1/0
6    E    使能信号    14    D7    Data1/0
7    DO    Data1/0    15    BLA    背光源正极
8    D1    Data1/0    16    BLK    背光源负极

控制器接口说明 （ HD44780及兼容芯片 ）:
（1）基本操作时序 : 
a.    读状态: 输入: RS=L, RW=H, E=H
b.    写指令:输入:RS=L, RW=L, D0~D7=指令码， E=高脉冲
c.    读数据: 输入: RS=H, RW=H, E=H
d.    写数据:输入: RS=H, RW=L, D0~D7=数据， E=高脉冲    输出: 无
(2)状态字说明如表 2.4 所示

(3)    数据控制 控制器内部设有一个数据地址指针，用户可通过它们来访问内部的全部 80 字节 RAM 。
数据指针设置
指令码： 80H+地址码( 0-27H，40H-67H) 功能：设置数据地址指针
(4)    初始化过程 (复位过程 )如图 2.3 所示。

图 3.2 单片机最小系统 
3.1.2 红外接收模块
热释电红外传感器功能如下：
（ 1）全自动感应：当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自 动延时关闭高电平，输出低电平。
（2）光敏控制：模块预留有位置，可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。
（3）两种触发方式： L不可重复， H可重复。
a. 不可重复触发方式： 即感应输出高电平后， 延时时间一结束， 输出将自动 从高电平变为低电平。
b. 可重复触发方式： 即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体 在其感应范围内活动， 其输出将一直保持高电平， 直到人离开后才延时将高电平 变为低电平 （ 感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段， 并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点 ） 。
（4）具有感应封锁时间 （默认设置： 3-4 秒） ：感应模块在每一次感应输出后 （高 电平变为低电平 ） ，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收 任何感应信号。此功能可以实现 （感应输出时间和封锁时间 ）两者的间隔工作， 可 应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。
（5）工作电压范围宽：默认工作电压 DC5V至 20V。
（6）微功耗：静态电流 65 微安，特别适合干电池供电的电器产品。
（7）输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。

图 3.3 红外接收模块
3.1.3 温度传感器模块
通过温度传感器（如图 3.4 ）采集当前的温度信息，送到核心控制设备 中，由其 MCU 进行分析，通过与预设值的对比，决定控温设备的开关，使 室温保持在一个恒定的范围。同时为了方便控制， MCU 会将采集到的温度 值发送到 LCD1602 液晶屏上显示出来。

图 3.4 温度传感器 DS18B20

 图3.1  51单片机智能家居电路图

图3.2  51单片机智能家居proteus仿真图

***4 仿真、程序**

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