家庭智能控制系统的毕业设计说明书

西华大学毕业设计说明书摘要本设计采用STC89C52单片机作为控制芯片，设计一种智能家居系统，对家庭实现智能化管理。该系统由主控、安防、温度检测、线路监控等模块组成，各模块间的通信由RS-485总线实现。同时该设计选用GSM模块让用户对家居实现远程监控，达到远程控制家居的目的；本地控制是通过本地键盘和显示，进行人机交互，实现本地控制目的。整个系统达到安防、温度检测、电器控制等功能的远程和本地控制。【关键词】智能家居系统、单片机、GSM、远程控制、RS-485总线AbstractAkindofsmarthomesystembasedonthecontrolchipofSTC89C52singlechipisdesignedtomanagetheintelligenthome.Thesystemconsistsofcontrol,security,temperatureandhumiditydetectionmodules,usingControllerAreaNetwork(RS-485)bustocommunicateeachother.Atthesametime,thedesignallowsuserstochooseGSMmoduleforremotehomemonitoring,toachievethepurposeofremotecontrolathome;localcontrolthroughthelocalkeyboardanddisplayforHumanMachineInterface(HMI),toachievethepurposeoflocalcontrol.Thesystemiscapableofsecurity,temperatureandhumiditydetecting,andcontrollingelectricaldeviceremotelyandlocally.【Keywords】SmartHomeSystem；MCU；GSM；RemoteControl；RS-485bus西华大学毕业设计说明书目录西华大学毕业设计说明书1前言随着现代科学技术的飞速发展和人民生活水平的快速提高，尤其是手机等通信手段的普及以及微处理器的飞速发展，人们对其生活住宅环境的要求也越来越高。表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求，因此智能家居系统也应运而生。现在国内很多小区安装了智能报警系统，大大提高了小区的安全度，有效保证了人们的人身财产安全，但是光有安防还不够，还需要更多智能性的功能，比如智能家用电器控制、智能温湿度控制等，这就需要一套智能家居系统，让居民对家居实现智能化远程控制，这将成为现代化家居系统的发展趋势。1.1智能家居系统的概念及一般功能智能家居系统（SmartHomeSystem）的概念最早出现于美国。它一般是指将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技术连接到一个智能家庭控制器上，并把其中的一些设备和装置通过家庭网关接入互联网，以实现其现场和远程实时监视、控制、家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住户及环境的和谐与协调[1][3]。一般具有如下特征：(1)家庭中具备完善的、综合的安保防灾措施和生活服务的智能控制器；(2)家庭与小区及社会具有高度的信息交互能力；(3)家庭内部具备完善的安保措施、全面的设施监控管理和信息化的服务管理；(4)为家庭提供多媒体信息服务。智能家居系统一般具有如下功能：(1)庭联网功能；(2)短信收发功能；(3)防盗报警功能；(4)防灾报警功能；(5)求助报警功能；(6)场景控制功能；(7)定时控制功能；(8)远程控制功能；(9)联动控制功能。1.2智能家居的国内外现状及发展趋势智能家居与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性、甚至合理控制各种能源的使用。西华大学毕业设计说明书1.2.1国外发展现状在国外，智能家居常被称为“SmartHome”。目前，世界上许多计算机、通信、家电行业的巨人都认识到它的巨大市场潜力，纷纷进入这个领域。Cisco、Intel、Nortel、Motorola、Lucent、3Com、IBM、Ericsson和松下等公司都己开始建立智能信息家电和智能家居公司。目前已出现在市场上的智能信息家电和智能家居类的产品主要有:(1)美国的X-10系统，该系统是通过电力线作为网络平台，采取集中控制方式实现多种功能，目前在国内应用极少，这套系统的功能较为强大，但它暂时不具备在国内市场推广的条件。首先，它是基于美国的电力环境设计的，很难适应国内恶劣的电力线环境;其次，它的功能虽然强大，但是针对西方消费的习惯设计的，难以满足国内消费者的要求;最后，也是最为重要的因素，它的价格也是国内的房地产品和普通消费难以接受的。(2)德国的EBI系统，该系统采用的是预埋总线及中央控制方式实现各种控制功能，目前在国内应用极少。究其原因，一个是其工程要求较为复杂、严格;另一方面，由于它需要进行线路预埋，因此主要客户对象是新建小区的开发商，但它较高的价格是这些开发商所难以承受的，所以一直无法打开国内市场。(3)新加坡8X系统，该系统采用预埋总线和集中控制方式实现各种功能，同时，利用的产品可对系统进行扩展。目前该系统在国内有少量应用。应该说8X系统最大优势在于系统较为成熟，是比较适合中国国情的系统，在国内及东南亚市场有成功应用的范例，但在系统架构、灵活性、价格等方面还难以满足要求。首先，8X采用的预埋总线方式决定了它的切入点只能是新建小区，对于旧房改造这一潜在的巨大市场它无能为力;其8X集中控制的方式降低了用户的可选择性，前期投入成本较高，而这正是房地产商最为关心的问题[2]。1.2.2国内发展现状我国的智能家居相对于国外起步较晚，尚未形成一定的国家标准，主要采用国外的技术和产品阁，但也有一些企业推出了自己的产品，其中主要有:(1)清华同方的e-Home数字家园。清华同方智能家居控制系统是专门针对中国家庭设计的家庭自动化系统，遵循国际技术标准，采用嵌入式软、硬件技术，提供网络、网络节点及末端设备等全系列家庭自动化产品。系统可以提供的功能有:智能调光、家电管理、远程控制、家政保安、环境设置和窗帘控制等功能。清华同方的e-Home数字家园主要是在智能大厦、智能西华大学毕业设计说明书小区的建设中，提供完整的系统解决方案，产品以功能模块开发为主，采用国外成熟的智能家居标准之上。(2)海尔的“e家庭”。2000年9月海尔提出“e家庭”概念，并计划陆续推出以下的“e家庭”产品:家庭无线网络、整体智能厨房、整体卫浴、智能上网设备、ebook、掌上智能设备、指纹/瞳孔识别系统、TabletPC等产品。海尔的“e家庭”以海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，以海尔移动电话作为移动数字控制中心。在技术方面，海尔与微软合作，利用微软的windowsMe技术和海尔的网络家电技术，使“e家庭”己具雏形，海尔己推出了网海尔的“e家庭”科隆的“现代家居信息服务集散控制系统”络洗衣机、网络冰箱、网络空调、网络热水器、网络微波炉等一系列信息家电的产品。(3)科隆的“现代家居信息服务集散控制系统”。科隆集团推出的“现代家居信息服务集散控制系统”，有效地集成了家电智能控制、家电远程故障诊断及维护、远程互联网控制和家庭娱乐诸项功能。以上三种具有代表性的我国智能家居系统，是不同企业和科研单位从不同角度和立场理解智能家居的结果,由于智能家居系统现在还缺乏统一明确的国际标准，因此很多公司开发出的产品使用的是自己组网技术和信息交换协议，有的核心技术没有对外公开，技术复杂，不易掌握，有很多产品是针对特定的组网环境开发的产品，因此，限制了其使用的范围，而且由于是少数几家公司约定的技术，相关第三方产品缺乏，各个接入设备之间不能兼容，互操作性差，用户扩充系很不方便，限制了其进一步的发展。还有的系统成本太高，普通用户难以承受，所以也没能广泛推广使用。因此设计一个符合国情、符合国家规范的集远程控制和本地控制为一体的智能家居控制系统具有非常重要的现实意义和深远的历史意义。1.2.3智能家居系统的发展方向(1)向“一体化系统集成”方向发展。家居智能化需满足自动化管理、三表计量、安全防范监控、火灾报警、对讲呼叫、设备监控等六方面内容，把六项内容的智能化功能集成，从而降低成本，是其未来发展的一个方向。(2)向节能环保方向发展。智能化的本质之一是降低成本和提高效率，节能是降低成本的关键技术；环保是全球的要求，智能家居如何结合现有技术降低功耗、减少对家庭和小区的环境污染，提高生活环境的质量，这些也是其未来发展必须考虑的因素，也是“科学发展观”的最好实践。西华大学毕业设计说明书(3)向仿人智能化、网络化、人性化方向发展。仿人智能化是智能控制发展的必然趋势，它是当代高科技技术和生物学技术的高度综合和升华。因此，家居的智能化也必然向仿人智能化方向发展；网络化是信息技术、通信技术和计算机技术发展的必然趋势，是智能化的一个重要条件；人性化体现了“以人为本”的思想，是科学技术发展的目的和最终归宿。因此，也是智能家居未来的一个发展方向。(4)向规范化、标准化方向发展。我国智能家居发展较晚，新技术、新产品层出不穷，标准和规范还在制定之中。产品的规范化、标准化方面仍存在着许多问题；WTO的加入还需考虑和国际接轨的问题；规范化、标准化是智能家居快速发展、走入国际市场的必由之路。(5)向具有“中国特色”的家居智能化方向发展。家居智能化系统需要大量的适合中国国情的产品和运行软件，目前开发的软硬件产品的种类较少，水平较低。因此，这一方面的研究开发急需加强。而在我国现今的生活环境下，普通百姓在家庭装潢时对于智能家居系统暂时还处于陌生和不接受的状态，其中主要原因为智能家居系统的高昂成本让智能家居难以走进普通百姓家庭。在这样的环境下，研究新的智能家居系统就尤为主要，本设计主要以单片机为主要控制芯片，利用手机短信通讯，大大降低了成本，节能环保[4-6]。西华大学毕业设计说明书2系统设计的总体方案2.1设计任务及其要求基于单片机设计的一个家用智能总线式系统，能实现对任意房间的用电设备的控制，并能指示设备状态，能实现基于公用电话网的远程开关功能；能对门、窗的状态进行监控；能检测室内的温度并能进行调节，且具有防火防盗功能。要求：完成系统的方案选型，元件选择，软件设计。技术指标：(1)采用总线式连接；(2)能实现本地按键控制和远程控制。(3)能控制任意房间的用电设备，具有防火防盗功能。2.2设计目的本设计将利用中央控制器控制各个电路模块达到安防、温湿度检测、电器控制等功能的远程和本地控制。其设计模型图如图2-1所示。图2-1设计模型图2.2.1温度检测控制通过对室内温度监测，得到实际温度与设定温度比较值：当实际温度低于设西华大学毕业设计说明书定温度一定值时，在夏季关空调，在冬季开暖气；当实际温度高于设定温度一定值时，在夏季开空调，在冬季关暖气。当监测参数超标时及时给用户返回警告信息，同时，在一般情况下，用户可以用手机向中央控制器发送短信，查询实时环境参数。2.2.2安防报警当一氧化碳传感器、甲烷气体传感器检测到气体超过预设值时，门磁开关、窗户反射式传感器检测到有动作时，在设防状态下，现场就会有报警信息发送到用户手机上。用户通过手机短信了解和及时处理报警，如果是误报，可以取消报警，达到控制的目的。2.2.3电器控制电器控制主要是控制家用电器的电路通断，将家用电器的开关换成继电器，再由控制中心发送指令控制继电器的启闭，从而达到控制电器的目的。2.3家居智能化实现途径家居智能的基本目标是，将家庭中的各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术（HBS）连接到一个智能话的系统