家庭智能控制系统设计

前言21世纪，电子技术飞速发展，有力地推动和促进了社会生产力的发展和社会信息化的提高，电子技术的应用已经渗透到人类生活的各个方面。从计算机到手机，从数字电话到数字电视，从家用电器到军用设备，从工业自动化到航天技术，都尽可能采用了电子技术。随着经济的发展，生活水平的日益提高，人们对居住环境的要求也日渐提高，希望建筑不仅更便利、舒适而且更安全。家庭防火、防盗、煤气安全等问题就成为人们极为关心的问题。近年来，家庭智能控制装置已成为银行、商店、办公室、居民区、宾馆、库房、住宅等场所普遍应用的设备，为维护社会治安、保障国家财产和群众的安全发挥了重要作用。但是由于经济、技术的各种原因，目前家庭智能控制系统设计不尽合理的情况比较普遍，在信号检测、信号处理上面还存在一定问题，致使一些系统经常出现误报或者漏报。报警系统不动作、误动作率比较高。正是基于目前这种现状，本设计方案提出一种基于多传感器检测单片机处理综合应用的新型家庭智能控制报警系统的设计思想。该系统是以烟雾传感器、温度传感器、光电火焰检测器、湿度传感器、警情信号检测器、电使用安全检测器、水位安全检测器和CO传感器为检测元件，以80C51单片机为控制核心，组成的一种家庭智能控制系统。它可以通过多种方式自动进行报警和预警，并借助电话等现代化通讯手段进行信息传递。系统有两种报警类型，即火灾报警和非法侵入报警（盗情）。系统采用多传感器电路检测火灾的发生和非法侵入，一旦出现火灾或是出现非法侵入，传感器检测电路发出信号，单片机响应中断后，启动自动拨号电路，根据报警类型的不同拨打不同的电话号码，发送不同的报警信息。比如，到发生非法侵入的时候，系统自动拨打110；发生火灾的时候，系统自动拨打119。系统还可以根据主人设计好的原则对家中的电器设备进行自动化控制。在论文的编写过程中，得到的老师的指导与帮助，才使我们的设计报告非常圆满的完成，在此表示感谢。因时间仓促及编者水平有限，书中难免存在错误，恳请读者批评指正。目录前言………………………………………………………………………………………………..摘要……………………………………………………………………………………………关键词……………………………………………………………………………………………设计要求……………………………………………………………………………………………第1章方案的选择和确定…………………………………………………………………1.1延时的方案选择……………………………………………………………………………1.2信息传递的方案选择…………………………………………………………………………………1.3键盘与单片机连接方式……………………………………………………………………………第2章家庭智能系统的系统概述………………………………………………………第3章单元模块设计………………………………………………………………………3.1带传感器检测信号的输出和输入模…………………………………………………3.2以单片机为核心的控制装置………………………………………………………………………3.3单片机时钟与复位电路模块……………………………………………………………3.4电平转换装置……………………………………………………………3.5语音提示及秒灯电路……………………………………………………………3.6键盘接口模块……………………………………………………………3.7LCD液晶显示模块……………………………………………………………3.8家庭应用模块……………………………………………………………3．9计算机接口模块……………………………………………………………第4章鸣谢……………………………………………………………第5章元件使用表……………………………………………………………第6章结束语……………………………………………………………参考文献……………………………………………………………收获和体会……………………………………………………………家庭智能控制系统摘要根据目前家庭智能控制系统现状以及所存在的主要问题，设计了一种基于各种传感器及单片机的家庭智能控制系统。系统采用烟雾传感器、温度传感器、湿度传感器、光电火焰检测器、警情信号检测器、电使用安全检测器、水位安全检测器和CO传感器为检测元件，以单片机作为控制核心，利用电话等现代化通讯手段进行信息传递。多传感器的综合使用实现了低误报率，增强了系统的可靠性。关键词：防火、防盗、传感器、报警系统设计要求：一、任务以单片机为核心，设计一个小型的家庭控制系统。此控制系统可智能地对家庭的各种环境（如温度、湿度、防盗情况、煤气安全等）进行检测，并能根据主人设计好的原则对家中的电器设备进行自动化控制。二、要求1、基本要求（1）以一种单片机作为主处理器，包括外围开关量的输入输出控制。（2）有8路开关量输入，输入电压为24v，有指示灯；（3）有8路开关量输出，端口的输出功率为24v/50mA，有指示灯；（4）有液晶显示屏，在显示屏上显示时间，并可通过键盘修改时间。2、发挥部分（1）增加4路开关量输出，并可通过键盘设置此4路中每一路在何时输出有效信号及时间长度；（2）可通过键盘任意修改基本要求中的输入和输出的对应关系，使输入输出具有一定的逻辑关系。方案的选择与确定家庭智能系统的系统概述家庭智能控制系统硬件主要由九部分组成：带传感器检测信号的输出和输入模块，以单片机为核心的控制装置，单片机时钟电路模块，电平转换装置，语音提示及电路秒灯模块，键盘接口模块，LCD液晶显示模块，家庭应用模块，计算机接口模块。该系统采用开关量模拟检测信号，经调节、控制、显示、报警等仪器设备和很大部分的人工操作智能，并通过较高复杂度的计算方法和处理方法使受控对象的动态过程按规定的方式和技术运行来实现家庭智能控制。单元模块的设计1、延时的方案选择方案一：硬件延时即利用555构成的单稳态触发器来完成方案二：软件延时即利用单片机编程来完成论证与选择：虽然用硬件来实现在设计是比较简单，但考虑到成本尤其是系统的稳定性。所以选择方案二。2、信息传递的方案选择方案一：都利用光信号如液晶显示器、LED传递信息，无需多余接口，节约成本且满足要求方案二：加扬声器，传递出声音信号论证与选择：考虑到如今已进入到多媒体时代，绝大多数电子智能产品都是声音和显示器的结合，为了适应时代的要求，本设计选择方案二，虽然增加了系统的成本以及编程，焊接的复杂程度，但认为这是必要的。如闹铃功能模块，不仅有开关量的输出，而且还会放一段主人设计好的铃声，这更符合人性化。3、键盘与单片机连接方式方案一：查询方式设定一个时间间隔，每隔这段时间，对键盘扫描一遍，当单片机检测到有按键按下时，开始工作，无需另接芯片，电路简单。方案二：中断方式利用MM74C922连接到单片机外部中断输入引脚（P3.2）。采用中断方式可以大大节省CPU的时间，当转换结束后，主动发送一个脉冲向单片机提出中断请求，单片机响应中断请求，都外部中断服务依序读取数据。论证与选择：虽然中断方式较复杂，但是由于我们的专业对单片机相关知识的要求很高，还有查询方式对速度会产生影响，所以我们采用方案二。家庭智能系统的系统概述软件流程图如下所示图系统软件流程图数据处理子程序PB=11111011？PB=10111111？PB=01001111？PB=11111101？PB=11111110？PB=11110111？PB=01111111？煤气对应输出端响应LCD第二行显示“gas“1S，喇叭响3SLCD第二行显示“electricity“1S喇叭响2.5SLCD第二行显示“fire“1S喇叭响2SLCD第二行显示“temperature“1S，喇叭响0.5SLCD第二行显示“thief“1S喇叭响1.5SLCD第二行显示“humidity“1S喇叭响0.5SLCD第二行显示“water“1S喇叭响1S湿度对应输出端响应温度对应输出端响应水控制对应输出端响应电安全对应输出端响应防盗对应输出端响应火灾对应输出端及自动喷淋端响应标志位=1？标志位=1？标志位=1？标志位=1？标志位=1？数据处理结束NNNNNN定时处理子程序闹钟时间到没？睡前烧水开时间到没？睡前烧水关时间到没？暖气关时间到没？窗帘开时间到没？暖气开时间到没？窗帘关时间到没？对应输出端LED亮LCD第二行显示“alarmclock“1SLCD第二行显示“openboiling“1S对应输出端LED亮扬声器放一段音乐对应输出端LED灭LCD第二行显示“closeboiling“1S对应输出端LED灭LCD第二行显示“openheating“1S对应输出端LED亮LCD第二行显示“closeheating“1S对应输出端LED灭LCD第二行显示“opencurtain“1S对应输出端LED亮LCD第二行显示“closecurtain“1S对应输出端LED灭图定时子程序流程图本系统以80C51单片机为核心，以4×4接盘，LCD模块为人机接口，并利用可编程的并行8255接口芯片扩展并口。系统框图如下图所示图系统框图系统功能说明如下图所示图八路输入输出功能说明图四路家庭应用功能说明功能说明：本次设计的家庭智能控制系统可智能地对家庭的各种环境进行监测，并可根据主人设计好的原则对家中的电器设备进行自动化控制。当家庭环境湿度发生大幅度改变或者超过一定限制，湿度传感器会发出有效的信号，在经系统综合分析处理后继续发出信号给集中式空调处理系统，由集中式空调系统对环境湿度度进行调节使环境湿度达到令人舒适的值。当住宅内卫生间发生严重水满溢出事故时，水位安全传感器同样会发出有效信号，经本系统处理分析后发出有效控制信号使水安全控制中心处理该事故。CO传感器通过检测泄漏的一氧化碳气体浓度来作为报警信号，一旦发生煤气泄漏，主人可以接收到报警信号，方便主人及时做好相关的避免煤气中毒工作。家庭住宅一旦抢劫、盗窃等意外事件，警情检测装置发出信号后，防盗报警器立即工作，在第一时间通过防盗系统的电话通讯装置通知主人。警报既可对窃贼产生威慑作用也会通知周围人员及时做好相关保护协助工作。一旦家庭住宅内发生火灾，室内的温度传感器、光电火焰检测器、烟雾传感器同时发出信号，促使火灾自动报警系统启动，该系统会及时地发出警报同时开启喷淋灭火系统进行灭火，系统还以根据具体情况关断电源，以防发生其他如短路、触电等事故。当家庭环境温度发生大幅度改变或者超过一定限制，温度传感器会发出有效的信号，在经系统综合分析处理后继续发出信号给集中式空调处理系统，由集中式空调系统对环境温度进行调节使环境温度达到令人舒适的值。家庭发生电安全事故时，系统也会做出相应的动作来防止人员的伤亡。如一旦发生电短路或过载系统可以及时控制家庭住宅相应区域的电源开与关。该系统除了以上家庭环境监测与控制功能外，还具有其他四种常用功能。系统带有闹钟功能，可以按照主人的需要设定闹钟；主人可以设定自动烧水时间，可以节约时间而且无安全之忧；主人还可以根据自己的习惯与天气情况设定暖气的自动开与关的时间，既节约电能又可省去亲自开关暖气的时间；最后主人可以根据自己的作息时间设定窗帘开关时间，这样可以保护主人的隐私。该系统还有另一大特点，系统中带有液晶显示屏，液晶显示屏可以显示时间而且无论系统工作在任何一种工作模式下均有在液晶显示屏中之指示。使得该系统更加智能更加人性化。一带传感器检测信号的输出和输入模块此模块采用开关量模拟输入输出信号。八路开关量输入分别代表八路传感器检测到得有效信号。八路开关量输出分别代表八被控对象或者电气设备。在输入开关量中，其与输入端口对应关系如下所示：PB0、湿度传感器PB1、水位安全检测器PB2、CO传感器PB3、警情信号检测器PB4、烟雾传感器PB5、光电火焰检测器PB6、电使用安全检测器PB7、温度传感器在输出开关量中，其与输出端口对应关系如下所示：PA0集中式空气调节系统温度调节、PA1、给排水控制PA2、煤气报警器PA3、防盗报警器PA4、自动喷淋灭火系统PA5、火灾自动