基于IAP15F2K61S2單片機的智能家居系統(tǒng)設計

章儒學+王靜

摘要：智能家居是目前社會上比較熱門的一個短語，它采用互聯(lián)網(wǎng)技術、移動網(wǎng)絡通信技術、遠程遙控等技術把各種常用的家居設備相互連接起來，統(tǒng)一集中進行遙控管理，使家居生活更加舒適、安全、高效。該文是基于IAP15F2K61S2單片機的智能家居系統(tǒng)設計，實現(xiàn)了光控家用照明設備和窗簾，以及溫控空調(diào)三大功能。該家居系統(tǒng)使用光照傳感器、溫度傳感器分別將采集到的光照值和溫度值通過液晶顯示器進行顯示，利用單片機根據(jù)光照的強弱控制燈泡的亮滅、根據(jù)獲取溫度值與設定溫度值的對比控制空調(diào)的開關、根據(jù)光照值的大小控制窗簾的開關。

關鍵詞：智能家居；傳感器；遠程遙控；單片機

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）29-0176-03

Abstract： Smart Home is a relatively popular phrase in the community and it uses Internet technology， mobile network communication technology， remote control technology to connect a variety of commonly used home appliances to each other， and uniformly focus on remote management， in order to make home life more comfortable， safe and efficient. This article is Based on IAP15F2K61S2 single-chip intelligent home system design to achieve the light control of home lighting equipment and curtains， and temperature control air conditioning three functions. The home system uses the light sensor， the temperature sensor to collect the light value and temperature values are displayed through the liquid crystal display， using the single-chip to control light according to the intensity of light， according to the acquisition temperature and the set temperature to contrast to control air conditioning switch， according to the size of the light control the switch of the curtain.

Key words： Smart Home； sensor； remote control； Single-Chip

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，人們的生活已經(jīng)進入了信息化、科技化時代，人們對生活質(zhì)量的追求也越來越高，在此條件下智能家居的概念也因此被提出來并受到大家的歡迎。智能家居通過依靠物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式等技術將住宅中的各種設備如空調(diào)、冰箱、照明系統(tǒng)、家庭影院、廚房設備聯(lián)系到一起，并且經(jīng)由一定的程序算法實現(xiàn)家用電器控制、照明控制、紅外收發(fā)等特定的功能和使用手段。與我們常用的家居設備相比，智能家居除了具有普通家具的一些基本功能外，在安全化、信息化、智能化、便捷化等方面都具有杰出優(yōu)勢，智能家居人性化的設計使人們在使用家具的同時還能體驗科技化的成果，使生活更加舒適、安全、高效。

1 系統(tǒng)總體方案設計

本系統(tǒng)由核心模塊IAP15F2K61S2單片機芯片、光照采集模塊、LCD液晶顯示模塊、蜂鳴器模塊、溫度傳感器等模塊組成。總體設計圖如圖1所示。

1） 光敏傳感器將采集到的光照值經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換最后再發(fā)送給單片機；溫度傳感器將采集到的溫度值發(fā)送給單片機。

2） 單片機接收到信息后通過控制液晶顯示器LCD12864，并在其上面顯示出溫度值，光照值，除此之外液晶顯示器上還顯示空調(diào)和窗簾狀態(tài)。

3） 單片機再根據(jù)液晶顯示器上的光照值和溫度值控制燈泡、窗簾和空調(diào)。

4） 當按鍵按下，此時是光控燈泡模式，通過光照值的變化來由單片機控制燈泡的亮滅；當按鍵沒有按下，此時是鍵控模式，由單片機直接控制燈泡。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 單片機最小系統(tǒng)設計

單片機的最小系統(tǒng)是組成單片機不可缺少的一部分，由復位電路、晶振和電源組成，其電路圖如圖2所示。

其中，晶振電路接在單片機的18和19引腳上，復位電路接在單片機的9號引腳上，單片機的31號引腳接電源。

2.2 溫度傳感器模塊電路設計

本設計溫度采集模塊的主控芯片使用的是DS18B20，利用其進行采集溫度。其電路圖如圖3所示。

其中，1號引腳和3號引腳之間接一個0.1uF的電容，電容一端與3號引腳VCC共同接地，另一端與1號引腳GND共同接地，2號引腳與單片機的P1.3口連接，將采集的溫度值發(fā)送給單片機。

2.3 光敏傳感器模塊電路設計

本系統(tǒng)的光照采集模塊利用光敏傳感器采集光照值，光敏傳感器是一種利用光敏原件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的器件。最常見的為光敏電阻，它的工作原理是它能感應外界光線的變化，輸出電信號，再經(jīng)過運算放大，從而控制燈泡等家用照明設備，其電路圖如圖4所示。endprint

其中，1號引腳接+5V電源VCC，2號引腳接地，3號引腳AO與單片機的P1.7口相連，從而將采集到的光照值通過帶端口發(fā)送給單片機進行處理。4號引腳DO處于懸浮狀態(tài)。

2.4 液晶顯示模塊電路設計

液晶顯示模塊使用的是LCD12864液晶顯示屏，顯示分辨率為128*64，可提供8192個漢字，本設計使用液晶顯示屏顯示溫度值、光照值以及空調(diào)和窗簾的狀態(tài)。其電路圖如圖5所示。

其中，LCD12864共有20個引腳，其中1號引腳接地，2號引腳接電源，為了使電路穩(wěn)定可靠，在兩引腳之間接入0.1uF的電容，3號引腳與18號引腳接一個10K的電阻，4至6號引腳分別接單片機的P4.2，P4.1和P3.7引腳，7至14號引腳接單片機的P0口，15號引腳接單片機的P1.6口，16號引腳懸浮，17號引腳接一個10K電阻與電源相接，19號和20號引腳分別接電源和地。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 系統(tǒng)開發(fā)工具介紹

該系統(tǒng)開發(fā)使用的軟件工具以Keil uVision4編程軟件為主。它是由德國Keil software 公司開發(fā)的一款用于單片機的程序編寫軟件。目前Keil uVision4已被完全集成到一個功能強大的全新集成開發(fā)環(huán)境中。該軟件將程序編寫、編譯連接、工程管理、窗口、工具引用和仿真軟件模擬器等多種功能集成在一塊，且均可在Keil uVision4中進行快速便捷的操作。

3.2 系統(tǒng)主程序設計

主程序流程圖如圖6所示。程序開始對溫度傳感器、光敏傳感器、液晶顯示屏以及定時器進行初始化，并在液晶顯示屏上顯示出溫度值、光照值、空調(diào)和窗簾狀態(tài)；然后對按鍵2的狀態(tài)進行判斷，若按鍵2按下，則此時光敏傳感器進行光照采集，單片機對采集數(shù)據(jù)進行處理并在液晶顯示器上顯示，此時光照值=光照值/32，然后對此時光照值進行判斷，若其大于350，則開燈關窗簾，若其小于350，則關燈開窗簾；若按鍵2沒有按下，再判斷按鍵1是否按下，若按下則開燈，否則關燈；與此同時，定時1秒更新溫度，并同時讀取溫度值，然后由此公式：溫度值=溫度值*625*16/1000獲取新的溫度值，若得到的新溫度值大與300，則打開空調(diào)，否則關閉空調(diào)。

4 系統(tǒng)調(diào)試與實現(xiàn)

圖7為液晶顯示界面，在該液晶顯示界面上顯示了溫度值、光照值以及空調(diào)與窗簾的起始狀態(tài)，液晶顯示界面正常。

圖8和圖9為窗簾控制界面，本設計中設置的光照閥值為1.7V。如圖8所示，此時液晶顯示器上光照值為1.572V，即光照值小于閥值，則顯示窗簾打開；如圖9所示，此時液晶顯示器上光照值為2.099V，即光照值大于閥值，則顯示窗簾關閉。

圖10和圖11為空調(diào)控制界面，本設計中設置的溫度閥值為30度。如圖10所示，此時液晶顯示器上溫度值為31.0，即溫度值大于閥值，則顯示開啟空調(diào)；如圖11所示，此時液晶顯示器上溫度值為28.0，即溫度值小于閥值，則顯示關閉空調(diào)。

圖12和圖13為光控燈泡界面，本設計中設置的光照閥值為1.7V。如圖12所示，此時液晶顯示器上光照值為2.211V，即光照值大于閥值，作為顯示燈泡打開；如圖13所示，此時液晶顯示器上光照值為1.572V，即光照值小于閥值，則顯示燈泡熄滅。

3 結束語

本系統(tǒng)采用以IAP15F2K61S2單片機為主，各種傳感器為輔的設計方案，成功實現(xiàn)了在液晶顯示屏上顯示溫度傳感器獲取的溫度值、光敏傳感器獲取的光照值以及空調(diào)和窗簾的狀態(tài)；實現(xiàn)了通過光照值控制燈泡的亮滅，通過光照值控制窗簾的開關以及通過溫度值控制空調(diào)的開關。測試顯示，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，實現(xiàn)效果良好。

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