智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高天宇

摘要：“智能家庭控制系統(tǒng)”是由紅外遙控模塊遙控實(shí)時(shí)測(cè)量溫度，來(lái)實(shí)現(xiàn)由單片機(jī)遠(yuǎn)程控制室溫和家用電器的開(kāi)和關(guān)。溫度是由芯片DS18B20測(cè)量，家電開(kāi)關(guān)設(shè)備由中間繼電器執(zhí)行，液晶顯示由 LCD1602實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī);DS18B20;紅外模塊

中圖分類號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）07-0160-02

0 引言

目前，家庭智能化已成為主流發(fā)展趨勢(shì)。智能家居是指利用信息和通信技術(shù)在家庭管理中，實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器、電子設(shè)備等一系列家居功能的控制，如溫度、濕度、照明等的自動(dòng)控制。智能家居控制系統(tǒng)集成了以微處理器為基礎(chǔ)的各種家居自動(dòng)化系統(tǒng)，用硬件和軟件設(shè)施控制家居環(huán)境中的各種家用電器和電子設(shè)備。

本文設(shè)計(jì)了一種以STC89C52單片機(jī)、溫度傳感器為基礎(chǔ)的智能家居控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)家居自動(dòng)開(kāi)燈、室內(nèi)溫度檢測(cè)及自動(dòng)開(kāi)啟空調(diào)等功能。

1 系統(tǒng)總體組成

智能家居控制系統(tǒng)由控制模塊、紅外模塊、時(shí)鐘模塊、溫度模塊、電磁繼電器模塊、顯示模塊六大部分組成。

首先，紅外控制模塊接收信號(hào)，將信號(hào)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)再將信號(hào)分別傳輸給時(shí)鐘模塊、溫度模塊和電磁繼電器模塊。它們根據(jù)接收到的信號(hào)開(kāi)始工作，最后將信息結(jié)果顯示在顯示模塊上。時(shí)鐘模塊接收到信號(hào)后，顯示模塊將顯示當(dāng)前年、月、日、時(shí)。當(dāng)溫度模塊接收到信號(hào)后，在顯示模塊上顯示當(dāng)前的溫度和電器的工作狀態(tài)。當(dāng)溫度超過(guò)或低于設(shè)定溫度時(shí)，單片機(jī)控制繼電器模塊自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉空調(diào)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為最小系統(tǒng)模塊。 STC89C52是一個(gè)8位單片機(jī)，它的指令集與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051系列微控制器完全兼容。STC89C52嵌入了64kb的閃存，用于調(diào)用應(yīng)用程序，并與系統(tǒng)編程代碼共享。

2.2 紅外模塊電路設(shè)計(jì)

紅外遙控模塊的功能主要由芯片TC9012來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖1所示，TC9012的數(shù)據(jù)格式包括引導(dǎo)碼、用戶碼（共兩組16位）、數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼，共占32位。編碼方式為PPM。CPU作為遙控器接收到的啟動(dòng)信號(hào)，只有在接收到引導(dǎo)脈沖后才能對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，以防止傳輸信號(hào)不完整。設(shè)置了用戶編碼，有效地防止了多臺(tái)設(shè)備之間的干擾。數(shù)據(jù)編碼和數(shù)據(jù)反編碼是為了保證接收數(shù)據(jù)的正確性。為了減少干擾，采用了價(jià)格低廉、性能可靠的集成紅外接收機(jī)HS0038。接收頻率38kHz，周期26μs，占空比1∶3的矩形波。HS0038對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢測(cè)和整形，得到TTL級(jí)編碼信號(hào)，發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行解碼和相關(guān)顯示。因?yàn)檩敵鲂盘?hào)的極性與發(fā)射信號(hào)的極性相反，因此，為了與發(fā)送信號(hào)編碼一致，在解碼之前必須對(duì)接收信號(hào)取反。

2.3 溫度模塊電路設(shè)計(jì)

溫度傳感器采用DS18B20芯片，是以9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值，DS18B20通過(guò)一個(gè)單線接口發(fā)送或接受信息，因此在中央微處理器和DS18B20之間僅需一條連線（加上地線），用于讀寫(xiě)和溫度轉(zhuǎn)化的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無(wú)需外部電源。它可以直接將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，降低了電路的復(fù)雜程度，提高電路的運(yùn)行質(zhì)量。

2.4 電磁繼電模塊電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用三個(gè)05VDC SRD型電磁繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制，使用遙控器的三個(gè)按鈕，控制微控制器的三個(gè)端口P1.0，P1.1，P1.2端口。第一次按下，繼電器開(kāi)關(guān)被閉合，第二次按下，繼電器開(kāi)關(guān)是打開(kāi)的，三個(gè)獨(dú)立的控制端口，互不影響。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

智能控制系統(tǒng)軟件的軟件設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)部分：紅外模塊、溫度模塊、時(shí)間模塊、LCD顯示模塊。

紅外模塊接收控制軟件，主要用于網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的交流輸入設(shè)計(jì)，人機(jī)界面是其主要功能。這是所有相應(yīng)功能的電磁繼電器端口I/O單片機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)編程將其全部轉(zhuǎn)換成紅外遙控器的信號(hào)，控制與單片機(jī)芯片相連的紅外接收器和對(duì)應(yīng)于各頻段傳輸信號(hào)的通道遙控頻率，然后通過(guò)單片機(jī)串聯(lián)監(jiān)控電磁繼電器的性能算法。紅外模塊程序流程圖如圖2所示。

溫度模塊主要用于驅(qū)動(dòng)DS18B2溫度傳感器，對(duì)應(yīng)于與帶有小數(shù)點(diǎn)所獲得的二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換環(huán)境監(jiān)測(cè)DS18B20數(shù)據(jù)的溫度的輸出信號(hào)，以促進(jìn)和液晶顯示模塊的對(duì)接。溫度模塊程序流程圖如圖3所示。

當(dāng)開(kāi)機(jī)時(shí)，所有程序進(jìn)入初始化，按下紅外遙控，定時(shí)器產(chǎn)生中斷，則開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)，被控制模塊顯示出相應(yīng)的數(shù)值，并顯示在屏幕上。

4 結(jié)語(yǔ)

該控制系統(tǒng)可以輕松地遠(yuǎn)程控制家用電器，不僅提高了家居安全、方便和舒適，同時(shí)也達(dá)到了環(huán)保的目的。本課題設(shè)計(jì)仍有很多可拓展空間，比如液晶屏可以拓展為觸摸屏，遙控控制模塊可以拓展為互聯(lián)網(wǎng)軟件遠(yuǎn)程控制，增加天氣顯示功能、光敏模塊控制智能燈光、遠(yuǎn)程操控?zé)崴鳠取?/p>

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