智能家居系统设计与实现

本 科 毕 业 设 计 (论 文)智能家居系统设计与实现The Design and Implementation of Smart Home System 学 院 ：专 业 班 级 ：学 生 姓 名 ：学 号：指 导 教 师 ：2017 年 6 月毕业设计（论文）中文摘要智能家居系统设计与实现摘 要：随着科技的的发展，各种新兴的技术不断涌入我们大众的视野。从人工智能阿法狗到家用智能机器人，智能化产业也开始飞速发展。而如今，经济的发展使得人们开始对自己生活的环境和水平有了更高的要求。智能家居极大的方便了人们的生活，使得人们生活的更舒适。所以，在这种情况下，智能家居系统适应了人们的需求，并且飞速发展。本文设计的是以 STC89C52 为中心，能够实时显示家居环境的温度、烟雾等情况。当室内温度或者烟雾等情况超过预期的设定的范围，系统将会发出蜂鸣器报警，并且向用户发送报警信息的短消息提示。根据报警系统，用户可以借助 GSM 模块得以实现远程手机短消息查询和控制家居环境的功能。在本系统的功能上还能够根据不同的需要自行更改一些电路或者扩展的部分，以实现各种不同的功能。关键词：智能家居；STC89C52；报警系统；GSM毕业设计（论文）外文摘要The Design and Implementation of Smart Home SystemAbstract: With the development of science and technology, more and more technologies are coming to the public. Alpha Go and smart robot are the symbolizes of development in intelligent industry. Nowadays, people are asking for environment and quality in their daily life. The Smart Home System can Simplify peoples way of life and make people feel more comfortable. it also can adapt to peoples requirements. So, under this circumstances, it develops rapidly. The design of this article is mainly focused on STC89C52, through which we can query and control something in our home. When the room temperature or smoke more than the expected range of the set, the system buzzer will alarm, and send the alarm message to the user.According to the alarm system, we also can query and control other things in our home.we also can add some other parts which we are needed, to achieve other different functions.Keywords: Smart home; STC89C52; Alarm system; GSM目 录1 绪论 .11.1 课题研究的意义 .11.2 智能家居系统的发展现状 .21.2.1 国内智能家居发展现状 .21.2.2 国外智能家居发展现状 .32 系统总体设计 .52.1 系统总体设计 .52.2 设计原则 .52.2.1 稳定可靠 .52.2.2 成本低廉 .62.2.3 使用简便有效 .62.3 硬件设计总体框图 .63 硬件电路设计 .83.1 STC89C52 .83.2 GSM 模块 .123.2.1 GSM 模块介绍 .123.2.2 串口通信 .133.3 家庭终端电路 .143.3.1 温度监测模块 .143.3.2 蜂鸣器报警模块 .143.3.3 烟雾检测模块 .153.3.4 继电器控制模块 .153.3.5 按钮控制模块 .163.4 总体电路 .174 软件及调试 .184.1 系统总体软件 .184.2 温度监测模块 .194.3 烟雾监测模块 .204.4 手机短消息模块 .215 系统调试 .23结 论 .29致 谢 .30参 考 文 献 .31二一七届本科毕业设计（论文） 第 0 页 共 31 页 1 绪论随着社会与科学技术的车轮的不断向前，各种先进的技术不停地出现，信息时代、智能科技时代已然悄然到来。在不知不觉中，数字化已经开始渗透到生活的各个方面，极大地丰富人们的生活内容，提高了人民的生活水平。从之前 1997 年的“深蓝” ，到如今的“阿法狗” ，人工智能也逐渐走进了我们大众的视野。人类社会从茹毛饮血、刀耕火种的原始社会，发展到今天的机械化、电子化社会，更有甚者部分地区已然出现的智能化社会。伴随着先进技术的进步，智能化将会像洪流一样流遍世界的各个地区，变成无法阻挡的力量，提高人类生活的水平和质量。所以说家居智能化的发展，必定将会是社会发展历程中不可缺少的一段路程。智能家居，它是近几年在国内才兴起的名词，其依托家庭住宅为基础，在其基础上，集成了系统、服务、管理、控制各个部分，运用了先进的计算机技术、自动化技术、网络技术、无线通信技术等，把在家居生活的主要常用的各个电器设备综合到一起，使其能够通过网络综合检测和控制家里的环境与电器设备，以此来的到一个安全健康、优质舒适、便捷高效、节能环保的居住环境。对智能家居来说，它不仅是一个国家的实力的体现，也将会是人类住宅发展道路上的的必经之路 1。1.1 课题研究的意义受互联网发展的影响，智能家居行业也发展迅速。从单单的互联网发展到如今的物联网。智能家居系统从最开始的简单功能到如今的集各种功能于一体。它把家庭网络里的多种器件或系统集成在一起，如照明、温控、安保系统等，实现了能够室内外控制，防盗报警，环境监控，手机远程查询控制等功能。与普通的家庭住所相比，智能化的家居不仅拥有传统的基本住宅生活功能，而且增加了新的建筑通信，配备信息家电，家庭电器基本实现了电器自动化。智能家居系统已成为了现代先进的新型住宅的代表。实现了效率、舒适、安全、环保等标准于一体。它大大的方便了人们对家庭环境的要求的实现，将系统、结构、服务和管理进行整合，简化人与环境的信息的交换。并且当家庭主人不在住宅内时，依然可以能够在外与家里环境沟通和调整。这些使得人们的生活变得更加合理，时间也更灵活。还有，它也使得住所安全性得到极大的提高，为住户提供安全的保障。另外还可以减少能源的浪费，降低成本，从长远上来说间接为国家增大效益，为国家发展做出贡献。当今社会，世界经济发展放缓，而中国经济依然保持较好的发展势头。而这一情况的主要原因大都是建立在巨量的石油资源的消耗，不可再生能源的日益减少上的。以此为基础，以保持人类可持续发展为目的，世界的大多数国家都提出适合自己国家的节能减排和面向低碳方向发展的措施。在日常生活中，二一七届本科毕业设计（论文） 第 1 页 共 31 页 人们所处的地方所占时间最长的就属建筑里了，所以对于一栋能够节能环保的建筑需求就越来越显得迫切了 2。随着这种需求的发展，国家也开始注意到这个方面，逐步开始出台了一些和鼓励支持绿色建筑的政策。而且建筑行业产业链较长，延伸有很多方面，单单的建筑业发展就能够带动带动很多其他的产业，比如制造业、服务业等。谈到建筑行业，智能化的建筑就不得不提。家居电器智能化的发展在这背景下就迅速发展起来。建筑的智能化的发展也会反过来促进房地产等其他行业的持续性发展。当前，由于我国各方面的快速发展，我国的家居智能化也有了一定的发展基础。然而相比与其他发达国家，我国智能家居行业仍然相形见绌。在我国，智能家居行业并没有一些通用的标准或准则，各个企业基本根据自己的发展方向，研发出自己公司的独特的智能家居产品。然而，百花齐放，百家争鸣，越来越多的企业涉猎于此，却始终没有来约束方圆的规矩。这些都大大阻碍了家居产品智能化的发展 3。另外，地球环境的逐渐恶劣，造成人们日常生活中的许多麻烦，就像严重雾霾，沙尘暴等天气，人们出行在外都是武装到牙齿。在这样的外界环境下，人们怎能不担心自己的身体健康。出行在外就已经提心吊胆，难道在家或者在办公室还要再继续担惊受怕？社会越来越进步，科技愈来愈发达，人们对于日常的家居生活水平的要求也越来越高 4。智能家居能够依靠其带给用户优质的生活体验，简便的生活方式，逐渐涌入大众的眼球。智能家居而作为不断其整体的发展恰好能够满足大众对于生活方面越来越高的要求，符合大众的心意。所以，对于智能家居系统的发展来说，基本就是用前程似锦来形容，这也是本课题研究的重要意义 7。1.2 智能家居系统的发展现状1.2.1 国内智能家居发展现状对我国来说，智能家居发展上比 其他的国家要迟一些。就拿上个世纪八十年代来说，我国整体发展的都比较迟缓，生活条件比较艰苦吃饱穿暖有地方住就是基本的生活需求。要说在自家住宅上实现智能化，根本就沾不到边。但逐渐随着国家和社会的发展及各种科学技术的进步，人们的生活水平慢慢从温饱型向着小康社会的水平迈进。由于生活水平提高，条件的改善，对住房方面的要求也更多元化。而且本来在我国就有着很大的人口基数，对于衣食住行中的住房方面有着比其他一般的国家更大的需求。因此在这个背景下，智能家居在房地产行业逐渐并且快速地发展了起来。各个公司都争相投入到其中，大力发展智能家居系统。即使如此，其发展也遇到了很多困难。首先，国内的大多数人都对智能家居了解甚少，只是单纯知道智能家居片面的意思，没有真正的从本质上了解智能家居的性质和原理，不太会接受智能家居的使用，这就给智能家居的普及造成一定的困难；其次，在智能家居系统二一七届本科毕业设计（论文） 第 2 页 共 31 页 行业内，没有一致的标准，各种技术的运用及效果参差不齐，兼容和稳定都不能达到大众的需求，与大众所想的成品效果相差较远。从而使得大众容易误解，以偏概全，从而否定整个行业内的产品。还有就是成本及造价费用高昂。对一般的普通家庭来说，假如要一套一般智能建筑，它里带有智能家居系统，系统还要包含建筑里面所必须的智能电器设备，所需要的费用将会极大地超过普通的建筑所需要的费用，大大超过初期的预算。但随着改革开放的深入和国家发展，一些初期的问题就慢慢得到了解决，智能家居行业逐渐出现蓬勃发展的态势。国家的“十二五”规划也提出了的一些相应的政策，鼓励和支持其发展。到如今的“十三五” ，国内智能家居行业已经呈现百家争鸣的势头，他们在智能家居方面都各自有着自己的一些建树。例如华为、小米、海尔、腾讯等。他们都在智能家居的发展上花费了许许多多的金钱与精力，致力于钻研适合自己企业发展的并能够与其他公司的产品兼容的智能化家居系统 5。1.2.2 国外智能家居发展现状从上个世纪末期开始，电子技术的在家用电器方面的运用就已经变得逐渐广泛起来，住宅电子化也应运而生。而后开始，家中的各个电器与通讯设备还有安保等融合在了一块，即成为了家居自动化。这个概念自此而生并且逐渐发展，随着在其中运用到了总线技术后，能够对居住环境整个进行监控调整，成为一个更为实用的商业系统。比如美国的 Wise Home 和欧洲的 Smart Home，所指的就是如此 6。紧接着德国和日本等国家也发现其前景的广阔，纷纷效仿并且投入大量的精力，使得智能家居的发展进入空前的繁荣时期。最开始世界首富比尔盖茨不惜重金，建造了属于自己的一套智能住所。他的住所里面布局着很多很多的电缆，通过这些电缆将建筑里的电器等设备组合到一个巨大的网络里面。从建筑里面的很小的单独的房间来说，主人都可以通过灵敏的触摸板来进行调整和控制屋里的温度、湿度、灯光的光照亮度等。在此后不到一年，在“亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上面，就出现了一套更为功能强大的智能家居系统。它已经基本包含了居住环境的各个方面。有水表的示数、电表的示数、安全防盗功能、室内人员的识别、常用电器的控制、实时的监控等。随着这套系统的展示，世界各地有着许多的家庭都先后对其进行改造，运用于自己住宅内。观察到智能家居的兴起，各个商业巨头当然不会放过智能家居行业这块大蛋糕，各自都付出了不少的时间与资金，大力投资到智能家居行业。在其行业国外比较有名的有三星、松下、苹果等公司。就拿三星来说，从最开始进入智能家居行业，到如今，三星已经基本能够占领整条智能家电的产业链。三星自己生产的智能家具电器的主要部分的零器件，绝大多数都是源于自己的开发和生产。所以，三星掌握着许许多多的专利，建造者属于自己的生产基地，而且经销商遍布各个国家和地区。三星在三年前就收购了 Smart 二一七届本科毕业设计（论文） 第 3 页 共 31 页 Things。由此，三星的智能家居方面又有了一块坚固的后盾。其提供的各种技术支持可以广泛运用到三星的各种设备上。通过这些智能设备，三星的智能家居发展到现在已经非常成熟。而且在德国柏林举行的 IFA 展会上，三星就发布了第二代 Smart Things Hub 智能家居套件。而苹果在 2014 年发布的智能家居平台 Home Kit，其已经成为了一个智能家居的应用。早在 2015 年 5 月 15 日，苹果就宣布，首批支持其 Home Kit 平台的智能家居设备在下个月月上市；2016 年 6 月 13 日，苹果开发者大会 WWDC在旧金山召开，会议宣布建筑商开始支持 Home Kit。将苹果系统 iOS 10 更新之后,就会多出了一个新的 APP家庭系统。当打开了该 APP 后，就能够直观地了解到家庭里的情况。而且，对于我们熟悉的 Siri，也支持了第三方的应用程序。当我们与 Siri 进行交互时，就能够直接控制家庭住宅的的智能家电等。比如告知 Siri 自己要睡觉时，它就可以控制家里的智能灯的关闭，锁上家里的智能门等。当然，用户也可以根据自己的个人喜好来进行一些自定义的操作或者功能的实现等。所以说，智能家居系统内部的功能也逐渐丰富起来，从最初的对家用电器的简单控制，到门禁系统、对环境的检测和报警和调整，远程抄表等功能。国外的发展都极为迅速。二一七届本科毕业设计（论文） 第 4 页 共 31 页 2 系统总体设计本次设计的智能家居系统主要是以 STC89C52 为主控芯片，通过主要的家庭用的传感器来对家庭内部的环境进行监测，通过 GSM 模块，用短消息的方式发送给手机端，使得即使主人没有待在家里，也可以了解到家庭内实时的环境，从而选择对家庭电器的控制进而进行调整，本系统硬件部分主要有主控芯片模块、显示模块、报警模块、按键控制模块、传感器监测模块、GSM 模块等，另外还有系统软件等部分的设计 8。 2.1 系统总体设计本次的系统设计主要为智能家居控制系统。其主要设计要求如下：1、温度、烟雾的实时监测与显示。通过家庭内部终端传感器对家居环境的温度、烟雾参数进行采集，并将得到