一种单片机方案的智能家居系统设计与实现

33卷第5期 2017 年 10 月

JOURNAL OF HUBEI POLYTECHNIC UNIVERSITY

湖北理工学院学报V〇l_33 N〇.5Oct.. 2017

doi ： 10.3969/j. issn. 2095 - 4565.2017.05.003

一

种单片机方案的智能家居系统设计与实现

黄红霞\\鲁令军,肖贵贤\\丁小康C

湖北理工学院电气与电子信息工程学院，湖北黄石435003;

22

2黄石安达业智能科技有限公司，湖北黄石435003)

摘要

:针对智能家居的控制问题,提出了一种控制方案。以单片机为核心，通过外部传感器，系统

实现了多源控制、红外发射和接收、按键手动模式转换、液晶显示等家居环境自动监控。对系统进行

了仿真，仿真结果验证了系统设计的正确性。该智能家居系统提高了家居的舒适性和安全性。关键词:智能家居;单片机;传感器中图分类号:TP29 文献标识码:A

文章编号:2095 - 4565(2017)05 - 0008 - 04

Design and Implementation of Intelligent Home System

Based on Singlechip

Huang Hongxia ,Lu Lingjun2 ,Xiao Guixian ,Ding Xiaokang2

(1 School of Electrical and Electronic Information Engineering, Hubei Polytechnic University, Huangshi Hubei 435003 ;2Huangshi Andaye Intelligent Technology Co. ,Ltd. ’Huangshi Hubei 435003)Abstract：Aiming at the problem of the intelligent control of Intelligent Home,this paper proposed a control design based on singlechip. With the singlechip as the core and through the external sensors,the system a- chieved conversion of multi - source control，infrared transmitting and receiving，key conversion in manual mode,LCD resd - time display find automatic monitoring of home environment based on singlechip. The sys­tem was simulated and the simulation results validated the accuracy of the design. This intelligent home sys­tem improved the home comfortability and safety.Key words ： intelligent home; singlechip ； sensor

随着电子集成技术和网络技术的发展，智能 家居的应用日渐普及。智能家居系统具有温度、 湿度采集，空气质量测量，智能照明等安防功能， 并可通过手机、电话、互联网等方式实现对家居 的远程监控，提高了家居的安全性和舒适性。智 能家居是一个有机的整体，可以对各单元单独控 制，也可以互相联通。本系统拟采用单片机方 案，结合红外遥控技术实现对室内温度、湿度检

测，窗帘、照明开关智能控制等功能。

1系统总体方案设计

系统采用STC89C52单片机作为控制核

心，整个系统分为4个模块：智能家居主控电 路模块（包含串口通信模块、矩阵控制模块、

电机电路和LED电路）、红外遥控模块、报警

收稿日期:2017-06-13

基金项目：黄石市科技局科技企业创业与培育项目（项目编号:QYCY2015000106);湖北理工学院校级教学研究项目（项

目编号:2014C15);湖北省教育厅指导性项目（项目编号:B20123003)。

作者简介:黄红霞，讲师，硕士。

第5期黄红霞，鲁令军，肖贵贤，等:一种单片机方案的智能家居系统设计与实现9

模块、液晶显示模块。主控电路主要包括单片 机最小系统、串口部分、矩阵按键部分、传感器

部分和红外接收部分，模拟室内照明系统的 LED灯和模拟窗帘开闭的电机部分[1]，并且选 时间，采用

STC89C52单片机为控制核心，外部设备包括

矩阵按键、电机控制部分和传感器部分等。电

机控制部分，主要通过ULN2003A芯片，外接 单片机的POO ~P〇6 口，控制电机的正反转。 矩阵按键部分，采用4 *

用时钟芯片DS1302通过液晶实时显示日期 转。系统整体框图如图1所示。

ULN2003A芯片控制电机的正反

4矩阵键盘，键值读取

方法采用扫描法，端口使用P0 口，其中P0.0 ~P1.3为行线，P1.4 ~P1.7为列线，在对行、 列扫描之前，先扫描整个P1 口，当读到有键按 下才会去具体扫描行与列[2]。传感器部分，采

DS18B20温度传感器，与STC89C52单片 机通过口线相连实现双向通信，DS18B20温 度传感器测温范围为-55 ~ +125 T固有测 温分辨率0.5 T。测量结果以9 ~ 12位数字量

用

，

图

1系统整体框图

方式串行传送，并通过液晶实时显示测试温度。

整个系统电路设计充分利用单片机资源， 按键和LED采用分时复用，P3 口和P1 口外接

2系统硬件设计

12864液晶显示；采用DS1302芯片构成时钟

电路，P0. 6和P2. 6分别接红外接收管和温度 传感器，并通过P0 口外接电机。

2.1系统整体电路

系统整体电路图如图2所示，选择

2.2时钟电路

时钟电路采用DS1302时钟芯片，工作电 压为2.5 ~5.5 V。DS1302芯片自带存储功

能，具有功耗低、功能强的优点[3]，可以对年、 月、日以及时、分、秒等参数进行调整计时，具 有闰年补偿功能。

2.3报警电路

报警电路采用蜂鸣器报警，蜂鸣器正极性

的一端联接到5V电源上面，另一端接到三极 管的集电极，三极管的基极由单片机的P2.7管 脚来控制，当P2. 7管脚为高电平时，三极管 导通，电流形成回路，蜂鸣器发出声音。利用

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湖北理工学院学报2017 年

传感器SHT11对室内的温度、湿度进行检测， 当检测值超过程序设定初值时，单片机的P2.7 端口输出高电平，使蜂鸣器产生报警[4]。通过 液晶屏可以显示时间，可设定预定时间，通过 蜂鸣器报警电路实现闹钟功能。2.4红外遥控模块

蜂鸣器导通发声，实现闹钟的功能；还可以在 程序中设定温度的极限值，当传感器温度超过 设定值时，蜂鸣器报警。

3.3 电子锁部分

在程序中设计单片机2种工作模式，当主

人离开时，系统工作在锁定状态，在程序中设 置密码，只有密码正确，才能进人智能家居系统平台[6]。

SM0038实现红外的发射和接收。红外遥

采用遥控器

M50462和红外接收器

控器控制液晶显示时间、电机正反转（模拟

家居窗帘的开闭）和LED灯的亮灭（模拟室 内的灯光）[5]。红外接收器集红外接收管、 前置放大解调等于一体，无外部电路，体积 小，密封性好，灵敏度高，抗干扰能力强，应 用简单。

3.4红外遥控解码部分

利用程序，通过单片机将M50462遥控器发 出的红外信号进行解码，然后将解码后的数据通

过单片机端口输出，分别控制LED和电机。

4系统PCB设计及仿真

3软件系统设计

4.1系统PCB设计

整个系统PCB采用双层布线，线路的走 向尽可能取直，以短为佳，走线平滑自然，连接 处用圆角，避免用直角，且在这些导线之间最 好加接地线，尽可能多地保留铜箔作为公共地 线，且布置在PCB的边缘。

智能家居软件系统采用模块化编程的思

想，将每一个功能分成单个模块分布实现，再 将所有的模块整合。

3.1液晶显示时间日期部分

通过程序使液晶实时显示日期和时间，通 过换算将农历显示出来，而且可以通过红外和 按键来调整时间。

3.2报警和闹钟部分

通过程序设置时间，当液晶显示到预定时 间的时候，单片机P2. 7端口输出高电平，使

4.2系统仿真结果

采用Protues软件进行系统仿真，其仿真 结果如图3所示。将程序编译生成的hex文 件加载到单片机中观察程序运行的状态，调试 各个模块的功能至运行正常。

图

3系统仿真图

第5期黄红霞，鲁令军，肖贵贤，等:一种单片机方案的智能家居系统设计与实现

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结束语

智能家居系统通过单片机控制外围设备的

运行状态，以液晶为显示平台显示室内各种参 数，利用红外遥控使外围设备运行、改变显示时 间和日期，也可以通过按键实现手动控制，还可 以利用串口实现pc远程控制，优点主要是简单、 方便，提升了家居的安全性和便捷性。

参考文献

[1]

赵林旺•智能家居中物联网研究与应用[D] •上

海:华东理工大学,2016.

(上接第7页)

图8人机交互界面流程图

3智能手机

APP模块

智能手机APP模块具备3项功能，分别是 移动支付功能、设备管理功能、店铺管理功能。

移动支付业务是由移动运营商、移动应用 服务提供商（MASP)和金融机构共同推出的构 建在移动运营支撑系统上的一个移动数据增 值业务应用。选择接人无线运营商第三方支 付系统：微信、支付宝。客户选择好冰淇淋口 味类型，生成相应的价格，客户选择支付方式： 微信支付或支付宝支付方式，系统将生成二维 码供客户扫码支付。

管理设备包括手机操作设备。通过管理 设备了解设备故障原因和获取耗材状态：杯 子、冰淇淋料、果仁、果酱的数量，用户决定是

[2]

汪广业,王金鹏，杨娜，等.LED光通信中高聚

光性菲涅尔透镜的设计[J].光通信技术,

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design of smart home middle ware[C]//Intemation- al Joint Optimization, Conference Sanya on Computational Sciences and ： IEEE Press ,2009 ；647 - 650.

(责任编辑吴鸿霞）

否添加果仁、果酱。

客户除了关心设备运行状态，更关心经济 利益，每天的投人成本、设备折旧、租金、人 力、耗材金额等。可将各类型冰淇淋日销售 量、总金额等生成报表，供客户浏览。

4结束语

互联网技术发展日新月异，互联网+智能 设备是必然的发展趋势。互联网+智能冰淇淋 机，能够使冰淇凌这种休闲甜品在年轻群体中 展现出更大的魅力。要想完美实现智能冰淇淋 机系统各模块功能，从硬件到软件部分都要经 过调试、修正、优化，最终才能完美实现用户和 企业实时监控冰淇淋机，同时也为下一代智能 冰淇淋机的开发提供前期数据指导和实例参照。

参考文献

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