一種以單片機STC12C5A60S2為核心的智能家居環境監控系統

陳榮坤

摘 要：介紹了一種以單片機STC12C5A60S2為控制核心，可用于對智能家居環境進行監測、控制、報警、顯示的系統。該系統使用傳感器技術、單片機技術等實現了對室內家居環境溫濕度、光照度采集、設備運行與停止控制、顯示與狀態報警等功能。通過實際調試，在智能家居環境領域具有現代智能化的應用價值。

關鍵詞：單片機；智能家居；環境監測控制；傳感器

中圖分類號：TP332.3 文獻標識號：A

A Smart Home Environment Monitoring System based on MCU STC12C5A60S2

CHEN Rongkun

（Department of Electronic and Information Engineering， QuanZhou Institute of Information Engineering， Quanzhou， Fujian 362000，China）

Abstract： This paper introduces a microcontroller STC12C5A60S2 as the core， which can be used to monitor， control， alarming and display the smart home environment.The system uses sensor technology， microcontroller technology， etc.， to achieve the indoor home environment temperature and humidity， light illumination collection， equipment operation and stop control， display and state alarm and other functions. Through the actual test， it has the application value of modern intelligence in the field of smart home environment.

Keywords： Single Chip Microcomputer；Smart Home；Environmental Monitoring Control；Sensor

0引 言

近年來，隨著現代家庭生活水平及選擇需求的不斷提升，智能家居環境監測控制系統在改善現代人居的生活質量和完善生存環境方面正日漸發揮著其實效且重要的技術推動作用。基于此，本文即針對一套智能家居環境監控系統的研發設計而展開了如下研究。具體來說，該系統可對室內溫濕度、光照度進行數據采集；還可將通過傳感器采集的數據和預設置的參數進行比較，再利用單片機進行編程控制，從而實現智能家居的合理功能配設，并最終獲得理想滿意實踐效果。

1 系統方案設計

系統以STC12C5A60S2型單片機為中央控制器，主要由溫濕度檢測模塊、光照度檢測模塊、鍵盤模塊、顯示模塊、風扇及照明模擬模塊、報警提示模塊和電源模塊組成。系統方案如圖1所示。

圖1 室內環境監測控制系統原理框圖

Fig.1 Block diagram of indoor environment monitoring control system

為了節約系統成本、提高系統穩定性及利于維護維修，系統采用模塊化設計方式。該系統的主要功能是根據傳感器采集的數據與預設定的參數值進行比較，進而通過單片機系統程序來控制相關模塊的運行和停止。由圖1可見，溫濕度、光照度傳感器模塊可用于實時采集家居環境的數據；鍵盤模塊則用于設定溫濕度和光照度的范圍；而顯示模塊將用于顯示溫濕度和光照度等級及舒適度情況。除此之外，模擬模塊即用于設備運行與停止情況的仿真模擬；特別地，LED報警提示模塊會用于當溫濕度、光照度數據超過預設定值時來進行閃爍報警指示[ ]。

2 系統硬件設計

由于STC12C5A60S2集成度較高，只需要一塊單片機加上一些必要的外圍電路就可以完成硬件設計。

2.1 最小控制系統

基于系統的要求，芯片選用的是STC系列單片機STC12C5A60S2。其中復位電路、單片機STC12C5A60S2構成最小控制系統。實現電路如圖2所示。

圖2 最小控制系統電路

Fig.2 Minimum control system circuit

STC12C5A60S2是一款運算速度快、抗干擾能力強、超低功耗、并可支持SPI在線編程的單片機，其內部自帶2路PWM控制器、2個定時器、2個串行口支持獨立的波特率發生器、3路可編程時鐘輸出、10位AD轉換器、一個SPI接口。時下，則因其價格低廉、功能完善，已在電子行業獲得廣泛認可和大量應用。

2.2溫濕度傳感器電路

溫濕度傳感器電路采用了DHT系列的數字式溫濕度傳感器DHT11。DHT11是一款內含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，但僅有一個單總線制串行輸出接口，這一配置使系統集成電路變得簡易快捷。只是，由于傳感器的單總線制特性，造成其發送和接收皆須為三態特性，因而外接上拉電阻，其在常規狀態下將呈現為高電平[ ]。具體電路如圖3所示。

圖3 溫濕度傳感器電路

Fig.3 Temperature and humidity sensor circuit

2.3光照度傳感器電路

光照度傳感器電路選用的是BH系列光照傳感器BH1750，BH1750 是一種用于兩線式串行總線接口的數字型光強度傳感器集成電路。這種集成電路可以根據收集的光線強度數據來調整液晶或者鍵盤背景燈的亮度，并利用自身的高分辨率探測較大范圍的光強度變化。設計電路如圖4所示。

圖4 光照度傳感器電路

Fig.4 Illumination sensor circuit

2.4 液晶顯示電路

液晶顯示電路采用的是LCD12864。LCD12864是一種低電壓低功耗、具有4/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64， 內置8 192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集；利用該模塊靈活接口方式及簡單、方便的操作指令，即可構成全中文人機交互圖形界面；而且可以顯示8*4行、16*16點陣的漢字，并可完成圖形顯示。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔許多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊[ ]。

2.5 風扇及照明模擬電路

風扇及照明模擬電路選用的是NPN系列的8050三極管，其原理即是利用三極管的開關工作狀態。具體地，當監測智能家居環境溫濕度數值和預設置數值對比不一樣時，單片機將輸出PWM1信號控制風扇（本文用馬達）進行智能調節；當監測室內光照度比較暗時，單片機將輸出PWM2信號控制室內照明，相應地進行室燈照明度的智能調節。反之亦然。基本電路如圖5所示。

圖5 風扇及模擬照明電路

Fig.5 Alarm and analog lighting circuit

2.6鍵盤電路

鍵盤模塊電路是由4個輕觸式按鍵S1-S4和最小控制系統組合構建而成。鍵盤功能設定：按鍵S1第一次按下修改預設值，而后再按下S2鍵、S3鍵或S4鍵進行參數設置，設置完成后，再按下S1鍵，參數設置成功。S2鍵按下就是對任一參數進行設置；S3鍵和S4鍵按下則進行相應的加1或減1操作。如果并未按下S1鍵，即按下了S2鍵、S3鍵或S4鍵，將保持前狀態繼續進行，數據顯示也不會發生改變。

2.7電源電路

單片機及外圍電路都需要直流5V工作電壓，均由變壓器次級線圈輸出 ，經由整流、濾波、穩壓而得到[ ]。其對應電路如圖6所示。

圖6 電源電路

Fig 6. Power supply circuit

除以上各電路模塊之外，還需要各種信號控制溫濕度、光照度、液晶顯示、風扇及照明、報警等。各功能模塊均通過I/O接口連接至單片機，單片機將集中處理這些信號并作出回應，從而將各個模塊連通整合在一起。另外，為了提高系統的抗干擾性能，在有可能出現干擾的輸入及輸出通道還設置并加強了一定的隔離措施。

3系統軟件設計

采用8052內核，具有64K FLASH的程序存儲器和1280字節的外部RAM數據存儲器，系統選用C語言[ ]進行開發。軟件采用模塊化設計，重點包括主程序、初始化程序、數據處理顯示程序、溫濕度傳感器DHT11程序、光照度傳感器BH1750程序、控制電路程序等。并且將任務分成不同的模塊處理，保證系統的穩定性。系統程序流程如圖7所示。

圖7系統程序流程圖

Fig.7 System flow chart

4 系統調試結果

STC12C5A60S2單片機能監測控制智能家居環境系統的運行與停止，并將監測控制數據顯示在LCD上。當監測智能家居環境溫濕度數值和預設置數值對比不一樣時，單片機將輸出PWM1信號控制風扇（本文用馬達）進行智能調節；當監測室內光照度比較暗時，單片機將輸出PWM2信號控制室內照明，也就是智能調節室燈的照明度。反之亦然。

5 結束語

本文研究開發了集溫濕度、光照度監測控制為一體的智能家居環境系統，采用了高精度的傳感器，并利用C語言編程，實現智能家居環境參數的精準測量。結果表明，該系統測量結果準確，符合智能家居環境的監測控制要求。

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