基于51單片機的智能家居設計

秦家樂 時國平 桂傳友

摘 要：在智能家居尚未出現在人們的視野之前，人們對其并沒有深入的了解，覺得這在人們的生活當中是無足輕重的。為了改變人們對其的片面化的觀點，文章設計了簡單方便，容易操作，并且和生活實際聯系在一起的智能化家居系統。該設計是以STC 89C51單片機為調控系統，用煙霧傳感器和溫濕度傳感器進行檢測外部環境，通過按鍵來調節系統的煙霧濃度上限值以及溫濕度的初始化設置，并利用LCD1602液晶顯示屏對外部環境進行實時顯示。本系統還對家用電器有著開關控制功能，當發現異常狀況的時候，將會自動報警，并且自動打開門窗給人逃生的機會。

關鍵詞：單片機；溫濕度檢測；可燃氣體檢測；報警系統

當今社會，隨著經濟的不斷增長，人們的生活質量也得到了提高，人們對更高級的生活產生向往。除此之外，科技水平也不斷地得到提升，生活中在不斷加入新的科技，這些無不都向人們宣告著智能不再是一種幻想。與傳統的家居大相徑庭的是，智能家居非常方便，它可以給人們多種智能化服務，這樣滿足了人們各種各樣的需求。舉個例子來說，就算我們身在遙遠的公司上班，我們也可以操作家里的浴缸，這樣的話，我們回家就可以洗上溫度適宜的熱水澡而不用回家再進行操作了。還有，我們可以通過遠程監控監視家里面的一舉一動，這樣就大大減少了入室搶劫的安全隱患，“防火防盜”不再是令人非常棘手的問題了。通過智能家居的使用，財產以及生命安全的隱患也就大大減少了，人們就可以安心地生活了。因此，智能家居的市場還是很廣闊的，一方面適應了時代的發展潮流，順應了時代發展趨勢，另一方面，它反過來又拉動了社會經濟，以此推動經濟增長率的提高。

1 系統的總體設計

1.1 總體設計思想

本設計主要采用51單片機為核心而做的智能家居控制系統，設計中包括了對家庭中的溫度、濕度、煙霧濃度等信息的檢測和控制，還有在溫濕度和煙霧濃度達到上限值的時候門窗會被開啟。這里我們用51單片機為主要的操作系統，外部傳感器為檢測的元器件，其中我們用到了步進電機、MQ-2煙霧傳感器、按鍵、DHT11溫濕度傳感、蜂鳴器、繼電器等外用模塊。通過按鍵控制繼電器的開關也就是控制煙霧傳感器的開關，當然，按鍵還有其他功能，它還可以對溫濕度和煙霧濃度達到上限值和下限值進行調整。輸出由LCD1602液晶屏進行顯示。然后介紹傳感器模塊，首先是煙霧傳感器，因為這里我們用的是MQ-2煙霧傳感器，雖然它對可燃氣體的檢測更為靈敏，不過為了方便，此處我們用紙點燃后的煙霧進行測試，在檢測到煙霧后輸出高電壓，而沒有煙霧時處于接地狀態，即為0 V。接下來是溫濕度模塊，因為它能直接測量溫濕度，所以它上面有兩個元器件，這樣增加了程序設計難度，為此，我們特意給它分檔寫了一個程序。在這里，我們是通過傳感器進行AD模擬信號采集數據，然后再反饋給單片機，因為在此之前我們就已經設定好限制值，這樣單片機就可以通過數據直接進行比較。

根據我們的連續檢測，溫濕度傳感器對溫濕度進行實時的信號采集，以及煙霧傳感器對氣體煙霧濃度的監測，返回的信號再由單片機進行判斷，然后判斷是否需要進行報警。報警也是由單片機進行控制，蜂鳴器進行反應產生蜂鳴。整個設計電路簡單合理，通過單片機控制各個外用器件，使其應用簡單，智能家居系統框圖如圖1所示。

1.2 系統總結構

為實現設計較簡單的信息獲取自動處理系統，我們設計的系統包括4個模塊：（1）STC89C51系列單片機控制模塊；（2）信息獲取模塊；（3）LCD602液晶顯示模塊；（4）報警模塊。

根據智能家居系統的要求，我們在此做了一個數據處理系統。系統中STC89C51系列單片機控制模塊主要是對傳感器信號進行回應，以及進行液晶顯示的程序控制。傳感器模塊主要是用于感應溫度、濕度、煙霧濃度變化，并形成高低電平進行信號傳輸。LCD602液晶顯示模塊主要用作對溫濕度以及煙霧濃度進行顯示，還有對繼電器開關狀態進行顯示。報警模塊主要是對環境溫濕度和煙霧濃度的上限值進行檢測，以及預警處理，達到上限值蜂鳴器響。并且為了更好地調控電路的設計，所以我們增加了對繼電器以及步進電機的控制[1]。

1.3 系統設計原理

要使單片機能夠工作，就要給它一些基本的電路成分，以下是它們的組成部分。

1.3.1 電源電路

電源電路通俗來說就是給電路提供電力，使電路通電，然后單片機就能處理數據，在單片機最小硬件系統電路中，VCC接+5 V的電源，叫作電源正極，GND接的是地，也稱為電源負極。

1.3.2 時鐘電路

時鐘電路是由振蕩產生的電路，但是它產生的振蕩是按照時間順序進行排列。然后通過振蕩的頻率輸出一個時鐘信號，再由單片機處理這個信號。在時鐘電路中我們還要在晶體旁邊接兩個電容，這么做是為了產生諧振回路，而且根據電容三點式分布，可以給我們的電路進行分壓。

1.3.3 復位電路

復位電路通俗來講它就是電腦的重啟，也就是將我們的電路重啟到初始狀態。

在外圍電路就幾個應用，而主要應用是在每個功能傳感器之間依賴于從外部獲取模擬信號，然后再在單片機的控制中心進行數據的處理，我們的模擬信號被單片機處理完后，會首先給報警電路一個控制信號，然后電路自動進行報警，并且將溫濕度的數據以及煙霧濃度數據傳送到顯示電路中。在該課題的系統中，設計的單片機較為復雜，因為我們要將各種感應模擬信號和數據處理的算法都交給單片機處理，這樣我們在設計程序電路的時候不僅要考慮到單片機內存問題，還要對單片機的管教進行合理分配。

本系統所用的基本原理就是利用單片機實時監控傳感器模擬信號來判斷是否發生火災并作出相應的信號處理，這樣就達到時刻預防意外的發生，并對它作出及時的處理，起到智能家居的效果。設計分為幾個板塊：首先是信號檢測板塊，分為防火的煙霧傳感器模塊還有溫濕度檢測模塊。我們對煙霧傳感器設了極限值，當煙霧濃度和可燃氣體濃度超過了設定的極限值時，電路就會輸出一個低電平信號，這樣就會蜂鳴器報警，步進電機也會正轉打開門窗。其次是顯示模塊，用于設定極限值，以及對環境溫濕度進行顯示，它內部自帶字體能夠同一時刻顯示兩行16個字。1602的意思是16列2行。監控板塊和信息處理板塊合在一起，有效地實行智能化[2]。

2 軟件設計部分

2.1 主程序

主程序作為程序的靈魂，分析它不僅可以總結出切實可行的方法，還能得到以后需要注意的問題。在本設計中，主程序完成了對1602液晶顯示和AD的初始化，然后將溫濕度檢測到的數據進行實現，并將收集到的AD值轉化成燃氣值，主程序還操控著按鍵程序的運行。刷新程序單片機初始化完成，I/O口的初始化主要關閉繼電器和蜂鳴器，按鍵掃描在此中斷程序中即使是空閑也一直在執行。

2.2 鍵盤執行程序設計

鍵盤模塊的程序根據掃描來執行預先設定的子程序，此程序在接收和輸出按鍵的鍵值，然后對該按鍵進行查詢之后再執行相對應的按鍵程序。我們現在設定的3個按鍵功能如下：按鍵1，菜單切換按鍵，在主頁面和設置界面來回切換。按鍵2，控制繼電器的開通，即控制家用電器的開啟在設置界面為加鍵。按鍵3，控制繼電器的關閉，即控制家用電器的關閉在設置界面為減鍵[3]。

3 結語

毫無疑問的是，智能家居已經成為一種不可扭轉的社會趨勢，我們要順應這股“智能家居”的潮流，不斷涌入這股潮流當中，為其生存與發展貢獻出自己的一點微薄之力，從而促進社會與人的發展，促進經濟的發展，不斷推動產業結構的優化與調整，逐漸增強我們國家的凝聚力以及向心力，進入世界強國之列。然而，智能家居還存在著很多的問題與缺陷，說明我國的智能家居還是不完善的。這還需要研究者們加大研發的力度，同時也需要國家的政策等方面的大力支持。只有這樣，才能促進其健康全面的發展，更好地服務于社會主義現代社會，為國家的社會主義建設貢獻出自己的一份力量，做到真正地為人民群眾服務。

[參考文獻]

[1]朱敏玲，李寧.智能家居發展現狀及未來淺析[J].電視技術，2015（4）：82-85.

[2]康華光，陳大欽.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]康華光，鄒壽斌.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2002.