以STC12C5A60S2 單片機(jī)為基礎(chǔ)的智能家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)探討

余彥瓊

（鄭州理工職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州451150）

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)、快速發(fā)展，人們生活水平得到大幅提升，智能家居在此背景下，呈現(xiàn)出較好的發(fā)展勢(shì)頭；而作為智能家居體系中重要構(gòu)成的環(huán)境監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，無論是在完善人們生存環(huán)境方面，還是在改善現(xiàn)代人居生活品質(zhì)上，均開始發(fā)揮出舉足輕重的作用。鑒于此，本文基于當(dāng)前常用的單片機(jī)（STC12C5A60S2），設(shè)計(jì)出了一款實(shí)用度更高的智能家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。針對(duì)此系統(tǒng)而言，其不僅能實(shí)時(shí)采集室內(nèi)的光照度、溫濕度數(shù)據(jù)，而且還能借助傳感器，對(duì)所采集到的各種數(shù)據(jù)或預(yù)設(shè)置參數(shù)，開展有目的性的對(duì)比，最后借助單片機(jī)實(shí)施編程控制，最終便可達(dá)到合理配設(shè)智能家居的目的。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

智能家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的中央控制器為單片機(jī)（型號(hào)為STC12C5A60S2），由多模塊構(gòu)成，如電源模塊、照明模擬模塊、鍵盤模塊、光照度檢測(cè)模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、顯示模塊等。為了能合理化降低系統(tǒng)成本，便于維護(hù)與維修，并達(dá)到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的，系統(tǒng)最終選擇了模塊化這一設(shè)計(jì)方式。針對(duì)此系統(tǒng)而言，其主要功能是將所采集到的各種數(shù)據(jù)（由傳感器采集），對(duì)比于預(yù)設(shè)參數(shù)值，然后借助單片機(jī)系統(tǒng)程度，對(duì)各個(gè)模塊的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行控制。需要指出的是，可借助此系統(tǒng)當(dāng)中的光照度傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊，對(duì)家具環(huán)境的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集；而對(duì)于鍵盤模塊而言，則能用于光照度范圍及溫濕度大小的設(shè)定。針對(duì)顯示模塊來講，可用作光照度等級(jí)、溫濕度以及舒適度的顯示。而對(duì)于模擬模塊來分析，其主要用作設(shè)備啟、停的仿真模擬；針對(duì)LED 報(bào)警提示模塊來講，其主要用作閃爍報(bào)警提示，即當(dāng)光照度及溫、濕度數(shù)據(jù)大于事先設(shè)定好的既定值，此時(shí)便會(huì)發(fā)生此類警報(bào)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)STC12C5A60S2 單片機(jī)而言，由于其有著比較高的集成度，通常情況下，僅需一塊單片機(jī)外加一些相配套的外圍電路，便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)硬件的設(shè)計(jì)工作。

（1）最小控制系統(tǒng)。對(duì)于STC12C5A60S2 來講，其作為一種能夠支持SPI 在線編程且超低功耗、較強(qiáng)抗干擾能力、較快運(yùn)行速度的單片機(jī)類型，在其內(nèi)部，不僅設(shè)置有波特率發(fā)生器（串行口支持獨(dú)立）2 個(gè)、定時(shí)器（2 個(gè)）、PWM控制器（2 個(gè)），而且還設(shè)置有SPI 接口1 個(gè)、10 位AD 轉(zhuǎn)換器及3 路可編程時(shí)鐘輸出，如圖1 所示。現(xiàn)階段，此單片機(jī)憑借自身功能健全、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在電子行業(yè)當(dāng)中。

（2）溫濕度傳感器電路。對(duì)于溫濕度傳感器電路來講，其選用的是數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11（DHT 系列）。對(duì)于此傳感器而言，內(nèi)部設(shè)置有溫濕度復(fù)合傳感器，具有對(duì)數(shù)字信號(hào)輸出進(jìn)行校準(zhǔn)的工作，但需要指出的是，在整個(gè)架構(gòu)當(dāng)中，僅設(shè)置有1個(gè)單總線制串行輸出接口，因而能使整個(gè)系統(tǒng)集成電路變得更為快捷、簡單、實(shí)用。但受限于傳感器所具有的特殊的單總線控制特性，使得其無論是在發(fā)射還是接收，都必須是三態(tài)特性，所以，外部連接拉電阻，其日常運(yùn)行中，會(huì)保持一種高電平狀態(tài)。

（3）光照度傳感器電路。針對(duì)光照度傳感器所選用的電路而言，實(shí)際就是光照傳感器BH1750（BH 系列），從根本上來講，其乃是一種數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路（兩線式串行總線接口）。此種集成電路能夠依據(jù)所收集到的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)，對(duì)鍵盤背景燈、液晶的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且還能根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，借助自身高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)更大范圍內(nèi)的光強(qiáng)度變化進(jìn)行探測(cè)。

（4）液晶顯示電路。針對(duì)系統(tǒng)所采用的液晶顯示電路而言，所選用的是LCD12864，其實(shí)為一種采用2 線或者3 線串行多種接口、4/8 位并行方式，以及低功耗、低電壓的一種電路形式，在其內(nèi)部，配置有點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊（國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫）；因此，其在具體的顯示分辨率上，能夠達(dá)到128×64，另外，在其內(nèi)部還設(shè)置有16* 8 點(diǎn)ASCII 字符集128 個(gè)以及16*16 點(diǎn)漢字8192 個(gè)；借助此模塊方便且簡單的操作指令，以及靈活、多變的接口方式，便能建立先進(jìn)且實(shí)用化程度高的全中文人機(jī)交互圖形界面，并且還能將6*16 點(diǎn)陣以及8*4 行的漢字給清晰顯示出來，最終便可顯示圖形。需要說明的是，因此模塊所采用的液晶顯示方案相比于圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，不管是在顯示程度上，還是在硬件電路結(jié)構(gòu)上，均更為簡潔，因而更具實(shí)用性，且模塊價(jià)格也會(huì)更低。

（5）風(fēng)扇及照明模擬電路。對(duì)于此電路來講，所選用的是8050 三極管（NPN 系列），其基本原理就是借助三極管所對(duì)應(yīng)的開關(guān)工作狀態(tài)。需要強(qiáng)調(diào)的是，如果出現(xiàn)智能家居環(huán)境溫濕度的監(jiān)測(cè)值不同于預(yù)設(shè)數(shù)值，此時(shí)，單片機(jī)便會(huì)將PWM1 信號(hào)輸出，用馬達(dá)控制風(fēng)扇，以此進(jìn)行智能調(diào)節(jié)；在對(duì)室內(nèi)光照度進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，如果光線比較暗，此時(shí)，單片機(jī)會(huì)將PWM2 信號(hào)輸出，對(duì)室內(nèi)照明進(jìn)行有效控制，并且還能根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，以一種智能化方式調(diào)節(jié)室內(nèi)燈照明度。

（6）鍵盤電路。針對(duì)鍵盤模塊電路而言，其主要由兩部分組成，其一是最小控制系統(tǒng)，其二是4 個(gè)輕觸式按鍵S1～S4，而在設(shè)定鍵盤功能時(shí)，主要有如下設(shè)置，當(dāng)?shù)谝淮伟聪掳存IS1 時(shí)，會(huì)提示修改預(yù)設(shè)值，而按下S2、S3 或S4 鍵時(shí)，便可進(jìn)行對(duì)應(yīng)參數(shù)的設(shè)置，當(dāng)完成設(shè)置之后，再次按下S1 鍵，便可成功設(shè)置各類參數(shù)。還需要指出的是，當(dāng)按下S2 鍵時(shí)，便可設(shè)置任一參數(shù)；而按下S3 鍵與S4 鍵，可完成與之相對(duì)應(yīng)的加1 或者減1 操作。但需要強(qiáng)調(diào)的是，如果沒有按下S1 鍵，而是按下其它鍵，那么會(huì)維持原先狀態(tài)而繼續(xù)運(yùn)行，數(shù)據(jù)顯示保持不變。

（7）電源電路。需要指出的是，無論是單片機(jī)，還是外圍電路，均需直流5V 的工作電壓，并且都由變壓器次級(jí)線圈而進(jìn)行對(duì)外輸出，最終經(jīng)濾波及穩(wěn)壓等操作而獲得。此外，不僅有上述電路模塊，還需其他模塊，比如風(fēng)扇、液晶顯示等，各個(gè)功能模塊借助I/O 接口與單片機(jī)連接，而單片機(jī)會(huì)對(duì)此些信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，且及時(shí)作出回應(yīng)。

圖1 最小控制系統(tǒng)電路

2.2 軟件設(shè)計(jì)

在軟件方面，所采用的是8052 內(nèi)核，在其內(nèi)部，不僅設(shè)置有外部RAM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（1280 字節(jié)），而且還內(nèi)置有程序存儲(chǔ)器（64K FLASH），另外，在系統(tǒng)開發(fā)上，選用的是C 語言。在設(shè)計(jì)軟件時(shí)，所采用的是比較新型的模塊化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)模塊有控制電路程序、溫濕度傳感器DHT11 程序、初始化程序、主程序、數(shù)據(jù)處理顯示程序、光照度傳感器BH1750 程序等。此外，在設(shè)計(jì)過程中，可劃分任務(wù)，使之成為若干模塊，以此來進(jìn)行處理，這樣能為系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供切實(shí)保障。圖2 為此系統(tǒng)程序的基本流程。

3 系統(tǒng)調(diào)試

針對(duì)STC12C5A60S2 單片機(jī)而言，其能夠?qū)χ悄芗揖迎h(huán)境系統(tǒng)的運(yùn)、停進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，并且還能在LCD 上實(shí)時(shí)顯示所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)。如果監(jiān)測(cè)到智能家居環(huán)境溫濕度數(shù)值不同于預(yù)設(shè)置數(shù)值，那么此時(shí)的單片機(jī)，便會(huì)輸出PWM1 信號(hào)，控制風(fēng)扇，以此開展智能調(diào)節(jié)；如果經(jīng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)室內(nèi)有著比較暗的光線，此時(shí)單片機(jī)也會(huì)將PWM2 信號(hào)輸出，對(duì)室內(nèi)照明加以控制，這便是室內(nèi)燈照明度的智能調(diào)節(jié)。

圖2 系統(tǒng)程序的基本流程

綜上，伴隨人工智能領(lǐng)域的不斷發(fā)展，許多新技術(shù)、新理念在家居領(lǐng)域中開始應(yīng)用，有力推動(dòng)著智能家居領(lǐng)域的發(fā)展與繁榮。本文基于STC12C5A60S2 單片機(jī)，成功開發(fā)出一種能夠智能化監(jiān)測(cè)、控制光照度、溫濕度的智能家居環(huán)境系統(tǒng)，并且還借助傳感器及C 語言編程，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量智能家居環(huán)境參數(shù)的目的。最終調(diào)試得知，此系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，與當(dāng)前智能家居環(huán)境的發(fā)展與控制要求相符。