基于單片機的智能家居環境監控系統設計相關探究

摘要：

隨著社會發展和經濟水平提升以及科學技術進步，人們的生活質量得到大幅提升，家居環境中各種現代化、自動化、智能化功能設備的應用越來越廣泛。智能家居系統是確保人居環境智能化的關鍵，直接影響著家居智能化的體驗質量。本篇文章講述了智能家具系統的總體設計理念和相關模塊的設計思路以及設計方法，從單片機控制板、采集傳感器輸出信號、環境信息監測、接收節點再到自動控制、無線傳輸等角度進行系統設計的相關研究。

關鍵詞：

單片機;智能家居;環境監控系統;設計研究

中圖分類號：

TU855;TP368.1;TP277

文獻標識碼：

A

文章編號：

1672-9129（2020）15-0048-01

如今已是高速發展的信息化時代，在先進的信息技術、計算機技術、大數據技術、無線傳輸技術基礎上，無論人們的生活還是工作或是經濟生產都開始實現自動化、智能化。傳統單純意義上生存居住空間的住宅已經逐漸無法滿足人們日益上漲的物質生活追求。人們開始追求以往僅僅能夠在影視作品中出現的自動化、智能化的家用電器系統，而智能家居環境監控系統的設計正是這樣一種能夠滿足人們對智能化現實的需求。人們可以利用智能手機通過無線通信采集環境參數，包括溫度、濕度傳感器、光敏電阻等等[1]。

1基于單片機的智能家居環境監控系統總體方案設計

主機：發送端選用STC89C52RC單片機、LCD12864顯示模塊、nRF24L01無線模塊組成。

從機：信號發射端由STC89C52RC單片機、nRF24L01無線模塊、各部分環境參數采集模塊組成。

2基于單片機的智能家居環境監控系統模塊設計

2.1主控系統芯片。本設計選用的STC89C52RC單片機軟件編程能夠實現輕松實踐多數功能，有著較為清晰的機構和較大的自由度，在調試和維護方面有著較高的便利性，同時其可讀性和移植性較強，另外其體積較小，在硬件搭建方面較為簡便。本次系統設計中所采用的是一臺主機搭配兩臺從機模式，共同組成為2級分布式環境參數擦亮，具有多路環境參數數據采集的功能。此外，STC89C52RC的應用較為廣泛，在整體技術水平方面有著較為成熟的應用經驗，整體開發難度不高[2]。

2.2環境監控參數傳感模塊。環境監控參數傳感器模塊采用環境參數傳感器DHT11，是屬于數字信號輸出，功能穩定性較強且易于MCU處理和控制，能夠降低傳統參數測量所需的外圍電路。此傳感器的物理和化學特性較為穩定，能夠滿足工業環境參數搜集要求，且線性更佳。在0-100℃的溫度范圍內可以將最大線性誤差控制在1℃以內。其單總線數據傳輸提升了信號的精準度和穩定性。此外，在實際的運用中DHT11數字環境監控參數傳感器在進行測量時其環境參數的電路搭建也較為簡單，編程較為容易。

2.3無線通信模塊。本次系統設計中所采用的是NRF24L01通信模塊，這一模塊的耗能較低且體積小、運轉速度較快，能夠傳輸數千公里，成本較低，SPI總線通信方式電路操作更為簡單便利[3]。

2.4顯示模塊。本系統設計選擇LCD12864作為主液晶顯示，其顯示較為豐富，且響應快，成本投入較為經濟，編程技術較為成熟。

3硬件與軟件設計

3.1硬件設計。采用低壓高性能的8位單片機，含8K閃存，兼容標準MCS-51指令系統，片內設置8位通用CPU和2K字節的EEPROM存儲空間。

單片射頻收發機：片內自動生成報頭和CRC校驗碼，硬件集成OSI鏈路層，SPI速率為0-10Mb/s，數據傳輸率為1Mb/s、2Mb/s，設置為自動應答和自動發射[4]。

溫濕度傳感器：采用專用數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，由電阻式感濕元件和測溫元件，與高性能8位單片機連接。校準系數以程序形式存儲與OTP內存中。信號傳輸距離可達20m。

3.2軟件設計。無線發射模塊軟件：初始化后通過SPI總線配置激活nRF24L01發射模式，并將目標地質與數據寫入無線通信模塊緩沖區，設定為一定延時后發射信號數據。

無線接收模塊軟件：將無線通信模塊設置為接收模式，等待數據傳輸，接收方檢測有效地質和CRC時將數據包存儲，狀態寄存器中斷標志位RX-DR置高，使IRQ引腳轉為低電平，并通知單片機進行數據的獲取[5]。

通過測試，本設計采用的STC89C52RC采集和處理數據，通過傳感器手機非電信號。系統中采用直接數字輸入型環境參數傳感器，實現了數字環境陳述計無線監測系統。整體運行效果良好，當檢測板有濃度超出設定值時，警報器及時作出相應，且對應LED點亮，當某項超標，12864中相對應項同時發出閃爍，指導數據正常后再次進入檢測狀態。

結語：簡單來講，智能家居環境監控系統是通過傳感器采集環境參數并轉換為電信號，經過微計算機或微處理器處理之后轉換為環境參數顯示給用戶。環境參數檢測設備通常是由傳感器和信號處理器電路組成，一般來講，傳統有線監控系統需要進行布線，這極為不利于后期的維護，也影響家居內部環境的美觀性，同時會帶來一定安全隱患。而基于單片機的智能家居環境監控系統設計能夠利用無線模塊來采集環境參數，為人們提供自動化、智能化服務。

參考文獻：

[1]魯成洋，何堅強.基于單片機的智能家居環境監控系統設計[J].智能機器人，2019，000（005）：P.59-62.

[2]許發翔，林龍澤，顏錦.基于單片機的智能家居控制系統設計[J].數字化用戶，2019，025（027）：204.

[3]馬瀟宇.基于單片機的智能家居控制系統設計[J].電腦知識與技術，2020，v.16（06）：245-246+248.

[4]李慧娜，葉迪.基于單片機的智能家居照明系統的設計與實現[J].許昌學院學報，2019，38（02）：132-136.

[5]程望斌，劉碩卿，湯姍姍，等.基于單片機的智能家居防火防盜系統設計[J].湖南理工學院學報（自然科學版），2019，32（01）：43-46.

作者簡介：高勇，1986.6，男，漢，重慶，本科，職稱：助教，研究方向：單片機、嵌入式系統的開發與研究。