毕业论文文章论文--需改完成稿2.doc
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1、 基于单片机的智能家居控制系统 目 录摘 要11. 引言22. 系统硬件的具体设计与实现8 2.1 系统原理和框图8 2.2 功能模块的设计82.2.1单片机最小系统设计82.2.2 人体热释电红外传感器介绍102.2.3火焰传感器检测电路142.2.4烟雾/可燃性气体检测电路153. 系统软件设计17 3.1. 程序设计思路17 3.2. 程序流程图17 3.3. 程序174. 总结185. 致谢196. 参考文献207附录21 7.1原理图21 7.2仿真图21 7.3主程序2119基于单片机的智能家居控制系统 【摘要】电信和互联网技术的革新将21世纪打造成一个信息化世纪,让人类文明向前迈
2、进了一大步。本文以AT89C51为核心,结合烟雾/可燃性气体、火焰、人体红外感应三大传感器模块,设计了一种智能家居控制系统。该系统实现了检测煤气是否泄漏、检测是否发生火灾、检测门和窗户是否有贼进入,并对以上发生的现象做相应的处理。关键词:传感器 ,AT89C51,智能家居控制,红外感应AbstractThe 21st century is the century of information, a variety of telecom and Internet new technology driven the huge progress of human civilization. In t
3、his paper, the intelligent home control system based on AT89C51 as control core, combining with the flame sensor, smoke/combustible gas sensor and human body infrared sensor module. Realized to test whether the gas was leak, whether there is a fire, whether there is a thief enter the doors and windo
4、ws, and do the corresponding with the above phenomenon happened.Keywords: intelligent home control system; flame sensor; smoke/combustible gas sensor; human body infrared sensor module1. 引言20世纪末,电子技术迅速发展起来,其衍生的一系列电子产品也快速渗透到各个领域,社会信息化程度显著提高。又随着电子技术的快速更新换代,通信技术、计算机技术等也迅猛发展起来,家庭生活已经初步实现了现代化,人们的居住环境也向着更
5、加的安全、舒适的方向迈进。当下,高科技已经融入了我们的生活,为我们的工作、家居提供了极大的便利,为了更好的提高家居舒适度,智能家居控制系统应运而生。该系统主要包括安防、设备自动控制、通讯这三个部分。单片机所拥有的强大功能使嵌入式设备的方案更加完美,现今的嵌入式系统设计已完全摈弃过往的处理器简单结合模式。随着半导体相关领域发展的额不断成熟和多媒体技术的普及,单片机已经经历了由4位到32位的4次演变,在广大电子爱好者的注视下,单片机经历了一场革新,不单单是功能的提升、价格的降低,同事应用领域也越来越广泛。如今的电子技术已是一门新新技术,专业人才的数量也是逐年增多,在广大电子工作者们的共同努力下,单
6、片机技术的创新与进步可谓是日新月异。与单片机的发展相比,传感器也是毫不逊色,当下,各传感器的使用数量已经达到了一个惊人的数字,其精确度更是不在话下,传感器的使用为智能家居控制系统提供了极大的便利。家居智能化这一概念起源于美国,其次在世界传播开来,21世纪人们追求的不只是物理家居,更是安全家居、方便家居。智能家居控制系统的原理是通过计算机的网络技术、控制集成等技术建立一个以家庭为主体、小区为中心、城市为对象的综合管理系统,以提高居住的整体环境和水平。通常来说,大型的智能家居控制系统主要由服务器、交换机,以及各种执行机构组成,正是这些简单的设备,构成了强大且功能多样的智能控制系统。简言之,智能家居
7、控制系统就是把家居相关的各个子系统通过先进的通讯、网络等技术结合在一起的一个过程。这就便于对各个系统进行维护和统筹管理。该系统较普通家居而言优势更在于能够提供更加舒适、有品味的家居生活。它能够将一尘不变的家居变得智慧化,还能够实现信息交换,让家居内外保持信息通畅,让人们能够更好的安排时间,提高能源利用率。智能家居系统的优势更在于能够实现网络化管理,能够遥控指挥家中的各种电器设备,例如窗帘自控,远程控制照明设备,自动报警等功能。此外,我们还可通过该系统对家电进行定时设定,让生活更加方便省心。又由于智能家居系统布线极其简单,具有灵活性和可操作性,功能灵活可拓展,因此更加容易获得人们的接受和认可。2
8、. 系统硬件的具体设计与实现2.1 系统原理和框图智能家居系统主要围绕单片机AT89C51,结合开关显示电路、声光报警电路、人体红外检测电路、火焰传感器检测电路、烟雾传感器检测电路、电源,以及其外围电路来进行设计。图3-1展示了其硬件设计组成。AT89C51开关显示电路声光报警电路人体红外检测电路火焰传感器检测电路烟雾传感器检测电路电源图3-1 系统设计框图正常情况下,室内煤气为开启状态,家用电路总闸为闭合状态,窗户为开启状态,若烟雾传感器检测到附近有可燃性气体或火焰传感器检测到有火源时,则会关闭煤气和家用电总闸,当安装在窗户和门内的人体红外模块检测到有人进入时,此时会开启红闪灯并启动报警,以
9、此来起到威慑盗贼的效果。2.2 功能模块的设计2.2.1单片机最小系统设计单片机的最小系统是由电源、复位、晶振、/EA=1组成,如图3.2.1所示。下面介绍一下时钟电路和复位电路。图3.2.1 AT89C51最小系统 (1). 时钟电路:XTAL1和 XTAL2分别为片内振荡器反相放大器的输入端和输出端,当使用外部振荡器的过程中,直接将信号加入到XTAL1, XTAL2处于悬空的状态。内部方式则是时钟发生器产生振荡的脉冲二分频,比如说,晶振是12MHz,那么时钟的频率就是6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。系统时钟电路采用的是内部设计的方式,也就是说利用芯
10、片的内部振荡电路。AT89单片机内部就是通过一个高增益的反相放大器来构成振荡器,这个放大器的输入端和输出端分别为引脚XTAL1和XTAL2,此放大器加上反馈元件片外晶体谐振器共同构成自激振荡器。电容C1、电容C2和外接晶体谐振器共同构成了并联谐振电路,并且连接于放大器反馈电路当中。对于外界电容来说,虽然没有十分严格的要求,但是电容值的大小还是会对振荡器的频率高低、起振速度、稳定性以及温度稳定性产生不同程度的影响,所以,在这一系统当中,晶体振荡器的值选为12MHz,电容尽可能选择陶瓷的,值取22F。在刷电路板的焊接过程中,电容和晶体振荡器必须尽可能低靠近单片机芯片进行安装,减少寄生电容,更大程度
11、地保障振荡器的可靠稳定工作。图3.2.1.1 晶振连接的内部、外部方式图(2). 复位电路:振荡器运行的过程当中,会在引腿处出现两个机器周期以上,也就是24个振荡周期以上的高电平,这种情况会引起单片机复位,只要保证这个脚的高电平,51芯片就能够实现循环性的复位,复位之后PO-P3这一口均置一引脚会表现出高电平,特殊功能寄存器SFR和程序计数器会全部清零。复位脚从高电平逐步转化为低电平的过程当中,使用ROM芯片的00H处程序开始运行。复位是由外部的复位电路来实现的。片内的复位电路通常是在复位引脚RST的作用下,经由斯密特触发器连接复位电路,斯密特触发器的作用是抑制噪声,在每一个机器周期的S5P2
12、上实现输出,而且每一次输出都会伴随复位电路的一次采样。按钮复位和上电自动复位时复位电路会经常采用的两种方式,本次设计当中的电路系统采用的是上电和按钮复位的电路,时钟的频率是6MHz时,Rs大约为200,C选取22F,Rk大约是1K,复位的操作对内部RAM不会产生影响。常用的复位电路如图3.2.1.2所示:图3.2.1.2 常用复位电路图2.2.2 人体热释电红外传感器介绍热释电红外传感器是能够对动物和人体发出的射线进行感应,并输出电信号的传感器。1938年,就有人提出了热释电感应在红外辐射探测过程中的应用,但是并没有得到业界的重视和认可,一直到了六十年代,伴随着科学技术的发展,红外激光技术的进
13、步,才对热释电效应以及热释晶体的应用产生了巨大的推动。截至目前为止,热释电晶体技术在红外遥感、热辐射探测器以及红外光谱仪等领域都得到了广泛的应用,已经成为了红外激光领域中十分理想的一款探测器。热释电技术正广泛地应用于各种自动化控制的装置当中,在我们的生活当中就十分常见,包括防盗报警器、楼道开关等都有它的存在,并且在多个领域都得到认可,业界十分看好。在以后的生活中,它还可能得到更为高端的应用,比如说生产出当房间无人时会自动关闭的饮水机、空调、电灯、电视机,或者是自动门铃和监视器,还有可能生产出能够结合数码相机和摄影设备实现的全自动人类及动物活动记录仪。热释电效应与同压电效应具有异曲同工之妙,主要
14、原理就是温度变化引起晶体表面的荷电现象,热释电传感器对温度十分敏感,主要由压电晶体元件和陶瓷氧化物构成,两个元件的表面会形成一个电极,当检测范围之内发生了温度变化时,热释电就会在两极上产生电荷,并形成微弱的电压。热释电传感器的输出阻抗非常高,在传感器当中会进行一次阻抗的变换,这个变换在场效应管中进行。热释电效应生成的电荷如果同空气当中的离子结合就会消失,当温度稳定不变的情况下,传感器就不会发生输出。这个时候,一旦人体进入了检测区,环境温度就会因人体温度的加入发生改变,进而产生了温度差,有温度差就会有输出电荷,但是如果人体进入到检测区之后不产生动作,温度没有改变,传感器不会有输出。这种传感器的作
15、用就是对动物和人类的活动进行传感的。并且有实验证明,当传感器配备光学透镜之后,检测的距离会增加5m。(1). BISS0001芯片介绍和典型电路BISS0001作为传感信号处理集成电路中的高性能产品,当与热释电传感器及少量外界元件配套后,就会构成一个被动式热释电红外的开关,这种开关能够自动地开启各种荧光灯、白炽灯、蜂鸣器,还能够自动控制各类电风扇、自动门、自动洗手池、烘干机等设备,而且十分快速,特别适合应用于各大商场、宾馆、企业、库房,在家庭当中的走廊、过道等敏感区域也可以适当设置,同时还可以作用于安全区域的照明、自动灯光和报警系统。这种设备主要是由与门电路、锁定时间控制器、禁止电路、电压比较
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