基于51单片机的智能家居系统设计Word文件下载.docx
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这些有害气体已经引起全球性的人口发病率和死亡的增加。
室内环境污染已经列入对公众健康危害最大的五种环境因素之一。
”因此，对室内环境的检测有着极其重要的现实意义，同时映射出本设计有着极其广阔的市场前景。
因此，进行室内环境检测是很有必要的，通过科学的检测方法可以使业主们了解装饰后的环境是否达到环保要求，以规避环境污染的风险，使业主们能及时有效地对不合格的空气质量进行治理和整改，以达到放心地居住和生活在一个良好的环境中。
1.2课题研究的意义；
国内外研究现状和发展趋势
1.2.1课题研究的意义
随着人们对居住环境要求的不断提高，家居智能化已经成为住宅发展的必然趋势。
自从1984年在美国康涅迪格州诞生了世界上最早的智能建筑，之后加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家也先后提出了智能家居的概念，即将家庭中各种通讯设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭网络连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监控，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。
在我国智能家居也在逐渐升温，但智能家居始终没有真正的走进人们的生活，主要是因为目前它在价格、实用性和功能的丰富程度上存在着一定的问题。
所以开展本课题的研究具有人性化和个性化的特点，也是智能家居的意义所在。
1.2.2国内外研究现状和发展趋势
智能家居的发展分为三个阶段：
首先是家庭电子化阶段，这个时期主要是面向单个的电器，家庭电器之间并没有形成网络，亦没有大的联系。
其次是住宅自动化阶段，这个时期是面向功能的阶段，一部分的家庭电器之间形成了简单的网络，主要是为了实现某个特定单一的功能，例如单一的自动抄表功能。
最后是家居智能化阶段，这个时期是面向系统设计的阶段，系统通过家庭分布总线把住宅各种与信息相关的通信设备、家用电器、报警装置并到网络节点中进行集中的控制、管理，保持家电与环境的协调，提供生活、工作、学习以及娱乐的各种优质服务，营造一种温馨舒适的家庭氛围。
智能家居控制系统提供高效、舒适的家居环境，确保住户的生命财产安全；
集中或远程调节家居环境的温度，湿度以及风的速度等，同时检查空气成分，提高空气质量；
调节音响，电视等娱乐措施，愉悦心情；
合理利用太阳能和周遭环境的变化，尽可能的节约能耗，达到合理利用资源；
提供现代化的通信、信息服务。
（1）国内发展现状
20世纪90年代后期，我国的智能小区日益兴起。
众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。
在97香港回归之际，在建设部“97跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，揭开了全国智能小区发展的序幕。
1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。
随后信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发被列为了国家技术创新的重点专项计划。
目前为止，我国将有70%以上的家庭拥有Internet入网设备，大中城市中50%的住宅要实现智能化。
（2）国外发展现状
1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格洲落成，这栋意义非凡的建筑只是对一座旧式大楼的一定程度的改造而完成的。
它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音听信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。
2000年，新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达4万户。
2003年，网络化家居的建设带来了高达4500亿美元的市场价值，这其中有3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的不分则是软件和技术支持服务的费用。
在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。
近年来，以美国微软公司以及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后跻身于智能家居的研发中。
例如：
微软公司开发的“梦幻之家”。
摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM公司开发的“家庭主妇”等均已日趋成熟的技术强占家具市场。
此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。
（3）发展趋势
由于智能家居系统还缺乏统一明确的国际标准，许多公司开发的产品都是基于自己组的网络和信息交换协议，很多产品是针对特定的组网环境开发的，不分核心技术没有对外公布，技术复杂，直接导致了使用范围的局限性。
作为智能家居的核心系统的智能家居控制系统，它的设计功能的完善必将推动住宅智能化的发展。
而系统功能的集成化、用户使用的傻瓜化以及市场的平民化将是智能家居控制器的发展趋势，系统也将逐步迈向绿色化。
最终，我想全人类的梦想是智能家居控制系统将囊括所有的家事杂物，让我们真正的享受舒适温馨的家庭生活。
1.3论文的研究内容
本题目设计了基于51单片机的智能家居控制系统，主要设计了对家居中的时间、温度、是否有人通过等信息的监测和控制。
具体实现内容如下：
（1）通过液晶实时显示当前时间，并可以通过键盘设定时间；
（2）使用热释电红外传感器感应是否有人通过，有人时点亮照明灯（LED）；
（3）使用温度传感器监测室内的温度并显示在液晶显示器上，当温度超过一定范围时蜂鸣器响，实现报警功能。
2系统简介
2.1STC89C52单片机介绍
2.1.189C52简介
STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择[3]。
主要特性如下：
∙增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.
∙工作电压：
5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）
∙工作频率范围：
0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz
∙用户应用程序空间为8K字节
∙片上集成512字节RAM
∙通用I/O口（32个），复位后为：
P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。
∙ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片
∙具有EEPROM功能
∙具有看门狗功能
∙共3个16位定时器/计数器。
即定时器T0、T1、T2
∙外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
∙通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART
∙工作温度范围：
-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）
∙PDIP封装
STC89C52RC单片机的工作模式
∙掉电模式：
典型功耗<
0.1μA,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序
∙空闲模式：
典型功耗2mA
∙正常工作模式：
典型功耗4Ma～7mA
∙掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备
2.1.289C52引脚
VCC（40引脚）：
电源电压
VSS（20引脚）：
接地
P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：
P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。
作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。
在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。
此时，P0口内部上拉电阻有效。
在FlashROM编程时，P0端口接收指令字节；
而在校验程序时，则输出指令字节。
验证时，要求外接上拉电阻。
P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：
P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。
P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。
此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。
在对FlashROM编程和程序校验，P1
接收低8位地址，表2.1描述了P1.0和P1.1引脚复用功能。
表2.1P1.0和P1.1引脚复用功能
引脚号
功能特性
P1.0
T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）
P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：
P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。
P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。
在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。
在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX@R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。
P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：
P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。
P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。
对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。
P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能,如表2.2所示。
表2.2P3口引脚复用功能
复用功能
P3.0
RXD（串行输入口）
P3.1
TXD（串行输出口）
P3.2
（外部中断0）
P3.3
（外部中断1）
P3.4
T0（定时器0的外部输入）
P3.5
T1（定时器1的外部输入）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
（外部数据存储器读选通）
RST（9引脚）：
复位输入。
当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。
ALE/（30引脚）：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOV指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址位8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
（29引脚）：
外部程序存储器选通信号是外部程序存储器选通信号。
当AT89C51RC从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，将不被激活。
VPP（31引脚）：
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。
注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。
为了执行内部程序指令，应该接VCC。
XTAL1（19引脚）：
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
XTAL2（18引脚）：
振荡器反相放大器的输入端[3]。
2.2DS1302时钟芯片
2.2.1DS1302简介
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。
工作电压宽达2.5～5.5V。
采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行电流充电的能力。
DS1302的外部引脚分配如图2.1所示，内部结构如图2.2所示。
DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。
图2.1DS1302的外部引脚分配
图2.2DS1302的内部结构
各引脚的功能为：
Vcc1：
主电源；
Vcc2：
备份电源。
当Vcc2>
Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2<
Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。
SCLK：
串行时钟，输入，控制数据的输入与输出；
I/O：
三线接口时的双向数据线；
CE：
输入信号，在读、写数据期间，必须为高。
该引脚有两个功能：
第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；
其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。
2.3DS18B20温度传感器
温度传感器的种类众多，在应用于高精度、高可靠性的场合时DALLAS公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。
超小的体积、超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。
了解其工作原理和应用可以拓宽我们对单片机开发的思路。
2.3.1DS18B20的主要特征
全数字温度转换及输出。
先进的单总线数据通信。
最高12位分辨率，精度可达±
0.5摄氏度
12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。
可选择寄生工作方式。
检测温度范围为-55℃～+125℃（-67°
F～+257°
F）
内置EEPROM，限温报警功能。
64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。
多样封装形式，适应不同硬件系统。
DS18B20引脚功能：
GND电压地
DQ单数据总线
VDD电源电压
NC空引脚
2.3.2DS18B20工作原理
DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力强。
其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。
18B20共有三种形态的存储器资源：
ROM只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8位是单线系列编码，后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。
数据在出产时设置不由用户更改。
DS18B20共64位ROM。
RAM数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM,每个字节为8位。
第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM的镜像。
在上电复位使其值将被刷新。
第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。
第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换，计算的暂存单元。
第9个字节为前8个字节的CRC码。
EEPROM非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据。
DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。
2.41602LCD显示器
液晶显示器件在中国已有二十余年的发展历史。
二十余年来，液晶显示器件从实验室走向大规模生产集团，形成了独立的产业部门。
现在，液晶显示几乎已经应用于生产，生活的各个领域，人们几乎时时处处都要与这一神奇而又普通的面孔打交道[5]。
液晶显示是集单片机技术、微电子技术、信息处理于一体的新型显示方式。
由于液晶显示器具有低压低功耗，显示信息量大易于彩色化，无电磁辐射，长寿命，无污染等特点。
LCD是目前显示产业中发展速度最快，市场应用最广的显示器件，成为众多显示媒体中的佼佼者，在越来越多的领域中发挥作用，是目前显示器件中一个理想的选择[5]。
LCD与CRT显示器在主要参数方面有许多不同点。
LCD性能参数与CRT有较大差别，主要反映在色度（色彩多少种或多少位）、分辨率、像素点距、刷新频率、防眩防反、观察屏幕视角等方面。
大屏幕显示的应用范围极广，随着社会发展，公众生活的加强，人们对能够面向广大公众传递信息的显示装置越来越感到必需。
使用液晶投影显示大屏幕，不仅有投影仪，指挥用大屏幕，还有液晶投影彩色电视。
它可以用一个体积很小的系统装置，实现100英寸以上的非常漂亮的大屏幕电视显示。
它与传统的显示媒体相比，具有分辨率极高，透过性好，显示内容丰富，彩色易于控制等优点。
随着计算机技术及电子通信技术的发展，LCD显示屏作为一种新的传媒工具，现已经应用到商业、军事、车站、宾馆、体育、新闻、金融、证券、广告以及交通运输等许多行业，大到几十平方米的大屏幕，小到家庭影院用的图文显示屏，以及政府部门应用的电子黑板，证券、银行等部门用的信息数字混合屏。
LCD显示屏带来广泛的社会效益和经济效益，具有良好的发展前景。
2.4.11602简介
主要技术参数:
显示容量：
16X2个字符
芯片工作电压：
4.5~5.5V
工作电流：
2.0mA（5.0V）
模块最佳工作电压：
5.0V
字符尺寸：
2.95X4.35（WXH）mm
接口信号说明如表2.3所示。
表2.3接口信号说明
编号
符号
引脚说明
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
Data1/0
2
VDD
电源正极
10
D3
3
VL
液晶显示偏压信号
11
D4
4
RS
数据/命令选择端（H/L）
12
D5
5
R/W
读/写选择端（H/L）
13
D6
6
E
使能信号
14
D7
7
DO
15
BLA
背光源正极
8
D1
16
BLK
背光源负极
控制器接口说明（HD44780及兼容芯片）:
（1）基本操作时序:
a.读状态:
输入:
RS=L,RW=H,E=H输出:
D0~D7=状态字
b.写指令:
RS=L,RW=L,D0~D7=指令码，E=高脉冲输出:
无
c.读数据:
RS=H,RW=H,E=H输出:
D0~D7=数据
d.写数据:
RS=H,RW=L,D0~D7=数据，E=高脉冲输出:
（2）状态字说明如表2.4所示。
表2.4状态字说明
STA7
STA6
STA5
STA4
STA3
STA2
STA1
STA0
D0
STA0-6:
当前数据地址指针的数值
STA7：
读写操作使能1：
禁止2：
允许
（3）数据控制
控制器内部设有一个数据地址指针，用户可通过它们来访问内部的全部80字节RAM。
数据指针
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