家庭智能控制系统的毕业设计说明书Word格式.docx
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（1）家庭中具备完善的、综合的安保防灾措施和生活服务的智能控制器；
（2）家庭与小区及社会具有高度的信息交互能力；
（3）家庭内部具备完善的安保措施、全面的设施监控管理和信息化的服务管理；
（4）为家庭提供多媒体信息服务。
智能家居系统一般具有如下功能：
（1）庭联网功能；
（2）短信收发功能；
（3）防盗报警功能；
（4）防灾报警功能；
（5）求助报警功能；
（6）场景控制功能；
（7）定时控制功能；
（8）远程控制功能；
（9）联动控制功能。
1.2智能家居的国内外现状及发展趋势
智能家居与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；
还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性、甚至合理控制各种能源的使用。
1.2.1国外发展现状
在国外，智能家居常被称为“SmartHome”。
目前，世界上许多计算机、通信、家电行业的巨人都认识到它的巨大市场潜力，纷纷进入这个领域。
Cisco、Intel、Nortel、Motorola、Lucent、3Com、IBM、Ericsson和松下等公司都己开始建立智能信息家电和智能家居公司。
目前已出现在市场上的智能信息家电和智能家居类的产品主要有:
（1）美国的X-10系统，该系统是通过电力线作为网络平台，采取集中控制方式实现多种功能，目前在国内应用极少，这套系统的功能较为强大，但它暂时不具备在国内市场推广的条件。
首先，它是基于美国的电力环境设计的，很难适应国内恶劣的电力线环境;
其次，它的功能虽然强大，但是针对西方消费的习惯设计的，难以满足国内消费者的要求;
最后，也是最为重要的因素，它的价格也是国内的房地产品和普通消费难以接受的。
（2）德国的EBI系统，该系统采用的是预埋总线及中央控制方式实现各种控制功能，目前在国内应用极少。
究其原因，一个是其工程要求较为复杂、严格;
另一方面，由于它需要进行线路预埋，因此主要客户对象是新建小区的开发商，但它较高的价格是这些开发商所难以承受的，所以一直无法打开国内市场。
（3）新加坡8X系统，该系统采用预埋总线和集中控制方式实现各种功能，同时，利用的产品可对系统进行扩展。
目前该系统在国内有少量应用。
应该说8X系统最大优势在于系统较为成熟，是比较适合中国国情的系统，在国内及东南亚市场有成功应用的范例，但在系统架构、灵活性、价格等方面还难以满足要求。
首先，8X采用的预埋总线方式决定了它的切入点只能是新建小区，对于旧房改造这一潜在的巨大市场它无能为力;
其8X集中控制的方式降低了用户的可选择性，前期投入成本较高，而这正是房地产商最为关心的问题[2]。
1.2.2国内发展现状
我国的智能家居相对于国外起步较晚，尚未形成一定的国家标准，主要采用国外的技术和产品阁，但也有一些企业推出了自己的产品，其中主要有:
（1）清华同方的e-Home数字家园。
清华同方智能家居控制系统是专门针对中国家庭设计的家庭自动化系统，遵循国际技术标准，采用嵌入式软、硬件技术，提供网络、网络节点及末端设备等全系列家庭自动化产品。
系统可以提供的功能有:
智能调光、家电管理、远程控制、家政保安、环境设置和窗帘控制等功能。
清华同方的e-Home数字家园主要是在智能大厦、智能小区的建设中，提供完整的系统解决方案，产品以功能模块开发为主，采用国外成熟的智能家居标准之上。
（2）海尔的“e家庭”。
2000年9月海尔提出“e家庭”概念，并计划陆续推出以下的“e家庭”产品:
家庭无线网络、整体智能厨房、整体卫浴、智能上网设备、ebook、掌上智能设备、指纹/瞳孔识别系统、TabletPC等产品。
海尔的“e家庭”以海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，以海尔移动电话作为移动数字控制中心。
在技术方面，海尔与微软合作，利用微软的windowsMe技术和海尔的网络家电技术，使“e家庭”己具雏形，海尔己推出了网海尔的“e家庭”科隆的“现代家居信息服务集散控制系统”络洗衣机、网络冰箱、网络空调、网络热水器、网络微波炉等一系列信息家电的产品。
（3）科隆的“现代家居信息服务集散控制系统”。
科隆集团推出的“现代家居信息服务集散控制系统”，有效地集成了家电智能控制、家电远程故障诊断及维护、远程互联网控制和家庭娱乐诸项功能。
以上三种具有代表性的我国智能家居系统，是不同企业和科研单位从不同角度和立场理解智能家居的结果,由于智能家居系统现在还缺乏统一明确的国际标准，因此很多公司开发出的产品使用的是自己组网技术和信息交换协议，有的核心技术没有对外公开，技术复杂，不易掌握，有很多产品是针对特定的组网环境开发的产品，因此，限制了其使用的范围，而且由于是少数几家公司约定的技术，相关第三方产品缺乏，各个接入设备之间不能兼容，互操作性差，用户扩充系很不方便，限制了其进一步的发展。
还有的系统成本太高，普通用户难以承受，所以也没能广泛推广使用。
因此设计一个符合国情、符合国家规范的集远程控制和本地控制为一体的智能家居控制系统具有非常重要的现实意义和深远的历史意义。
1.2.3智能家居系统的发展方向
（1）向“一体化系统集成”方向发展。
家居智能化需满足自动化管理、三表计量、安全防范监控、火灾报警、对讲呼叫、设备监控等六方面内容，把六项内容的智能化功能集成，从而降低成本，是其未来发展的一个方向。
（2）向节能环保方向发展。
智能化的本质之一是降低成本和提高效率，节能是降低成本的关键技术；
环保是全球的要求，智能家居如何结合现有技术降低功耗、减少对家庭和小区的环境污染，提高生活环境的质量，这些也是其未来发展必须考虑的因素，也是“科学发展观”的最好实践。
（3）向仿人智能化、网络化、人性化方向发展。
仿人智能化是智能控制发展的必然趋势，它是当代高科技技术和生物学技术的高度综合和升华。
因此，家居的智能化也必然向仿人智能化方向发展；
网络化是信息技术、通信技术和计算机技术发展的必然趋势，是智能化的一个重要条件；
人性化体现了“以人为本”的思想，是科学技术发展的目的和最终归宿。
因此，也是智能家居未来的一个发展方向。
（4）向规范化、标准化方向发展。
我国智能家居发展较晚，新技术、新产品层出不穷，标准和规范还在制定之中。
产品的规范化、标准化方面仍存在着许多问题；
WTO的加入还需考虑和国际接轨的问题；
规范化、标准化是智能家居快速发展、走入国际市场的必由之路。
（5）向具有“中国特色”的家居智能化方向发展。
家居智能化系统需要大量的适合中国国情的产品和运行软件，目前开发的软硬件产品的种类较少，水平较低。
因此，这一方面的研究开发急需加强。
而在我国现今的生活环境下，普通百姓在家庭装潢时对于智能家居系统暂时还处于陌生和不接受的状态，其中主要原因为智能家居系统的高昂成本让智能家居难以走进普通百姓家庭。
在这样的环境下，研究新的智能家居系统就尤为主要，本设计主要以单片机为主要控制芯片，利用手机短信通讯，大大降低了成本，节能环保[4-6]。
2系统设计的总体方案
2.1设计任务及其要求
基于单片机设计的一个家用智能总线式系统，能实现对任意房间的用电设备的控制，并能指示设备状态，能实现基于公用电话网的远程开关功能；
能对门、窗的状态进行监控；
能检测室内的温度并能进行调节，且具有防火防盗功能。
要求：
完成系统的方案选型，元件选择，软件设计。
技术指标：
（1）采用总线式连接；
（2）能实现本地按键控制和远程控制。
（3）能控制任意房间的用电设备，具有防火防盗功能。
2.2设计目的
本设计将利用中央控制器控制各个电路模块达到安防、温湿度检测、电器控制等功能的远程和本地控制。
其设计模型图如图2-1所示。
图2-1设计模型图
2.2.1温度检测控制
通过对室内温度监测，得到实际温度与设定温度比较值：
当实际温度低于设定温度一定值时，在夏季关空调，在冬季开暖气；
当实际温度高于设定温度一定值时，在夏季开空调，在冬季关暖气。
当监测参数超标时及时给用户返回警告信息，同时，在一般情况下，用户可以用手机向中央控制器发送短信，查询实时环境参数。
2.2.2安防报警
当一氧化碳传感器、甲烷气体传感器检测到气体超过预设值时，门磁开关、窗户反射式传感器检测到有动作时，在设防状态下，现场就会有报警信息发送到用户手机上。
用户通过手机短信了解和及时处理报警，如果是误报，可以取消报警，达到控制的目的。
2.2.3电器控制
电器控制主要是控制家用电器的电路通断，将家用电器的开关换成继电器，再由控制中心发送指令控制继电器的启闭，从而达到控制电器的目的。
2.3家居智能化实现途径
家居智能的基本目标是，将家庭中的各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术（HBS）连接到一个智能话的系统上进行集中或者异地的监测、控制，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。
根据本设计的要求和目的，参考国内外相关技术的发展状况，根据我国住宅的实际情况，简单介绍几种家居智能化的实现途径。
2.3.1中央控制器
随着社会的发展和需求的提高，计算机也在不断地更新与发展。
由于计算机的产生是应数值计算而产生的，因此长期以来计算机技术都是沿着满足大量高速数值计算而发展的，直到20世纪70年代，电子计算机在数字逻辑运算、推理、自动控制等方面显露出非凡的功能后，在各种控制领域开始对计算机技术发展提出了与传统大量高速计算完全不同的要求。
这些要求是：
面对控制对象、面对各种传感器信号、面对人机交互操作控制、能方便地嵌入工控应用系统中等。
为了实现上述要求，近年来，单片微型计算机（简称单片机）应运而生，单片机一词最初是"
SingleChipMicrocomputer”，简称SCM。
随着单片机在技术上、体系结构上不断扩展其控制功能，单片机已不能用“单片微型计算机”来准确表达其内涵。
国际上逐渐采用"
MCU"
（MicroControllerUnit”）来代替，形成了单片机界公认的、统一的名词。
单片机一个是微型的电脑，麻雀虽小，五脏俱全，它内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件。
要实现家居的智能化控制，需要一个中央控制器为数据进行处理和分析，同时控制完成各种智能化功能，这个处理器可以是计算机（PC机）和单片机（MCU），根据设计的要求和目的，选用单片机作为系统的中央控制器。
它和PC机对比有以下几点优点：
（1）成本低，耗能低，功能齐全；
（2）设计简单，方便安装和携带；
（3）有较强的抗干扰能力；
（4）编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性。
2.3.2远程通信
远程通信主要是指用户在外地通过某种通信方式控制整个智能家居系统。
其方案主要有三种：
一种是通过Internet网进行控制，一种是通过电力线进行控制，一种是通过电话网机进行控制[7]。
（1）通过Internet网进行控制。
随着网络技术的飞速发展，Internet技术在住宅小区的使用潜力日益突出，它可以为用户提供远程教育、网上购物、电子银行、住宅安全的状况的网上查询、家用电器的网上实时监控等方便、快捷的服务。
（2）通过电力线进行控制。
电力线通信技术（PLC）是把载有信息的高频加载于电力，用电力线传输，通过调制解调器将高频信号从电流中分离出来，传送到计算机或其他信息家电，以实现信息传递的一种通信方式。
电力线通信技术有以下优点：
信息家电可以通过电力线进行通信，无需另外布线，利用电源线实现智能家居网络成本较低，电力网是覆盖范围最广的网络，PLC技术可以轻松的渗透到每一个家庭，其应用范围广泛，网络的接入点是电源插座，数目较多且接插方便。
（3）通过电话网进行控制。
基于Internet网进行控制和基于电力线进行控制的远程控制方案，都是组网成本较高、技术难度大，对维护者的技术水平要求也比较高，它适用于新建的中高档住宅。
电话网络是一种技术成熟并且比较普及性的通信网络，那么从基于成本、实用性和大众化的考虑，决定本方案采用电话网络实现对系统的远程控制。
基于已有的电话网络实现远程控制是网络控制中一种简单、廉价的控制方式，利用电话的远程控制主要是通过发送手机的短信息传送控制信息，通过对信息的分析得到相应的控制命令,达到控制目的。
2.3.3本地通信
本地通信是指各个模块之间的通信，主要是考虑模块运用的现场总线形式和个模块之间信号传输所用的介质。
现场总线作为一种先进的工业控制技术，将当今网络通信与管理的观念带入工业控制领域。
把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，将他们连成可以相互共同信息、共同完成自控任务的网络系统及控制系统。
下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。
1）RS-485/422采用平衡发送和差分接收方式实现通信：
发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号A,B两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。
由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以又极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mV电压。
故传输信号在千米之外都是可以恢复。
RS-485/422最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。
RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。
RS-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。
即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。
如果需要使用星型结构，就必须使用485中继器或者485集线器才可以。
RS-485/422总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。
2）CAN（ControllerAreaNetwork控制器局域网）。
最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。
CAN协议分为二层：
物理层和数据链路层。
CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。
CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M/1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。
目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。
3）Lonworks。
它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。
它采用ISO/OSI模型的全部７层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。
支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。
Lonworks技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。
此外较有影响的现场总线还有DeviceNet、PROFIBUS、HART、CC-Link、WorldFIP、INTERBUS、P-Net、SwiftNet等总线形式。
由于RS-485总线的最高速率可以达到10M/s，所以作为智能家居系统，RS-485总线由于可靠性高、性价比高，是通信可靠性最高、实时性和灵活性最好的通信方式。
而信号传输的介质是网络中发送方与接收方之间的物理通路，它对网络的数据通信具有一定的影响。
常用的传输介质有：
双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输媒介。
（1）双绞线。
双绞线简称TP，由两根绝缘导线相互缠绕而成，将一对或多对双绞线放置在一个保护套便成了双绞线电缆。
双绞线既可用于传输模拟信号，又可用于传输数字信号。
双绞线非常适合于短距离通信。
（2）同轴电缆。
同轴电缆由绕在同一轴线上的两个导体组成。
具有抗干扰能力强，连接简单等特点，信息传输速度可达每秒几百兆位，是中、高档局域网的首选传输介质。
（3）光纤。
光纤又称为光缆或光导纤维，由光导纤维纤芯、玻璃网层和能吸收光线的外壳组成。
具有不受外界电磁场的影响，无限制的带宽等特点，可以实现每秒几十兆位的数据传送，尺寸小、重量轻，数据可传送几百千米，但价格昂贵。
（4）无线传输媒介。
无线传输媒介包括：
无线电波、微波、红外线等。
在本设计中，选用有线双绞线作为本地通信的传输介质，首先在和无线传输对比上节约了成本，减少了无线对人体造成的辐射，和其他有线传输形式对比，则更容易实现，在智能家居系统设计里，是最优的选择。
3单片机控制系统硬件电路设计
本设计主要实现基于公用电话网络的本地控制和远程控制功能，其整体框图如下图3-1所示。
图3-1系统整体框图
3.1中央控制器—STC89C52型单片机
单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。
概括的讲：
一块芯片就成了一台计算机[11]。
STC89C52是51系列单片机的一个型号，它是标检集团（STC）公司生产的。
选用STC89C52单片机的理由：
高可靠、超低价、低功耗、无法解密、程序下载简单。
89C52是一个低电压，高性能CMOS的8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央控制器和Flash存储单元，功能强大的89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，STC89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程，用STC提供的STC-ISP.exe工具将您原有的代码下载进STC相关的单片机即可,或用通用编程器编程.其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
其PDIP封装形式如图如图3-2所示。
图3-2STC89C52的PDIP封装形式
主要功能特性：
·
兼容MCS51指令系统·
8k可反复擦写（>
1000次）FlashROM
·
32个双向I/O口·
256x8bit内部RAM
3个16位可编程定时/计数器中断·
时钟频率0-24MHz
2个串行中断·
可编程UART串行通道
2个外部中断源·
共6个中断源
2个读写中断口线·
3级加密位
低功耗空闲和掉电模式·
软件设置睡眠和唤醒功能
3.2RS-485总线
3.2.1RS-485总线接口设计
在本设计中，采用的是以89C51单片机为主控制器，MAX1487的电平转换芯片为驱动器与传输器的接口模块。
如图3-3所示，此为RS-485总线的接口示意图。
RS-485利用信号导线之间的信号电压差，通过传输线驱动器，把逻辑电平变换成电位差，完成始端的信号传送；
再通过传输线接收器，把点位差转换成逻辑电平，完成终端的信号接收。
图3-3RS-485接口示意图
对于单片机，我们通常采用MAXIM公司的MAX1487作为接口芯片。
这里简要介绍MAX487的特性。
MAX1487是专门为RS-485通信的半双工应用设计的小功率收发器,它含有一个驱动器和一个接收器。
它的特点是具有限斜率的驱动器，即驱动器发送的数字信号，其边缘的斜率是受限制的，可以使电磁干扰（EMI）减至最小，并减少因电缆终端不匹配而产生的反射影响，因此可以高达250kbps的速率无误差的传送数据。
而其它如MAX481，MAX485则不具备这种功能，在传输的准确性就要差一点。
MAX1487的特点是：
*无误差数据传送的限斜率驱动器
*0.1µ
A低电流关闭方式
*-7V～+12V共模输入电压范围
*三态输出
*半双工工作方式
*工作电源为单一的+5V
*总
升级会员 