智能温控器在智能家居中的应用及实现本科毕业论文.docx
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智能温控器在智能家居中的应用及实现本科毕业论文
本科毕业设计论文
题目：
智能温控器在智能家居中的应用及
硬件实现
DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnology
fortheDegreeofBachelor
ApplicationAndHardwareImplementationOfIntelligentTemperatureControllerIn
SmartHome
Student:
XXXX
Advisor:
XXXXXXXXX
CollegeofInformationEngineering
ZhejiangUniversityofTechnology
June2015
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
本科生毕业设计（论文、创作）任务书
一、设计（论文、创作）题目：
智能温控器在智能家居中的应用及硬件实现
二、主要任务与目标：
设计智能温控器并提出其在智能家居中的应用方案，实现精确定位功能，精确温度检测功能，以及实时通讯功能，并实现通过温度感知对电机的控制
三、主要内容与基本要求：
1.完成智能温控器的设计，设计各模块电路，画出原理图2.做出样机，完成应用方案设计3.撰写毕业论文和提交相关设计文挡、图纸、程序流程图等
四、计划进度：
2014.12.20~2015.3.1收集相关资料文献，学习相关传感器基础知识，完成市场调研；完成外文翻译、文献综述；熟悉课题，做好开题准备，有初步设计方案；
2015.3.2~3.15完成开题报告，参加开题交流；
2015.3.16~4.30完成智能温控器在智能家居中的应用方案制定，制作样机，接受中期检查；
2015.5.1~5.31样机测试与改进，做出最终设计成品。
撰写毕业论文初稿；
2015.6.1~6.20论文修改，毕业答辩，提交相关文档资料。
五、主要参考文献：
[1]葛虓.智能楼宇电采暖综合控制系统.哈尔滨工业大学工学硕士论文,2011.[2]胡永红,杜美霞,崔家慎.无人机机载终端机智能温控器设计[J].计算机测量与控制,2013.[3]BiljanaRisteskaStojkoska,AndrijanaPopovskaAvramova,andPeriklisChatzimisios.ApplicationofWirelessSensorNetworksforIndoorTemperatureRegulation[J].InternationalJournalofDistributedSensorNetworks,1-10,2014.
任务书下发日期2014年12月20日
设计（论文、创作）工作自2014年12月20日至2015年6月20日
设计（论文、创作）指导教师
系主任（专业负责人）
主管院长
智能温控器在智能家居中的运用及硬件实现
摘要
温湿度对人们来说是一个非常重要的物理参数，它表征物体的冷热程度。
与人类生活、工农业生产和科学研究之间的关系密切，许多生产过程和科学研究都会有温湿度测量或检测的相关要求。
控制温湿度对人类具有极其重要的现实意义。
与此同时，智能家居作为家庭信息化的实现方式，已成为社会信息化发展的重要组成部分。
相对于普通家居，智能家居可以更多地提供全方位人机间的信息交互功能，甚至还能节能环保，节省各种资源。
通过对温控器市场的调研，我们得知该项目的应用以及市场都非常广泛，竞争激烈。
本文设计了一种简单低功耗并配有无线传输功能的温湿度采集系统。
主要介绍了该系统配合四旋翼飞行器，通过飞行器在空中的航行轨迹，记录下飞行器在飞行过程中周围环境的温湿度，并把实时数据通过蓝牙无线技术传输到电脑端。
本文详细阐述了该系统的硬件设计，包括单片机、温湿传感器、无线收发传输模块、电源模块的选取等。
实现了低功耗，低成本，体积小（可以安装在小型四旋翼飞行器上），工作稳定等诸多优点。
关键词：
单片机，蓝牙，温控器，温湿度传感器，数据采集
APPLICATIONANDHARDIMPLEMENATIONOFINTELLIGENTTEMPERATURECONTROLLERINSMARTHOME
ABSTRACT
Temperatureisveryimportantforpeople,whichisusedtomeasurethehotorcoldofobjects.Itisstronglyrelatedwithhumanlife,industrialandagriculturalproduction,andscientificresearch.Manyproductionprocessesandscientificresearchrequiremeasurementsoftemperatureandhumidity.Temperaturecontrolhaspracticalsignificanceforhumanity.Atthesametime,smarthome,astheimplementationofinformationtechnologytoafamily,hasbecomeanimportantpartofthedevelopmentofinformationsociety.Comparedwiththeordinaryway,smarthomecanprovidemorecomprehensiveinformationinteractivitybetweenhumanandmachines,andcanalsohelptosaveenergyandprotecttheenvironment,soastodecreasethecostofdifferentaspects.
Wedidasurveyforthemarketoftemperaturecontroller,andfoundthatthemarketisquiteextensiveandfullofcompetition.Inthisthesis,wedesignasimpletemperatureandhumidityacquisitionsystemwithlowpowerconsumptionandwirelesstransmissionfunction.Weuseafour-rotoraircrafttocarrytheacquisitionsystem.Werecordtheaircraftflighttrajectoryaswellasthetemperatureandhumiditywhenitisflying,anddataistransferredviaBluetoothtothecomputer.Wefinishthehardwaredesignforthesystem,includinghowtoselectmicrocontroller,temperatureandhumiditysensors,wirelesstransmissionmodule,voltageregulatormodules.Ourdesignhasseveraladvantages,suchaslowpowerconsumption,lowcost,smallsize（canbecarriedbyasmallfour-rotoraircraft）,andstable.
KeyWords:
MCU,Bluetooth,Thermostat,Temperatureandhumiditysensor,DataCollection
目录
摘要1
ABSTRACT2
第1章绪论5
1.1什么是温控器5
1.2温控器在智能家居中的应用5
1.3温控器项目研究意义及发展背景6
1.4本论文主要研究内容和章节安排8
第2章F450四旋翼飞行器系统架构9
2.1F450四旋翼飞行器的基本结构9
2.2F450四旋翼飞行器的工作原理10
2.3F450四旋翼飞行器的搭建与调试11
2.4F450实地试飞13
2.5本章总结14
第3章温湿度采集系统的硬件设计15
3.1温湿度采集系统的各部分硬件选取15
3.1.1STC89C51单片机15
3.1.2HC-05主从机一体蓝牙模块17
3.1.3DHT11温湿度传感器18
3.1.4LED1602液晶屏19
3.2无线温湿度采集系统的硬件设计21
3.3无线温湿度采集系统的硬件连接实物图及说明23
3.4本章总结23
第4章基于DHT11温湿度采集系统的软件驱动设计24
4.1DHT11的时序24
4.2程序设计流程图25
4.3温湿度读取程序（C语言）25
4.4电脑端串口助手接收测试28
4.5本章总结29
第5章温湿度显示系统与PC端软件对接测试30
5.1温湿度显示系统人机软件界面简介30
5.2温湿度采集与显示系统测试31
5.2.1软件界面温湿度数据显示测试31
5.2.2软件界面温湿度曲线绘制测试31
5.2.3软件界面GPS数据显示测试32
5.2.4软件数据导出生成Excel文档测试33
5.2.5上位机软件整体测试结果33
5.3本章总结34
第6章论文总结35
6.1论文工作总结35
6.2论文研究的展望与不足35
参考文献36
附录DHT11传感器性能说明38
致谢39
第1章绪论
1.1什么是温控器
温度是一个基本的物理常量，是工业对象的主要被控参数之一[1]。
例如工业中的报警器[2]、装有温控器的微波炉[3]等，甚至涂覆装备中也涉及到温控器的运用[4]。
温控器，英文名为Thermostat，字面上很容易理解，顾名思义就是温度控制器，主要是用来调节温度的装置。
例如冰箱上的温控是控制压缩机启动与停止的，设定的温湿度到了，压缩机停转，加热装置上的温控器是控制加热与保温的。
或是通过温度保护器将温度传到控制器，通过发出相关的调试命令，从而控制设备的运行以达到人们想要的温度及节能效果，从上述举例中很好容易看出其具有非常广泛的应用范围非常广泛和发展前景，各种不同类型的温控器根据自身种类的特点分别应用在家庭电器、电机类、制冷或制热等众多产品中。
目前，市面上很多温控器也包含湿度的测量，因此在后续章节，我们提到的温控器统一指温湿度的测量和控制设备。
同时，不仅仅在工业上的应用，在智能家居中，温控器也发挥着很大的作用，尤其是以房屋住宅为平台，利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术等与家居生活有关的各种IT技术，和温控器有机地结合在一起，建造出一种强大的智能房屋温湿度控制综合管理系统[5]。
这种方法将改变整个房屋的安全和舒适性能，使我们的生活更加方便轻松，而且还能起到节能减排的环保作用。
1.2温控器在智能家居中的应用
智能家居是计算机技术、自动控制技术、网络通信技术三大系统向传统楼宇、建筑、房屋等渗透的产物，与物联网技术之间有着紧密的联系。
想象一下，在人们刚刚回到家里的时候，大门锁被开启之后，房屋中的智能安防系统自动解除原先设定的室内警戒状态，走廊里的灯慢慢地开启，室内温控系统自动启动，自己常听的流行音乐在耳边轻轻响起。
只要身在屋中，控制家中所有的电器仅仅一个遥控器就够了。
到了晚上的时候，所有的窗帘都会按照设定好的时间自动关闭。
入睡前，床头边的面板上，只要一个按钮就可以通过声音控制室内所有需要关闭的灯光和电器设备，同时安防系统自动开启警戒模式。
智能家居作为家庭信息化的实现方式，已成为社会信息化发展的重要组成部分[6]。
相对于普通家居，智能家居可以更多地提供全方位的人机信息交互功能，甚至还能节能环保，从而节省开支。
智能家居的概念很早就已经被提出，只是那时还没出现一个实际存在的案例。
直到1984年美国的联合科技公司（UnitedTechnologiesBuildingSystem）将建筑设备信息化、整合化的概念应用在了美国康涅狄格州哈特佛市的CityPlaceBuilding时，才出现了世界第一栋“智能型建筑”，才出现了世界第一栋“智能型建筑”，从此开启了人们争相建造智能家居房屋的时代[7]。
1.3温控器项目研究意义及发展背景
智能家居从起源至今已有三十多年的历史。
目前，美国已经拥有全球最高端的智能化房屋住宅区，其占地约3359公顷，其中大约有8000栋小别墅。
此外，在欧州、日本等地区，智能家居也已开始稳步发展。
温湿度对人们来说是一个非常重要的物理参数，它表征物体的冷热和潮湿程度。
它与人类生活、工农业生产和科学研究之间的关系相当紧密，几乎所有的生产过程和科学研究都会有温湿度检测的相关要求[8]。
控制温湿度也对人类具有极其重要的现实意义。
以前很多都是人为进行温湿度控制，这样不仅浪费人力，同时还增加了很多不稳定性[9]。
温湿度控制涉及大到工业设备小到人们正常生活中的家用电器等方方面面。
那么很显然，温湿度的控制在智能家居中的应用也占据着非常重要的地位。
随着智能家居的成果在整个世界上的日渐兴起，智能家居在上个世纪末就已经悄然走进了中国人的生活照中。
与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。
文献[10]中详细介绍了物联网在智能家居中的发展。
结合前两段不难看出，智能温湿度控制系统已经在智能家居中占据了很重要的地位。
尤其是物联网系统、远程监控等将唱主角。
近年来随着新的温控器企业的不断涌入，各企业都在承受着成本不断攀升，产品利润日益微薄的压力。
使温控器中小企业扎堆，竞争激烈，透支市场。
再加上国内劳动力成本的上升，原材料价格的上涨，多方作用，种下的苦果是部分竞争力不强的产品几乎进入纯成本竞争阶段。
到现在看来，温控器的市场还没有实现统一化，规范划，面对竞争压力，国内众多的温控器打起了价格战，反而忽略了没产品的质量。
对比中小企业，或者是新进入市场的企业，一些龙头企业在中高端市场优势明显，同时还有更多精力和能力完成技术创新，并拓展到多领域。
业内人士预测，强者愈强，弱者被淘汰的局面，在未来10年内表现更加激烈[11]。
现如今很多带有温湿度控制产品中，有冷链监测（物联网）系统[12]、冷链温湿度控制器、温湿度记录仪、冷库电气控制箱、温湿度环境测量仪、空气能热泵控制器、车用空调控制器等，这些都应用于不同领域和处所。
控制温湿度的主要目的是解决基于冷链的运行需要，实现对冷链各个环节的温湿度进行精准监控，温湿度异常报警;各种厨房柜、饮料柜、展示柜、医疗柜、冷冻冷藏柜等制冷系统的温湿度控制等。
然而对于零距离温湿度的控制是远远不够的，因此在温湿度控制中加入远程监控功能，即无线传输系统是必然的。
有一种远程监控是通过通信模块和控制器把互联网和设备连成物联网，并可用于集中监控，无需网络。
其特点是提供设备运行控制，预警，报警，记录等功能。
通过互联网可以对设备进行实时监测和实时控制，无需再在多个工地奔走劳碌。
定时记录运行和操作参数，给维护和性能分析提供数据依据，让任何问题都有证可循。
通过手机[13]和网页两种方式及时发送设备故障信息，极大降低人工运维成本，减少损失和赔偿。
无需另外安装软件，只需能上网的计算机或手机，即可乐享远程监控的带给您的便利。
因此，文献[14]中的工业温湿度控制器，完全可以加以改进，添加无线传输系统，并运用到智能家居中。
添加相应的报警功能，当某电器或者室温超过原有所规定范围外时可以启动报警器甚至可以远程传输给房子主人的手机或者电脑。
实现人们虽然远离房屋，但任然对房屋中的状况一清二楚，方便快捷。
使原本静止的家居环境变为可移动的智慧的智能化住宅。
再细致化到家庭用于养鱼观赏用的鱼缸中的智能温控调节系统,在文献[15]中采用的是工业中最常用的PID控制算法。
通过改进，房屋主人即使不在家中，也可以对家中观赏鱼的周围环境了如指掌，养鱼会变得方便多了。
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