智能家居控制系统_毕业论文(编辑修改稿)

智能家居控制系统_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

单一， RAM、 ROM 空间小等缺点。 若采用 89C51需要做 RAM， ROM 来扩展其内存空间，其硬件工作量必然大大增多。 方案二：采用 AVR 单片机作为主控芯片，其简便易学、费用低廉、低耗、保密、I/O 口功能强，且 AVR 单片机是高速 嵌入式单片机 ，其内部集成了 AD 转换电路，以 及功能强大的 定时器 /计数器、通讯接口。 综上考虑，选用 ATmega16 单片机为 CPU 最为合适，且 ATmega16 单片机具有 16K的 flash， 512 字节的 EEPROM，满足我们设计的需求。 3 硬件系统设计 主控芯片 ATmega16 ATmega16 是基于 8 位 CMOS 微控制器，低功耗 AVR RISC 结构。 得益于 其先进的指令集 及单时钟周期指令执行时间 ，使 ATmega16 的数据吞吐量可达 1MIPS/MHz，故可缓解系统在功耗和处理速度之间矛盾 [5]。 ATmega16 具有 16K 字节可编程闪存， 512 字节的 EEPROM， 1K 字节的 SRAM，32 个通用 I / O 端口， 32 个通用寄存器，边界扫描的 JTAG 接口 [6]，支持片上调试和编程，三个具有更灵活方式的定时器 /计数器（ T / C），内部 /外部中断，可编程异步串行通讯，一个通用串行连接， 8 路 10bit 可选的 ADC，一个串行端口和 省电模式，模式可以通过单片机内部的寄存器进行设置选择。 当单片机处于空闲方式时， CPU 不再运行，但 USART、 SRAM、 T / C、 SPI 端口、两线接口、 A/D 转换器和中断继续正常工作；当单片机处于掉电模式时，晶体振荡器不再振荡，但中断模块以及复位系统正常工作，而其他所有功能都不再运行； 智能家居控制系统的设计 6 当单片机处于省电模式时，异步定时器正常运行，且允许用户保持一个时间基准，但其他功能将停止运行；当单片机处于 ADC 噪声抑制模式下，只有异步定时器以及 ADC正常运行，其他模块均休眠，为的是减少在 ADC 转换时产生的开关噪声； ATmega16 拥有 C 语言编译器、宏汇编程序、程序调试器 /仿真器以及仿真器等一系列的编程工具，还会有评估板等相应的系统开发工具 [7]。 图 2 和图 3 分别为 ATmega16 实物图和 ATmega16 引脚图。 图 2 ATmega16 实物图 图 3 ATmega16 引脚图 功能设计 双模式设计 为了适应人们高质量，便捷的生活需求，本系统采用两种模式控制，即安防模式和自动模式。 系统自动控制是指系统的核心部分可以根据外部传感器所采集的环境信息（如温度，光 照等）与用户设定的可以使人可以较为舒适的之作比较 [8]，然后根据比较结果对相应的设备进行调节控制，以保持着个舒适的值，为用户提供一个良好的温湿度环境。 且设置了手动控制模式，人为的调节环境变化。 而安防模式是指在主人外出或对家居设置了防盗防火，通过外部传感器实时检测是否有不法人员进入居室，以及是否发生火灾，及时通知并报警，达到安全防火防盗的效果。 温度控制 通过温度传感器（如图 4）采集当前的温度信息，送到采集模块中进行转换，由控制中心进行分析，通过与预设值的对比，决定空调的开关，使室温保持在一个恒 定的范围。 同时为了方便控制，控制中心会将采集到的温度值发送到液晶屏上显示出来。 淮南师范学院 2020届本科毕业论文 7 图 4 温度传感器 DS18B20 图 5 光敏传感器 灯光 控制 通过光敏传感器（如图 5）采集当前光线的值，通过与预设白天夜晚的值相比，让控制中心知道当前的环境状态，从而决定是开灯还是关灯，是开窗帘还是关窗帘。 声音控制 声控灯是一种声控电子照明装置，由音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。 它提供了一种控制灵敏的声控灯 [9]，它采用人嘴发出约 1 秒的控制信号“嘶”声，即可方便及时地打开和关闭声控照明装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能，并设有手动开关，使其应用更加方便。 声控灯由话筒、音频放大器、选频电路、倍压整流电路、鉴幅电路、恒压源电路、延时开启电路、可控延时开关电路、可控硅电路组成。 本次设计通过声音传感器（如图 6）检测当前是否有语音命令，来控制窗帘、台灯、音响的开关等，从而达到声控的效果。 图 6 声音传感器 图 7 火焰传感 器 防火设计 火灾烟雾传感器是一种在消防管理、安全防范系统中常用的报警器材，它工作可靠、体积小巧，火灾烟雾传感器是把烟雾信号转换为电信号，电路设计时可以在背后设计专智能家居控制系统的设计 8 用的卡口以便地固定在墙体或者天花板上，使用时通过设置在厨房、卧室、书房等的烟雾传感器，实时监视各个房间的状况，以防火灾的发生。 若有火灾发生，则控制器发出声光、短信等报警信号，通知家人及相关部门及时扑灭火灾，保证家居的安全。 除此之外，我们还能根据有人在家与否，调节烟雾传感器的灵敏度 [10]。 本次设计通过火焰传感器（如图 7）检测室内是否 有异常明火，若检测到有异常明火，则通过蜂鸣器报警且控制喷射阀工作。 防盗设计 一般家居防盗设计包含；两部分区域的防护，住宅周界防护和住宅内区域防护。 住宅周界防护是指在住宅门，房子的窗户，窗户上的玻璃等外部环境上安装一些传感器来检测环境的变化，达到保护家居安全的作用，例如玻璃破碎探测器；住宅区的保护是指在主通道、卧室、书房、浴室安装一检测各种环境信息的传感器 [11]，来保护室内的安全，诸如红外探测器、温度传感器、烟雾传感器、震动传感器等，都可以帮助居室主人更好的管理家居。 本次设计通过人体红外传感 器（如图 8）检测主人外出后，室内是在否有人进入，以及声音传感器，保险柜的震动传感器（如图 9），都可以达到防盗检测。 若检测到有异常人员进入，则会通过蜂鸣器报警。 图 8 人体红外感应 图 9 震动传感器 功能设计小结 通过传感器采集当前环境中各种信息，送到采集模块中进行转换，处理芯片对其进行分析处理。 同时为了方便控制，控制芯片会将采集到的一些数据发送到液晶屏上显示出来。 总的 来说，各类传感器起着感受外界环境变化的作用，对整个系统的运行至关重要，具体功能如下表： 淮南师范学院 2020届本科毕业论文 9 表 1 各类传感器功能 电源模块设计 1)5V 开关电源稳压器电路 由于本控制系统单 元电路较多对且对 5V 电源的要求比较高。 在本次毕业设计中 ,我们选用了稳压芯片 LM2576 完成 12V 向 5V的转变 ,并让其对 ATmega16 控制核心和其他 5V 单元的供电。 我们需要注意 ,使用 LM2576 稳压芯片实现开关电源的转换还要用到大功率的电感 (100uH)以及电容 ,这些是高储能能力所必备的 ,从而满足单元电路的供电需求。 LM2576 为 开关电源稳压器。 如下图所示： T1D5IN 5 8 2 2L1C42 2 0 0 U FC24 7 0 0 U FC31 0 4C11 0 41234D 1 D 4B R ID G E 1L M 2 5 7 6 5 .0~ 2 2 0 V~ 2 2 0 V+ 5 . 0 VGND 图 10 5V开关电源稳压器电路 2)其他电源稳压器电路 本系统的设计还涉及到传感器信号采集与信号放大，其中放大器等部分需要用到177。 12V 电源，因此根据设计要求增加了 7812/7912 三端稳压 IC 提供的177。 12V 电源，由 22。