黄俊杰-----基于单片机的智能家电控制及远程安防系统的实现

黄俊杰-----基于单片机的智能家电控制及远程安防系统的实现内容摘要：

警服务企业 万余家 ,涉及保安报警服务、CCTV监控、防盗报警、楼宇对讲、智能家居、生物识别、智能交通等诸多领域。 据资料统计 ,世界上有一半的安防产品是由中国企业制造的 ,而中国安防市场以每年增长 20% ～ 30% 的速度发展 ,预计今年全国安防行业产值可以达到 1200 亿元人民币 ,其中 ,安防产品制造产值约 700 亿元 ,安防工程产值 420 亿元 ,安防报警服务 80 亿元。 随着国家经济持续发展 ,人们生活水平不断提高 , 安防市场会不断扩大 ,需求将更加 迫切 ,可以预计“ , 十一五”后期至“十二五”期间 ,将成为中国安防行业发展的黄金时期。 从整体上看 ,中国安防产业在历经了 20 世纪 90 年代中后期的快速发展 ,2020 年进入技术升级结构调整时期后 ,2020 年 ,因为平安城市建设 ,安防市场步入发展快车道。 从市场地域分布来看 ,安防产品市场比较活跃的地区以华南华东、华北为主。 华南市场的珠江三角洲八个城市 (广州、深圳、珠海、中山、佛山、惠州、江门、东莞 ) 安装 100 万个摄像机加强城市治安防控 ,引发了华南安防市场火爆性增长。 华东市场由于江苏、浙江、上海三省市近年来 全面推进科技强警示范城市建设以及 2020 年上海世博会 ,安防产品在各地一、二、三级市场遍地开花。 华北市场因为 2020 年北京奥运会安全防范的需要 ,带来了各种安防产品的几何增长。 伴随我国安防产业规模的扩大 ,珠江三角洲、长江三角洲、环渤海地区等安防制造基地已经形成。 这些地区的共同优势是 ,安防制造企业集中 ,产业链比较完整 ,具有很强生产和配套能力。 其中 ,以深圳为中心的珠江三角洲已成为我国规模最大、发展速度最快、品种最全、产品出口所占比重最高的安防产品加工密集地重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 2 区。 以杭州为中心的长三角 ,也成为国内最重要的 DVR 制 造、安防监控软件基地。 以天津为中心的环渤海地区则逐步形成了摄像机产业集群。 但在我国安防制造业中 ,外商和港澳台投资企业生产的安防产品仍然占据半壁江山。 2020 年 ,外商和港澳台企业更是加紧了对中国安防市场的凌厉攻势 ,收购、兼并、合作、加大在国内投资 ,他们凭借其技术优势和成熟的运作模式 ,在国内市场占有相当的优势条件。 一些企业不断扩大自身优势 ,对销售模式进行了调整 ,取消了原来的多级代理 ,实行区域代理 + 直销的销售模式 ,强化渠道控制力。 除在省会城市布下营销团队外 ,还加速了在地、市甚至是县级市场的营销 ,同时二、三 、四级市场的竞争正在逐步升温 ,是近年国内安防市场渠道营销的一个最为明显变化。 我国安防产业经过多年的发展已经初具规模，并且发展迅速。 “十五”期间，我国安防产业年均增长速度超过了国民经济发展的 1 倍以上，以年均 25％增长速度快速发展。 安防行业正由启动期走向发展期，根据统计数据显示 : 2020 年安防企业已达 万家，从业人员近 100 万人，实现增加值 300 多亿元，其中出口创汇产品约占 10％左右。 但据统计，目前国内安防企业销售额在 100 万元以下的企业占 23%， 100500 万元的占 37%，而年销售额在 500 万元以上的企业只有不到 40%的份额， 1000 万元以上的企业数量更少。 虽然，国内的安防企业以小型的私营企业和股份制企业为主，但这两年安防行业发展非常快，尤其在闭路监控、防盗报警两项业务作为行业市场启动的龙头业务，现处于高速发展期，并将逐渐向成熟期迈进。 在国外，发达国家在发展之初就确定了智能家居安防监控相关标准及组织，明确了智能家居安防监控概念等问题。 比如以微软、 INTEL 等公司为主要成员UPnP（通用即插即用）组织、欧洲 KNX 协议等。 智能家居从概念引进到现在发展已有 10 个年头，国内一直未能有一个 统一的行业标准及规范来约束和引导智能家居行业的健康快速发展，各设备厂商按照不同的接口标准与协议生产设备，其结果导致不同设备之间的互连、互通变得非常困难。 因此，中国智能家居企业向国外学习，首先应当建立共同遵循的标准与协议，这是发展智能家居安防监控必须首先解决的问题。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 3 第二节 国外安防系统的发展现状 自从世界上第一幢智能建筑 1984 年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。 智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。 1998 年 5 月新加坡举办 的“ 98 亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。 它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。 这种“未来之家”家庭智能化系统，市场真正启动尚需时日。 目前在新加坡也有近 30 个社区 (住宅小区 )近 5000 户的家庭采用了“家庭智能化系统”，美国已有近四万户家庭安装了这一类的“家庭智能化系统”，相信到了 21 世纪将会有更多的住宅安装上这一类高科技智能化系统产品。 目前美国有一种占据市场主流的产品 X10，销售已超过 1 亿个，设计户型为单体别墅，应用多为旧房改造，仅在美国便有超过 400 万个家庭在使用。 但这些产品技术限制较多，并不适合在我国原样照搬使用应用。 三星从今年春节后，开始在中、韩两国同时推出其智能家居系统，通过机顶盒和网络，将家居自动化控制、信息家电、安防设备以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的，面向宽带互联网的家居控制网络。 根据美国该行业之专业顾问公司 PARKS 的统计资料显示： 1995 年，美国一个家庭要安装家庭 自动化设备的平均费用在 7000 至 9000 美元之间。 1995 年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为 ％，看来市场真正启动尚需时日。 预计这五年内，家庭自动化的市场年平均增长率为 8％。 PARKS 公司的资料亦显示：到 2020 年，家庭网络市场总额可达 57 亿美元。 据国际专家预测，到2020 年底国际智能家居的产品销售额可达 500 亿美元。 2020 年可达 1000 亿美元。 由于智能家居的诱人前景和巨大市场，尽管国外市场真正启动也尚需时日，但并未能阻止企业去争食智能家居市场。 虽然每家公司的策略各不相同，但它们都 坚持同样的信念：山那边遍地是金。 IBM 公司的迈克尔 凯罗斯克说：“这是个不容 IBM 公司忽视的市场机会。 ” 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 4 第 三 节 系统的功能及原理 一 、系统框图介绍 系统的总体框图如图 所示 图 控制模块由单片机芯片、 LCD 显示 、手机 控制 、手持遥控器 和电源电路组成。 控制模块主要控制协调系统的正常工作，单片机芯片将传感器送来信息进行处理、识别，并将关键信息在 LCD 显示屏上显示出来；用户可通过 手机 控制和LCD 显示查看 家里 当前状态，可以进行手动布防和撤防操作，使用方便灵活。 信息采集模块由各类传 感器及信号处理电路组成，主要功能是采集 家居 的环境信息和安全信息。 传感信号经信号处理电路处理后送主控模块进行处理。 报警模块由声光报警和 GSM 模块组成，在接收到危害 家里 的信息时，按照预先设定的警情处理模式，开启相应的报警方式。 二、 硬件电路的设计 主控模块主要由单片机最小系统、和 LCD 显示电路组成。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 5 目前， 51 系列单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。 AT89S52 单片机是深圳宏晶科技有限公司生产的一种单片机，在一小块芯片上集成了一个微型计算机的各个组成部分。 每一个单片机包括：一个 8 位的微型处理器 CPU；一个 512K 的片内数据存储器 RAM； 4K 片内程序存储器；四个 8 位并行的 I/O 接口 P0P3，每个接口既可以输入，也可以输出；两个定时器 /记数器；五个中断源的中断控制系统；一个全双工 UART 的串行 I/O 口；片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。 最高允许振荡频率是 12MHZ。 以上各个部分通过内部总线相连接。 单片机最小系统： 10pFC610pFC712Y110KR11234567891011121314151617181920 2122232425262728293031323334353637383940JPAT89S5222uFC9S1RESETVCC 图 12单片机最小系统 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 6 第二章 温度控制 系统 第一节 温度传感器电路 原理 硬件电路主要包括 AT89S52 单片机最小系统，测温电路、实时时钟电路、LCD 液晶显示电路以及通讯模块电路等。 采用一线制数字温度传感器 DS18B20 来作为本课题的温度传感器。 传感器输出信号进 的上拉电阻直接接到单片机的 引脚上。 DS18B20 温度传感器是美国达拉斯 (DALLAS)半导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器。 该器件将半导体温敏器件、 A/D 转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上。 本设计中温度传感器之所以选择单线数字器件DS18B20，是在 经过多方面比较和考虑后决定的，主要有以下几方面的原因： （ 1）系统的特性：测温范围为 55℃～ +125℃ ，测温精度为士 ℃；温度转换精度 9～ 12 位可变，能够直接将温度转换值以 16 位二进制数码的方式串行输出； 12 位精度转换的最大时间为 750ms；可以通过数据线供电，具有超低功耗工作方式。 （ 2）系统成本：由于计算机技术和微电子技术的发展，新型大规模集成电路功能越来越强大，体积越来越小，而价格也越来越低。 一支 DS18B20 的体积与普通三极管相差无几，价格只有十元人民币左右。 （ 3）系统复杂度：由于 DS18B20 是单总线器件，微处理器与其接口时仅需占用 1 个 I/O 端口且一条总线上可以挂接几十个 DS18B20，测温时无需任何外部元件，因此，与模拟传感器相比，可以大大减少接线的数量，降低系统的复杂度，减少工程的施工量。 （ 4）系统的调试和维护：由于引线的减少，使得系统接口大为简化，给系统的调试带来方便。 同时因为 DS18B20 是全数字元器件，故障率很低，抗干扰性强，因此，减少了系统的日常维护工作。 DS18B20 温度传感器只有三根外引线：单线数据传输总线端口 DQ ，外供电源线 VDD，共用地线 GND。 DS18B20 有两 种供电方式：一种为数据线供电方式，此时 VDD 接地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，来完成温重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 7 度转换，相应的完成温度转换的时间较长。 这种情况下，用单片机的一个 I/O 口来完成对 DS18B20 总线的上拉。 另一种是外部供电方式 (VDD 接 +5V)，相应的完成温度测量的时间较短。 一 、温度传感器接口 在本设计中采用外部供电方式实现 DS18B20 传感器与单片机的连接，其接口电路如图 1 所示。 图 1 温度传感器接口 二 、液晶显示电路 温度控制系统是采用液晶屏 128*64 作为显示模块，其接口原理图如下图 2所示： 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 8 图 2液晶显示接口电路 三 、串口通讯 通讯采用的是常见的串口通讯，协议转换芯片是采用 MAX232，其接口原理图如下图 3 所示： 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 9 图 3串口通讯接口电路 四 、按键接口电路 此电路采用的是键盘模块，其接口原理图如下图 4 所示： 图 4 键盘模块电路 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 10 五 、时钟电路 时钟电路采用的时钟芯片为 DS1302，其接口原理图如下图 5 所示： 图 5 时钟接口电路 六 、存储器接口电路 存储器采用的是 AT24C256，其接口原理图如下图 6 所示： 图 6 存储器电路 第二节 温度系统程序 系统的软件主要是采用 C 语言，对单片机 进行变成实现各项功能。 主程序对模块进行初始化，而后调用读温度、处理温度、显示、键盘等模块。 用的是循重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 11 环查询方式，来显示和控制温度，主程序的主要功能是负责温度的实时显示、读出并处理 DS18B20 的测量的当前温度值并负责调用各子程序 ,其程序流程如图 1系统程序流程图。 图 1系统程序流程图 一 、计算温度子程序 读出温度子程序的主要功能包括初始化 ,判断 DS18B20 是否存在 ,若存在则进行一系列的读操 ,作若不存在则返回。 其程序流程图如图 2 所示。 重庆邮电大学自考毕业设计（论文） 12 图 2读温度流程图 二。