智能家居控制系统毕业论文.docx

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智能家居控制系统毕业论文

毕业论文〔设计〕

论文题目：

智能家居控制系统的设计

学生姓名：

学号：

所在院系：

电气信息工程学院

专业名称：

电子信息科学与技术

届次：

2021届

指导教师：

智能家居控制系统的设计

学生：

吕倩（指导教师：

解萍）

（淮南师范学院电气信息工程学院）

摘要：

21世纪是一个信息化的社会，它与人们的生活的关系也日益紧密。

信息化的社会不仅改变了人们的生活方式，也对传统住宅提出了挑战。

人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为追求的是一个平安，方便，舒适的居家环境。

本文详细介绍了智能家居控制系统的设计，本设计采用Atmega16单片机作为主控芯片，各种传感器对周边环境进行数据采集，从而反应给处理中心，进而对整个系统进行实时监控与控制。

其中对各类传感器模块进行了详细的说明介绍。

并通过软件程序的设计，设置了二种工作模式，既安防模式和自动控制模式。

通过软硬件的设计与协调工作，从而保证整个系统的完美运行，到达智能控制的效果，给人们带来不一样的享受，且能增加住户的平安感，使人们能够全身心地投入到工作，从而提高生活质量。

关键词：

Atmega16；智能家居；传感器；控制

Designofintelligenthomefurnishingcontrolsystem

Student:

LvQian（FacultyAdviser：

XiePing）

（CollegeofelectricalandInformationEngineering,HuainanNormalUniversity）

Abstract:

Twenty-firstCenturyisasocietyofinformationtechnology,itsrelationshipwithpeople'slifeincreasinglyclose.Societyofinformationtechnologynotonlychangedpeople'swayoflife,butalsoachallengetothetraditionalresidential.Peopleonthehomefurnishingalreadynotjustphysicalspacerequirements,moreisthepursuitofasafe,convenient,comfortablehomeenvironment.Thispaperintroducesthedesignofintelligenthomefurnishingcontrolsystem,thisdesignusesAtmega16microcontrollerasthemaincontrolchip,avarietyofsensorstocollectdataonthesurroundingenvironment,soastogivefeedbacktotheprocessingcenter,thencarriesonthereal-timemonitoringandcontrolofthewholesystem.Thedetaileddescriptionofvarioussensormodule.Andthedesignofsoftware,settwokindsofworkingmode,notonlysecuritymodeandautomaticcontrolmode.Throughthedesignandcoordinationofsoftwareandhardware,soastoguaranteetheperfectoperationofthewholesystem,theintelligentcontroleffect,bringpeopledonotenjoythesame,andcanincreasethesenseofsecurityofhouseholds,enablepeopletodevotethemselvestowork,soastoimprovethequalityoflife.

Keywords:

Atmega16;IntelligentHomeFurnishing;Sensor;Control

前言

随着科学技术的不断进步及对生活质量的要求不断提高，人们在选择和使用电器时，已从单一功能的家电转向智能化家电。

信息技术和网络技术的卓越开展，使家用电器的集中控制和远程遥控技术已不再是梦想。

通过信息技术和家电控制技术的结合，实现现代家庭生活的信息话和自动化，满足人们不断提升的生活要求，使能够充分的享受到生活中去。

从现如今数字化家庭的开展趋势来看，远程监控，智能化的家居，已将成为未来的必然，将在一定程度上改善人们的生活水准[1]。

其实，智能化住宅小区早在兴旺国家得到实现。

譬如美国、德国、新加坡、英国、日本等经济比拟兴旺的国家，智能化家居早被广泛应用于生活。

在1998年，新加波举办了一场“家用电器与电子消费品〞国际展览会，通过现场模拟，介绍了智能家居系统。

整个系统功能包括安防报警功能、视频对讲功能、监控中心功能、家电自控功能、有线电视与接入以及智能家居控制面板等[2]。

利用智能家居控制器可以提供多种智能控制方案，使家居的主人更加享受家庭生活，且使他们处理家庭事务，更快、更方便。

智能家居系统还可以提供舒适的健康环境，通过配置相应的传感器可以有效监视室内的温度、湿度和亮度，进而控制空调、窗帘和照明系统的运行，从而提供更加适宜的生活空间。

另外通过各类安防传感器，提高了人们及时发现和处理紧急情况的能力[3]。

在智能家居中配备Internet接入功能后，那么家居的远程监控能力将更强，给住户一种前所未有的平安感，使他们更加的放心去工作，去生活，从而提高用户的生活质量。

根据现代生活对居住环境的便捷性、平安性、舒适性等方面的要求，以及智能家居技术开展的方向，未来智能家居的开展趋势将会有以下几大特点：

〔1〕具有功耗低，功能强大的嵌入式微处理器，通过嵌入式操作系统平台，使智能家居成为囊括安防、家电控制、数字家庭的智能家居平台[4]；

〔2〕传输方式将逐步走向多网合一，安防、门禁、抄表逐渐采用统一的以太网连接。

多网合一将在一定程度上降低建设和维护的复杂度，而且提高了传输的可靠性；

〔3〕从有线逐渐转变为无线。

拥有无限灵活性，流动性和可扩展性的无线传输，是有线传输望尘莫及的。

1设计概述

1.1设计创新点

多媒体家庭智能控制系统，结合了多媒体数字影院系统、家庭监控防盗系统、家庭背景音乐系统、灯光窗帘控制系统、家庭急救报警系统、远程控制系统和自动节能系统等系统的功能优点。

通过手持遥控、等多种方式进行控制。

采用模块化设计，可根据不同的家庭的习惯采用不同的组合方式，使家居智能实现“DIY〞，从而更好的表达家庭特点，表达不同的生活理念。

符合人性化设计，充分表达了“以人为本〞设计理念。

1.2论文概述

论文包括智能家居整体制作思路及硬件外设局部的介绍与设计。

包括家居模式的设计；硬件电路的设计，主控芯片中的比拟、选择；软件算法包括根据外围硬件的环境来控制整个系统的运行。

其中，第一章为引言，主要介绍了智能家居开展现状及其应用前景；第二章为智能家居系统方案的设计，主要包括主控芯片的选择、功能模式的设计；第三章为硬件系统设计，其中主要介绍了硬件电路设计，各类传感器的功用及电源模块、显示模块等；第四章为智能家居软件系统设计，包括智能家居系统整体设计流程，并介绍了整个软件的编译环境；第五章是总结和鸣谢。

2总体设计

2.1整体设计方案

图1整体设计框图

本设计采用ATmega16作为主控芯片，各种传感器对周边环境进行数据采集，从而反应给处理中心，进而对整个系统进行实时监控与控制。

系统的整体设计框图如图1所示。

2.2主控芯片选择

单片机按CPU的处理能力分类目前有4位、8位、16位、32位，位数越高的单片机在数据处理能力和指令系统方面就越强，AVR、51、PIC都属于8位机。

8位单片机由于内部构造简单、体积小、本钱低廉，在一些较简单的控制器中应用很广。

本课程设计8位单片机已满足要求。

方案一：

采用传统的8位89C51单片机作为主控芯片。

51单片机具有价格低廉,使用简单等特点，但其运算速度低，功能单一，RAM、ROM空间小等缺点。

假设采用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最为适宜，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

3.1主控芯片ATmega16

ATmega16是基于8位CMOS微控制器，低功耗AVRRISC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个通用存放器，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存放器进行设置选择。

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；

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2ATmega16实物图图3ATmega16引脚图

3.2功能设计

3.2.1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局部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拟[8]，然后根据比拟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，到达平安防火防盗的效果。

3.2.2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，通过与预设值的比照，决定空调的开关，使室温保持在一个