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1、基于物联网的智能家居系统设计控制系统设计学 院：专 业：姓 名：指导老师：工业自动化学院机械电子工程卢心怡学 号：职 称：160404102535曹少泳副教授中国珠海二二年五月诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计基于物联网的智能家居系统设计-控制系统设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名： 日期： 年 月 日基于物联网的智能家居系统设计控制系统设计摘 要为实现远程通信、自动化、环境监测等功能，结合物联网技术，智能家居系统应运而生。相较于普通家居，智能家居中不同的部分都连接起来，形成一个
2、系统。基于这个背景，本文基于物联网技术设计了一个智能家居系统，本控制系统中，主控芯片为单片机芯片STC89C52；DHT11数字温湿度传感器用于实现检测室内温度以及湿度的功能，当用户外出时DHT11的温度检测还可以配合MQ-2烟雾传感器实现火灾温度检测及探测可燃气体的功能；用HC-SR501红外线传感器以实现防盗；在GSM模块中，通过SIM800L完成远程通信及控制的操作；搭配上其他元器件完善系统的自动化。本设计中，将控制系统分为几个模块化进行设计，整体大致可以分为传感器模块、人机交互模块、GSM模块，采用单片机实现对各个模块的控制。设计过程中使用了Keil uVision4软件设计程序，仿真
3、调试则通过Proteus 8 Professional软件完成，最后通过搭建电路模型，调试模块程序，实现各功能模块的配合，完成基于物联网技术的智能家居系统设计。关键词：物联网；智能家居；单片机；GSM北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计Design of Smart Home System Based on Internet of ThingsControl System DesignAbstractFor the pupose of turn remote communication, automation, environmental monitoring and other fu
4、nctions into reality, the smart home system combined with the Internet of Things was born. Compared to ordinary homes, different parts of the smart home are connected to form a system. Based on the research background like this, this paper uses the Internet of Things technology to design a smart hom
5、e system. In this control system, the main control chip is a single-chip microcomputer chip STC89C52; DHT11 digital temperature and humidity sensor realizes the function of detecting indoor temperature and humidity. The temperature detection can also cooperate with the MQ-2 smoke sensor to achieve t
6、he functions of fire prevention and detection of suspicious gases; use the HC-SR501 infrared sensor to achieve anti-theft; SIM800L completes the operation of remote communication and control in the GSM module. SIM800L cooperates with other components to improve the automation of the system. This des
7、ign divides the control system into several modular designs.The control system is divided into sensor module, human-computer interaction module, GSM module, etc., the control of each module is realized by single chip microcomputer. In the design process, Keil uVision4 software design program was use
8、d, and simulation and debugging were completed through Proteus 8 Professional software. Finally, by building a circuit model and debugging module programs, the cooperation of various functional modules was achieved to complete the design of smart home system based on Internet of Things technology.Ke
9、ywords: Internet of Things; Smart Home; SCM; GSM北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计目 录1前言11.1研究背景及意义11.1.1研究背景11.1.2本设计的目的、意义11.2国内外智能家居系统的发展现状21.3研究的主要内容和目标31.3.1研究的主要内容31.3.2研究目标31.4本章小结32控制系统的整体设计方案52.1设计概述52.2方案选择52.2.1 GSM远程控制模块62.2.2报警模块72.2.3温湿度采集模块82.2.4安防模块92.2.5人机交互模块112.3本章小结133控制系统相关介绍143.1系统控制芯片143.
10、2 STC89C52单片机的最小系统143.3无线通信模块简介153.3.1几种无线通信方式比较153.3.2 SIM800L模块简介163.4编程与仿真软件简介173.4.1 Keil uVision4软件183.4.2 Proteus 8 Professional软件183.5系统所使用的主要元器件183.6本章小结194控制系统运行的测试204.1硬件、软件的调试及综合测试204.2 HC-SR501热释电红外线传感器的探测范围可靠性204.3 DHT11温湿度传感器的可靠性测试214.3本章小结225控制系统的硬件电路原理图235.1 MQ-2烟雾传感器的连线235.2 HC-SR50
11、1热释电红外线传感器的连线235.3温湿度检测的连线245.4声光报警电路的连线255.5继电器控制电路255.6 LCD液晶显示屏的连线265.7电源电路的连线265.8本章小结276结束语286.1设计的总结286.2展望28参考文献30谢 辞31附 录32附录1仿真原理图32附录2程序代码33附录3设计实物图56附录4英文文献57附录5英文文献翻译661前言物联网根据字面意思，即将万物连接起来的一个网络，各种信息、设备在网络中，无论何时何地都能互联互通。物联网的应用范围十分广，在工业、交通、军事、家居系统、医疗系统等各个方面的领域，我们都能看到物联网的身影。随着智能化、信息化的深入，人们
12、的工作生活都得到了很大的改善。智能家居就是物联网在家居中的基础应用，从远程操作控制家居电器，到实时监测家中的状况，各个部分通过物联网连接起来，看似繁琐的传统家居生活因此变得更加轻松、便捷。1.1研究背景及意义1.1.1研究背景在历史的长河中，生活年代的不同，生活的条件和环境的差异，对于生活的感受体会也有所差别，有人可能只是为了活着，有人则是为了享受，各种因素让不同的人在生活中所追求的东西也不尽相同。过去新中国刚成立的时候，国家的首要任务是解决温饱问题，这个时期的人们对于生活的要求是可以繁衍生存；改革开放以后，随着国外技术的引进、国家经济水平的发展，到当今二二年，已经基本实现全面建成小康社会。正
13、如习近平总书记所说，人们开始“期盼有更好的教育、更稳定的工作、更满意的收入、更可靠的社会保障、更高水平的医疗卫生服务、更舒适的居住条件、更优美的环境、更丰富的精神文化生活”。当今国内社会的主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活和不平衡不充分的发展之间的矛盾。在这个矛盾现状下，人们对生活的要求已不单纯是生存，更重要的是享受生活。抛开繁琐的家居杂务便是享受生活的其中一个要素，智能家居应运而生，小到智能音箱、扫地机器人等，再到实时监测环境变化、远程控制家居电器，极大程度地使家居生活变得便利、高效、安全，家居不再局限于居住，更在于生活，此外，人们还能因此而节省出更多的时间。1.1.2本设计的目的、意
14、义智能家居相关的概念其实在很早期就已经出现，只不过一直都没有出现真实存在的建筑案例，相当于我们现在所说的概念机、概念车等，只有一个概念存在，还未有具体的实现方案，直至一九八四年美国康涅狄格州的City Place Building的出现。由美国联合科技公司设计的这栋建筑是世界上首个真正意义上的智能家居建筑。自此以后，随着世界经济与科学技术水平的日益增长，智能家居市场基于人们不同的需求涌现了具备各式各样功能的相应的智能家居系统，但实际运用起来仍会出现不同的问题。为满足人们日益增长的需求，智能家居系统的深入研究与开发对国家未来经济发展显得尤为重要。学术上普遍认为自动化、家电网络化、家电信息化、家庭
15、应用产品和系统网络化是智能家居系统中主要的几个部分，通过搭建网络平台、扩展模块等，实现用户对于环境监测、防火防盗、远程控制等居住环境的功能要求。在一个家庭网络中，家居中各个传感器、设备等通过物联网传递信息，实现在任何时间及地点中实时的用户、系统、设备的联合互通。为极大程度的改善过去由于有线方式布局而造成布线麻烦、维护困难、停电易造成系统瘫痪的问题，我们利用物联网技术来设计智能家居系统。智能化系统的数量、系统的先进性、集成度并不能完全的衡量一个智能家居系统的是否足够优秀，更多的需要考虑到的是系统的配置是否合理、经济适用，所设计的系统运行起来是否顺利，是否已经是最优解了，管理和维护系统的方式是否于
16、用户而言方便简单，以及所设计的系统或是系统中使用的产品是否已经是成熟的产品等等。简单的来说，就是如何以最低的成本、最便捷的途径来实现最大的功能效果，创造适合用户的宜居生活环境。1.2国内外智能家居系统的发展现状在智能家居系统研发方面美国一直属于大哥的地位，研究早于其他国家，也优于其他国家。由比尔盖茨耗费巨资、耗时几年建造而成的位于美国华盛顿州的“未来之屋”是美国智能家居史上的经典之作。“未来之屋”不仅拥有顶尖先进的资讯科技，它所配备的自然生态也十分令人叹为观止。它以超乎人们想象的智能化和自动化而闻名，浴缸可以在用户回家的途中，根据用户的需求习惯，自动开始放水调温，当用户回到家时就可以在温度适宜
17、的水中泡澡；建筑内的厕所都安装了一套系统用于检查身体，当身体情况发生异常时，系统就会立即发出报警；除此以外，来到府邸的客人可以得到一枚电子别针，这枚电子别针可以追踪客人所处的位置，同时可以根据客人的需要调节所处环境的照明亮度、音乐播放及停止、温湿度高低等，即无需多余的操作，房屋就已经明白用户的需要。如德国、澳大利亚等其他一些国家则紧随美国之后，例如澳大利亚，比起人性化，其智能家居系统更注重的是安全性，系统中所包含的传感器的数量庞大，系统可以探测到任何靠近门口的物体，即使只是一只小虫从门前飞过。日本在亚洲地区的智能家居市场上排在前列，它的家居智能化较之亚洲地区其他国家更为发达，但是其与欧美不一样
18、的是，日本家居系统智能化体现在许多细节上，如坐便器垫圈上安装的血压计、外部识别设备的提前预判等，使其更富有人性化。反观国内的智能家居系统的发展，相较于国外的迅猛发展，国内的起步较晚，直至一九九九年，国内只有深圳一两家从事智能家居代理销售的公司，进入二年以后，才是中国智能家居市场真正的开端，国内智能家居的市场营销、研究开发等体系逐渐形成。但是智能家居企业之间刚刚起步即开始恶性竞争，更有甚者过分夸大智能家居的功能，种种情况产生了来自各方面对智能家居系统的实际效果的质疑。二五年-二七年，由于上一时期的恶性竞争以及过分夸大功能，智能家居的浪潮一下子消退，绝大多数的智能家居生产企业或是代理商因经营不佳被
19、迫退出市场。这个时期，国外的智能家居生产企业部分已经发展起来，它们顺势开拓了自己在中国市场的版图。在市场的浮浮沉沉中存活下来的部分国内企业在探索中寻找合适自己的发展方向，例如海尔、天津瑞朗、深圳索科特、清华同方、青岛爱尔豪斯等。其中，深圳索科特设计了遵循X-10协议的空调远程控制系统，成为工业智能控制的厂家。短短二十六年，智能家居产业在国内已经发生了这么大的变化，随着越来越多研发团队的涌现，相信不久的将来智能家居定会更加普遍，更加切切实实的进入老百姓的生活当中。1.3研究的主要内容和目标1.3.1研究的主要内容基于物联网技术对智能家居系统进行设计，并根据整体架构框图，加上人机交互模块，实现防火
20、、防盗、及远程控制等功能，还有对智能家居技术中的硬件设备及软件操作系统进行分析。学习Keil uVision4软件和Proteus 8 Professional软件的使用方法。设计主要内容涵盖环境监测系统的设计、模拟家用电器的远程控制、防火防盗系统的实现。1.3.2研究目标实时监测家居环境，如温度、湿度、可燃气体、外部侵入等，当环境监测值超过自定义范围、安防系统感应到异常时可以发出报警，智能家居系统的用户可以通过手机实现远程操作，完成报警或开启和关闭电器的动作。前期准备工作完成后，根据整体功能需要，完成以下设计内容：1、 基于STC89C52单片机芯片，跟同组组员讨论完成硬件选型后，在Prot
21、eus 8 Professional软件上完成绘制大致的仿真原理图；2、 将系统整体分为温度检测模块、显示屏模块、防火防盗模块、GSM模块等；3、 在Keil uVision4软件上，用C语言设计控制各个模块的编程代码，再结合起来，实现防火防盗、远程控制、环境监测等功能；4、 单片机芯片配合40Pin芯片座，提高操作的灵活性；5、 完成实物的制作与调试。1.4本章小结本章主要介绍了智能家居系统的研究背景与发展历程。进而通过物联网技术实现的智能家居系统与过去的智能家居系统的对比，分析得出基于物联网的智能家居系统的改进之处及研究意义。此外，叙述了智能家居系统在不同国家的特点及其在国内的发展状况。最
22、后列明本次智能家居系统设计的主要内容和目标。292控制系统的整体设计方案2.1设计概述本设计选题主要基于物联网技术，设计一套智能家居系统，该系统分为硬件部分和控制系统部分。本设计中把整体功能压缩在一块电路板上实现，但各个模块相对独立。控制系统的功能主要是实现用户远程操控、检测环境质量、防火防盗的功能。除了实现需要的功能以外，值得注重的是系统的稳定性和可靠性，在实际运用中智能家居系统必须能够实现每时每刻不断电的正常运作。2.2方案选择我们小组讨论后选择了单片机芯片STC89C52作为本次设计的控制核心（MCU），控制系统整体将被分为温度检测模块、显示屏模块、独立按键模块、防火防盗模块、中断模块、
23、GSM模块等。本智能家居系统整体组成如图2.1所示。图2.1 控制系统整体组成由图我们可以得知，除了控制核心单片机芯片STC89C52以外，使用了GSM模块实现无线通信功能；通过烟雾传感器、温湿度传感器、红外线传感器实现检测环境质量及安防功能，当发生异常情况时，蜂鸣器搭配GSM模块实现报警功能；手机发送指令，继电器部分通过控制继电器的通断，实现关灯开灯的操作，模拟对家电的远程控制；液晶显示屏和独立按键组成人机交互的部分。主程序作为单片机程序的主体，通过调用子程序及中断服务程序实现单片机端系统的功能，整体工作流程图如图2.2所示。图2.2 控制系统整体的工作流程2.2.1 GSM远程控制模块当G
24、SM模块连接上单片机，单片机接收到来自GSM模块的指令后，可以作出反应，对系统中其他模块发送相应的指令；此外，当单片机接收到其他模块的指令后，也能对GSM模块发送相应的指令。通过一个相互的信息交流，从而实现智能家居系统远程通信的功能。本设计所采用的是SIM800L无线模块是由SIMCom公司所生产的一个产品系列。SIM800L模块的GSM类型为小型移动台，它配有SIM卡接口，通过插入SIM卡可以实现模块与用户手机之间的短消息、语音通信。SIM800L模块使用的是AT指令，它的频段分别为EGSM900和DCS1800，同时支持GSM和GPRS。短信接收及发送具体的AT指令分别为：“AT+CMGF
25、=1r” /配置短信形式“AT+CMGL=”ALL”r” /读取所有短信“AT+CSCS=”GSM”r” /进行CSCS设置“AT+CMGS=” /后面添加信息中心短信号码“AT+CMGD=” /进行短信删除在本设计中将一个发光二极管看作某一个家用电器，通过GSM模块远程控制继电器的通断引起发光二极管的亮灭，来模拟GSM模块远程控制家用电器的功能。当系统的GSM模块接收到来自用户手机的内容为“#OPEN#”的短信,系统发送指令，继电器线圈不得电，发光二极管随之点亮，代表开启指定家用电器；当用户手机发送内容为“#CLOSE#”的短信到GSM模块时,系统接收命令继而作出反应，继电器线圈得电，将发光
26、二极管熄灭，表示指定家用电器被关闭，当发光二极管亮灭，即指定家用电器开关时，系统也会通过GSM模块发送短信向用户手机反馈执行结果，反馈短信的内容分别为“It is opened/closed！”。2.2.2报警模块报警模块包括了声光报警和GSM短信模块报警。布防成功后，若检测到报警信号就会启动报警模块。系统接收到传感器发送的异常情况的信号，就会自动调用报警子程序，进行声光报警以及GSM短信模块报警，以作警示作用。启动报警模块后，发光二极管点亮，蜂鸣器鸣响，同时通过驱动电路中三极管的导通使GSM模块向用户发送报警短信。当DHT11温湿度传感器检测到室内温度超过限值（初始限值为40）时，将发送内容
27、为“+40C&75%，Temperature overlimit!”的短信到用户手机上；同理湿度比设定值（初始限值为80%）高时，内容为：“+28C&80%,Humidity overlimit!”；当MQ-2烟雾传感器检测到可燃性气体浓度超过范围值时，将发送内容为“Combustible gas or smoke, please note!”的短信到用户手机上；当有人体在HC-SR501热释电红外线传感器的探测范围中时，将发送内容为“Someone in the house, please note!”的短信，用户可以通过短信内容判断家居情况。报警电路工作流程图如图2.3所示。图2.3 报警
28、电路流程图报警电路主要由一个循环程序控制。首先，判断是否满足基极端是高电平的条件，当系统判断到基极端为高电平，此时电路中的三极管导通，GSM模块向用户发送相应内容的短信，若基极端为低电平，即传感器未检测到报警信号，则报警模块重新进入初始化状态。系统设置为每5秒循环检测一次。2.2.3温湿度采集模块温湿度采集模块包含了DHT11数字温湿度传感器和在2.2.2已有详细介绍的报警模块，此处不再对报警模块作过多介绍。在本设计中，为采集温度及湿度作为判断环境质量的依据，以及辅助检测发生火灾的温度，所需要的温度范围不需要太广，因此在温湿度的采集方面我们选择了DHT11数字温湿度传感器。DHT11除了可以同
29、时进行温度及湿度传感的功能以外，还应用专用的数字信号输出。稳定性、可用时长、抗干扰能力是我们选用温湿度传感器首要考虑的方面，在本设计中所使用的到的DHT11温湿度传感器在这几个方面的性能表现都十分好，此外，它还具有快速响应、超低功耗的优点。DHT11温湿度传感器检测的温度范围为050，数据误差值不超过2；检测的湿度范围为20%RH90%RH，数据误差值不超过5%RH。温湿度采集模块工作流程图如图2.4所示。图2.4 温湿度检测模块工作流程图正常情况下，在低速模式运行的DHT11检测到来自控制芯片的一次期数信号，DHT11将转换为高速模式运行，待开始信号结束，DHT11开始进行响应，开始输出湿度
30、数值、温度数值以及校验和共40bit的数据，完成一次温湿度数据采集，系统通过反馈的数据可以判断是否需要启动报警电路，完成一次数据采集后DHT11自动回到低速模式运行，等待控制芯片的下一次开始信号。DHT11只有在接收到开始信号后才会开始采集温湿度数据。DHT11温湿度传感器采集数据的信息通信过程如图2.5所示。图2.5 DHT11信息通信过程2.2.4安防模块安防模块由MQ-2烟雾传感器、HC-SR501热释电红外线传感器、在2.2.2已经作了详细叙述的报警模块以及中断服务组成。MQ-2烟雾传感器有着卓越的灵敏度，它可以感应到家居中容易引发火灾的天然气、液化石油气等可燃气体。相较于其他烟雾传感
31、器，它更适合智能家居系统是由于它可以稳定地长期循环使用。覆盖MQ-2烟雾传感器表面的电子与烟雾/可燃气体的接触，引起传感器导电率的变化。正常工作时，当烟雾存在并被传感器感应到后，芯片可以通过接收到的模拟信号大小来判断烟雾的浓度高低。HC-SR501热释电红外线传感器应用的是利用红外线技术的自动感应设备。选择它是因为它在稳定性相似的同类产品中灵敏度较好，功耗更低的一个。在本设计中所采用的传感器的触发方式为重复触发方式，传感器正常工作时，当它在感应范围内感应到有人体经过，直至人体离开感应范围为止，它将一直输出高电平信号，控制芯片随即启动报警模块。红外线传感器的工作原理是根据内部高热电材料受到红外信
32、号变化时产生的阻抗而变化产生电压变化，从而将相应信号传入处理器。人体自身能够发射出一定波长的红外线，这个波长范围正好可以被这种传感器内部的元件检测。为增加它在报警时的高效率、低错误率，在其前端增加了一个滤波片，可以将不属于所需探测范围内的红外线隔开，提升了辨别能力，大大降低了误报率。再加上其成本也比较低，因此将它作为安防报警系统中的探测器是十分合适的。在主程序中，布防功能启动后系统进入初始化状态，完成初始化后，一旦MQ-2烟雾传感器检测到空气中烟雾或可燃气体的浓度过高或红外线传感器探测到有人进入，就会向处理器发出相应信号，信号输入后，系统发出指令，启动持续5秒的声光报警，若之后没有报警信号持续
33、传入则停止报警；若仍能检测到信号就会继续循环检测报警，即系统设置为每5秒检测一次，由此，即使有误报情况也会被及时发现。GSM模块也会自动向用户预设的手机号码发送相应的报警信息。工作流程如图2.6所示。图2.6 安防模块工作流程图考虑到误报情况，在报警期间按下撤防按键可以取消报警。当用户按下布防按键后，系统默认预留有20秒的时间给布防者走出探测区域，若在此期间布防者没有及时走出，系统会持续不断地发出报警，中断服务在安防模块中所起到的作用就是中断报警，按下撤防按键，探测系统就会终止工作从而停止报警。此外，当出现如不小心触发紧急报警等误报情况，就会在报警5秒后停止。中断服务的工作流程图如图2.7所示
34、。图2.7 中断服务工作流程图2.2.5人机交互模块人机交互模块采用了显示与触碰的方式，极大程度地代替了触屏操作，即通过LCD1602液晶显示屏以及四个独立按键组合实现。本设计中的液晶显示屏选用了LCD1602字符点阵液晶显示模块。根据它的名字我们可以得知，它是通用并口COB16*2规格的模块。其虽不能显示中文字体，但是显示英文字母与阿拉伯数字等已经可以满足我们显示温湿度实时值与范围值的需求。相较于触摸显示屏而言，LCD液晶显示屏的优势是连接更为简单，它的功效也极低，占用的空间也不大。此外，它还有使用时间长、稳定性高等特点。无论控制芯片要对LCD液晶显示屏进行什么操作，首要条件是判断LCD液晶
35、显示屏当前是否处于忙状态，判断的依据是查询LCD最高位的状态是否为忙状态。查询忙状态的程序段如下：do i=lcd_r_start(); /调用读状态函数，读取LCD状态字 i&=0x80; /除最高位以外屏蔽 delay(5); /延时while(i!=0); /循环查询，直至LCD状态不是为忙使用LCD液晶显示屏显示温度及湿度数据前，应先对光标位置、输入方式以及屏幕内容等进行设置，设置好之后再根据芯片所发送的指令判断显示的内容。此处LCD液晶显示屏所显示的内容为温湿度的实时数值以及设定范围值。LCD显示屏的工作流程如图2.8所示。图2.8 LCD显示屏工作流程独立按键是一个轻触开关，当系统
36、检测到按键被按下后，先是判断是否为误触，若判断为否，则根据所按下的按键进行下一步工作。通过独立按键，可以设置温湿度的范围值，设定后的范围值将在LCD液晶显示屏上显示。独立按键工作流程图如图2.9所示。图2.9 独立按键工作流程图2.3本章小结通过采用文字辅以工作流程图的表示方式，清晰易懂地介绍了基于物联网的智能家居系统的控制系统中各个模块的构成以及工作流程，包括有GSM远程控制模块、报警模块、温湿度采集模块、安防模块以及人机交互模块。3控制系统相关介绍3.1系统控制芯片系统中所用到的控制芯片STC89C52是宏晶公司专为单片机研发的芯片，芯片所采用的MCS-51内核要比为加强的MCS-51的功
37、能要多上许多。它具有成本低、开发方便和线上编程和下载等优点。它内置了8K字节大小的可编程可擦除的程序储存空间，不必要使用外置的专门储存器芯片。芯片内置可擦可编只读存储器功能，即EEPROM功能，即使断电还能按照已经设置好的参数或者模式运行。它能拥有这个读储功能，是依赖于ISP/IAP能够读写它内部FLASH程序，从而实现该功能。STC89C52引脚结构如图3.1所示。图3.1 STC89C52引脚图3.2 STC89C52单片机的最小系统通过最少的元器件连接，单片机也能正常工作，这些电路组成的部分称为单片机最小系统。在这个系统中主要有两种电路，一种是复位电路，一种是时钟电路，电路内的复位模式有
38、两种，分别为上电复位、按键复位。最小系统完整的详细设计图如图3.2所示。132145图3.2 最小工作系统的电路设计图根据图中的标示：1对应的是电源部分，40号引脚与5V电源连接，20号引脚接地。2为时钟电路，为单片机提供必需的时钟信号。输入放大器为XTAL1，输出反相放大器为XTAL2 ，位于振荡器之上，进行内外部的驱动信息的转化。工作正常时，晶振的频率选择范围在1.2MHz到12MHz之间，但也有可能会超出这个范围，比如频率翻倍甚至更高的情况出现。再者，由于DHT11温湿度传感器模块与单片机直接采用的是串口方式进行通讯，而选用11.0592MHz晶振可以产生9600波特率0%误差，主要采用
39、11.0592MHz的石英晶振。3为复位电路，复位在单片机操作中属于初始化环节，将PC进行初始化使其成为000H，程序随之开始执行，倘若程序发生错误、操作出现错误等造成系统锁死，需通过复位键来实现再次启动。复位电路采用了两种方式，一是自动式，二是手动式。4为其他功能组，它所对应的引脚是储存器使用选择引脚，当使用外部储存器时，这个引脚接地，表示，连接电源“5V”则说明单片机使用内部储存器。5为排阻，它是液晶屏的上拉电阻，没有连接的话电路呈高阻态，无法得到高电平，液晶显示异常。3.3无线通信模块简介3.3.1几种无线通信方式比较局域网属于TCP/IP协议的网络层，本身不涉及硬件，同一个交换机连接下
40、也可以建立多个局域网，多个交换机级联起来也可以是一个局域网。局域网里通信是直接广播的，就像小区里的通信时大喇叭广播通知谁来广场自取包裹；广域网是要通过网关路由器等转发，就像往外地寄包裹，要把包裹交给传达室，传达室再根据地址传到下一个接手的人。USB即通用串行总线，一个硬件接口标准，用于短距离的有线连接，占据绝大部分的市场份额，这也增强了它的通用性。蓝牙和USB在本质上一样用于短距离不需要通过接线的信号传输，区别是蓝牙不需要额外的接收器。但是与WiFi相比，使用2.4GHz频段的蓝牙的传输速度显得有所不足。蓝牙主要用于设备之间的点对点直接连接，传统使用USB的产品不得不额外装配一个接收器件，而在
41、2.402-2.480G这些频段中，通过蓝牙传输信号的产品不需要配置额外的接收器，只要两个器件都具备蓝牙功能就可以实现连接。以我们身边的例子来说，最近大火的无线耳机，在使用过程中通过与具备蓝牙功能的手机连接实现操作功能的。GSM全称为全球移动通信系统，八十年代兴起于欧洲，是使用数字化传输的无线通讯系统。系统整体包括通信网内用户使用的设备、信号基站、GSM核心网、维护与管理中心四个部分，其亮点是数字化保证的声音的清晰以及数据传输。GSM是一个继续开发的标准，这意味着GSM标准只是对发射机的相位和频率误差、SIM/ME接口等进行规定，而所达到的效果则取决于设备的制造商，这一标准是兼容不同生产商生产
42、的不同设备的一大举措。GSM模块中单独的SIM为GSM通信增添了不少便利，即使用户需要更换GSM终端模块，也可以选择不更换SIM卡。利用带有SIM卡的GSM模块还可以实现与用户带SIM卡的设备之间的收发信息功能。通过专用的AT指令，将组合命令编写成程序，运行程序时，GSM模块接收到相应的指令就能完成相应的工作，还可以反馈给用户。3.3.2 SIM800L模块简介为实现与用户之间的远距离通信，本设计选用了GSM无线通信模块，实现GSM短信报警、发送短信通过控制继电器通断引起发光二极管亮灭模拟远程控制家电等功能。此GSM模块所采用的SIM800L模块属于工业级别的模块，为双频GSM/GPRS类型，
43、性价比非常高，广受业内市场的喜爱。模块以900/1800Mhz为工作频段，能够将功耗控制在较低范围内并实现语音传输、短信传输、彩信传输、数据传输以及传真信息传输。模块功能由下图3.3中设计的部分提供：图3.3 SIM800L模块的内部结构SIM800L的非核心配件包括电源电路、驱动电路、负责数据通信的电路、SIM卡电路等。SIM800L的供电模式为单电源式，推荐值为4.0V，VBAT可输入3.2-4.8V的电压。模块突然发射会令电压下降，此时电流可达到2A峰值，由此可见，为保证模块的正常运行，电源至少应提供2A及以上的电流，我们可在VBAT附近加入旁路电容。无论采用哪种电源设计，在模块的VBA
44、T引脚端应参考如图3.4所示的电路图。图3.4 VBAT输入参考电路在本设计中，SIM800L模块与外部用户手机的通信用到了SIM卡模块，SIM卡由内部电压稳定器来作为接口电源，电压范围在1.8-2.8V，其中SIM_PRESENCE引脚主要用于SIM卡的插拔检测，倘若不使用插拔检测功能，则SIM_PRESENCE处于悬空状态。当系统需要与用户手机收发信息时，将通过插在SIM800L模块内的SIM卡接收或发送。3.4编程与仿真软件简介在本设计中主要使用了两种软件，分别是用于编写程序的Keil uVision4软件和用于仿真的Proteus 8 Professional软件3.4.1 Keil
45、uVision4软件汇编语言的数量庞大，标志位复杂，反观C语言语句比汇编语言简单，记忆性好，但代码质量不会比汇编语言差。因此在设计过程中使用了C语言进行程序编写。Keil uVision4是在Windows系统上进行单片机C语言开发的应用软件。在功能上，Keil uVision4软件与旧版的相差无几，可以进行源代码的编辑、将代码转换为.HEX文件等。但Keil uVision4跟旧版相比较，它的窗口管理更加灵活，窗口可以根据用户需要放置到用户可视页面中的任何地方，还可以实现多个窗口合理分布。当我们编辑子程序的时候就可以同时打开几个窗口，更加方便、快捷、有序地编写程序。3.4.2 Proteus
46、 8 Professional软件Proteus 8 Professional软件是英国Lab Center Electronics公司的产品。这款仿真软件主要在于能够仿真单片机和器件的运行，它还具备了EDA软件的相关功能。先将编译好的.HEX文件调入仿真电路中进行仿真，再根据仿真过程进行调试，最后在实物中实现，这样做可以降低硬件成本。选用Proteus 8 Professional软件是由于它所包含的元器件数量庞大，虽然数量多，但是它配有智能的搜索系统，只要输入关键的单词就可以快速搜索到想要的元器件。在仿真过程中，除了能够进行字幕的显示之外，还能进行图像的显示，所有的显示都是有一定的参数，尤
47、其是模拟信号和数字信号，给整个测试打下了扎实的基础。3.5系统所使用的主要元器件表3.1所示为本设计的智能家居系统中所需要的元器件列表。表3.1 系统所使用的元器件类型注释符号脚注备注数量瓷片电容104C1,C2, C7, C15RAD0.14电解电容2.2uF/50VC8CD51瓷片电容30C9, C10RAD0.12电解电容100uF/25VC16CD51电解电容470uF/25VC3CD61发光二极管LEDD1,D3, D4, D8,LED1,LED2,LED3LED57二极管1N4007D2,D9DIODE0.42人体红外模块HC-SR501J1SIP3配杜邦线、3Pin排座1手机模块SIM800J2SIM8001开关SWJ3,J4SW-62电源接口POWERJ5DC2.11继电器RELAY-