项目编号:mcuclub-104

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总字数:9000+

摘要

物联网(Internet of Things)、计算机、电子等前沿科技的发展和人们对生活品质的 追求促进了智能家居的发展,智能家居因其智能便捷、操作简单的特性,受到人们的喜爱,应用越来越普及。智能家居在未来具有广阔的市场前景和开发价值,对智能家居系 统的研究有重要意义。针对日常生活需求,本文提出一种应用于智能家居的物联网控制系统。

首先,论文介绍了智能家居的发展历史和市场前景,并从技术和市场两个角度对智能家居进行分析,结合智能家居现状设计本系统的功能。其次,本控制系统主要功能包括加湿器、门、空调、热水器、窗帘开关等参数。按照模块划分的思想,硬件系统以STC89C532单片机为主控制器进行设计和实现,通过设计驱动模块、继电器模块、电源模块和信息采集模块,共同完成硬件子系统的功能。最终实现软件硬件协调工作,完成整个系统的设计。最后,针对整个系统的功能和性能进行测试。系统测试主要从功能和性能两个方面进行测试。由系统测试结果可以看到,所设计的智能家居控制系统控制功能反应灵敏、控制类型符合生活需求并具有良好的稳定性。故本智能家居控制系统在实际生活中具有一定使用价值。

关键词:智能家居;物联网;蓝牙;STC89C52

目  录

摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状及实际应用情况

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

第二章 系统方案设计

2.1 主要元器件选择

2.1.1 主控芯片方案选择

2.1.2 显示模块方案选择

2.2 整体方案设计

第三章 硬件电路

3.1 主控模块电路

3.2 蓝牙模块电路

3.3 步进电机模块电路

3.4 继电器模块电路

第四章 软件设计

4.1 编程软件介绍

4.2 主程序流程设计

4.3 按键函数流程设计

4.4 串口中断服务程序函数流程设计

第五章 仿真测试

5.1 整体仿真测试

5.2 接收端控制家用电器

5.3 手机端控制家用电器

第六章 实物测试

6.1 整体实物测试

6.2 接收端控制家用电器

6.3 手机端控制家用电器

总结

参考文献

致谢

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义 

随着世界经济的迅速发展,以及科学技术的不断创新,人们的生活慢慢从能满足温饱到现在注重生活品质,科学技术的发展为人类追求更好的生活环境提供了技术支持,经济水平的发展为人类追求更好的生活提供了可能。20 世纪 80 年代,美国率先提出“智 慧建筑”的概念,从此打开了人们通往智能家居的大门[1]。“智能家居”又称智能住宅,是在互联网影响之下物联化的体现。它是人们的一种居住环境,是以住宅为平台安装智能家居系统,利用先进的计算机技术、综合布线技术、网络技术以及医疗电子技术,根据个性需求,将与家居生活有关的各个子系统如灯光控制、窗帘控制、场景联动、信息家电、地板采暖、安防安保、健康保健、卫生防疫等结合在一起,构建高效的住宅设施和家庭事物管理系统,使人们的家庭生活变得更加节能、智能、便利、舒适和安全,进而实现以人为本的全新家居生活体验[2-4]。从上个世纪物联网的概念被提出并得到广泛关注,得到迅速发展,国内外不同公司采取不同措施推进物联网的发展,智能家居是物联 网的一个重要应用,在短短几十年的时间得到迅速发展。

在物联网飞速发展的背景下,智能家居顺应时代的潮流,逐渐走入人们的生活当中,从新鲜事物到逐渐被人们喜闻乐见[5]。智能家居的出现和普及,带来了极大的市场前景。在 OFweek 智能家居网发布的《2017 国内外智能家居发展现状报告》中可以看到,世界智能家居市场在 2015 年达到了 485 亿美元,随后增速逐渐平缓,未来估计将保持每年 80 亿美元的增幅,在 2018 年市场规模将达到 710 亿美元,由 GFK 报告可以看到,超过一半的人认为未来智能家居会对他们的生活产生影响[6, 7]。智能家居涉 及人们生活的方方面面,范围极广,在报告中可以看出在全球范围内,智能家居应用最广泛的是安全和控制与能源与照明,其次是娱乐和智能互联,随后是健康和智能家电。

不同国家消费者对智能家居应用选择存在较大差异。智能家居系统涉及生活的方方面面,应用到的技术也比较广泛,主要涉及的技术有 物联网、移动通信、电子科技等。虽然智能家居产品琳琅满目,但是核心概念和应用方 式大致相同。目前智能家居发展趋势大致为家庭智能化,公共区域智能化、社区服务,互联网服务几大方向。智能家居现在是朝阳产业,为人们提供更人性化的生活。但是整

体智能家居的发展还存在诸多不足,突出的问题有市场竞争压力比较大、系统成本较高、用户对智能家居了解片面、不足,行业没有统一标准,产品质量参差不齐、智能产品人机交互体验差、安全问题有待提高等等[8]。

综上可知,智能家居有着广阔的发展潜力和市场空间,现阶段智能家居也存在种种问题,从技术到产品到销售都有待提高,对智能家居系统深入分析进行研究有重要的应用价值和实际意义。

1.2 国内外研究现状及实际应用情况 

智能家居概念首次在美国被提出,在短短几十年的时间里得到迅速发展。发达国家对智能家居的研究和应用促进了世界上各个国家对智能家居的重视和研究。尽管世界上各种智能家居的产品琳琅满目,但智能家居在行业标准、产品质量、推广方面仍然存在问题。

1.2.1 国外研究现状 

智能家居主要由可便携移动终端、网络和硬件子系统三个部分组成,对智能家居的研究也集中在这三个领域。智能家居是一个整体,智能家居的大多数研究还是以整体为主,突出各自不同的特点。

马来西亚大学的 R.A.Ramlee、D.H.Z.Tang 和 M.M.Ismail[9]提出了针对残疾人士的无线蓝牙智能家居系统,根据马来西亚国内现状,考虑到残疾人士生活中的不方便以及没有专门针对残疾人士使用友好的设备,故提出这套智能家居系统,此智能系统搭建平台采用 PIC16F877A 控制器,通信选择蓝牙和 WIFI 结合的方式,软件操作系统兼容Widows6、Windows7。该系统打破常规采用 Bluetooth 和 WIFI 组合通信方式,更好的构建通信网络,该智能家居平台通过提供残疾人士交互友好的应用,便利残疾人士的生活 并提高他们对生活的热情,具有很高的应用价值。

1.2.2 国内研究现状

国内智能家居概念出现较晚,由于各种原因,发展一直不温不火。最近几年智能家居市场的巨大潜力被人们挖掘,国家重视和市场需求促进智能家居的迅速发展,促进人们对智能家居系统的研究。

江西师范大学的 Jihua Ye,Qi Xie,Yaohong Xiahou [14]提出了自适应的智能家居系统。系统主要由中心控制器和家用设备组成。通过将 toddler 算法和 correlation 算法与智能家居相结合,利用算法中的反馈机制发现用户操作的规律以及不同操作之间的关系,实现具有自动学习能力的中心控制器,该系统在电路板上进行仿真测试,证明具有良好的性能。

Rong Qiu[15]等人提出使用射频技术和智能传感器构建智能家居系统的想法,该系统的特色在于采用智能传感器,智能传感器是一个分布式概念,通过共享中央处理器的中央控制功能实现。YAN Wenbo[16]等人提出一种基于因特网协议的无线解决方案管理家庭硬件,此方案通过设计软件和硬件来实现智能家居系统,此系统的特点在于提出智能单元和家庭代理,通过使用 WIFI 模块和 XMPP 语言来构建智能家居单元。此系统软件在安卓平台验证,支持多用户,一个手机可以注册多个手机代理意味着一个手机可以控制多个智能家居系统。Fagui Liu[17]等人针对智能家居硬件可扩展性比较低的缺点提出基于

WIFI 和 STM32 的智能家居硬件通信适配器,此硬件适配器能方便地添加适配节点并且能够是适应不同的通信模式,此系统在 STM32 上进行验证。Fei Ding[18]等人提出一种高效率集成接入网关的设计,此集成接入网关包括三层结构:传感器网络层、网络层和服务层。此集成接入网关的主要功能是数据在子节点和网络层之间的传输。此集成接入网关具备栈结构并且板上提供标准的接口便于连接家用设备。此网关能够实现标准家庭网络系统,提高智能家居的可扩展性。

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