摘 要

一个舒适健康的家居环境对于现在追求幸福生活的人们尤为重要。现代令人满意的家居环境要满足安全、舒适等条件，因此智能家居给人类提高生活居住水平带来了途径。本次设计的智能家居系统的内容：智能开光灯光系统，根据光照不同来调整照明或者窗帘；第二个是室内的可冷可暖空调系统，智能地保持一定范围的室内温度；第三个是室内加湿系统，让室内湿度保持正常的范围。系统采用单片机STC89C52作为主控模块，温湿度传感器DHT11和光敏电阻作为信号采集模块，继电器作为控制设备的开关端。

本设计完成的主要研究内容如下：

1. 对家居环境的基本量进行筛选，选择了三个基本因子做为本次设计的控制量。
2. 分析了家居环境的三个量的适用量程，根据设计的实际情况选择硬件。
3. 在对市面上的传感器等硬件进行比对筛选，选择了DHT11温湿度传感器和光敏电阻作为信号采集端。
4. 系统中的显示结果含有多个数字、字符等进行同屏显示，并且根据成本的因素最终选择了LCD1602显示器。

（5）在以单片机为核心的家居环境状态监控系统进行了成功的实验。

关键词：智能家居；单片机；DHT11；状态监控

Abstract

A comfortable and healthy home environment is especially important for people pursuing a happy life now. Modern satisfactory household environment should meet the conditions of safety, comfort and so on, so the intelligent home brings a way for human to improve the living standard. The content of the intelligent home system designed this time: intelligent lighting system, adjust lighting or curtains according to different lighting conditions; The second is the indoor cooling and warming air conditioning system, which keeps a certain range of indoor temperature intelligently. The third is the indoor humidification system, which keeps the indoor humidity within the normal range. The system adopts single chip microcomputer STC89C52 as the main control module, temperature and humidity sensor DHT11 and photosensitive resistance as the signal acquisition module, and relay as the switching end of the control equipment.

The main research contents of this design are as follows:

(1) the basic quantity of home environment was screened, and three basic factors were selected as the control quantity of this design.

(2) analyzed three applicable ranges of household environment, and selected hardware according to the actual design situation.

(3) in comparison and screening of sensors and other hardware on the market, DHT11 temperature and humidity sensor and photosensitive resistance were selected as signal acquisition terminals.

(4) select A type of sensitivity that meets the design requirements for A/D conversion.

(5) the display results in the system contain multiple Numbers, characters, etc. for the same screen display, and LCD1602 display was finally selected according to the cost.

(6) a successful experiment was conducted in the home environment condition monitoring system with single-chip microcomputer as the core.

Key words: smart home; Single chip microcomputer; DHT11; Condition monitoring

目录

第1章绪论 1

1.1选题背景 1

1.1.1智能家居的基本概念 1

1.1.2国内外发展情况 1

1.2选题分析 3

1.2.1需求分析 3

1.2.2设计内容 3

第2章 总体方案 4

2.1主控模块 5

2.1.1 STC89C52单片机简介 5

2.1.2 8052单片机各引脚功能介绍 6

2.1.2 单片机最小系统 8

2.2亮度模块 10

2.2.1光敏电阻简介 10

2.3温湿度模块 11

2.2.1 DHT11简介 11

2.2.2 操作过程 11

2.4显示部分 12

2.3.1 1602液晶简介 13

2.3.2 指令说明 14

2.5继电器介绍 15

第3章 系统设计 16

3.1硬件设计 16

3.2软件设计 17

3.2.1 LCD初始化显示模块 17

第4章实物效果 21

4.1实物主要硬件展示 21

4.2实物工作效果展示 23

4.2.1温度控制展示 23

4.2.2湿度控制展示 25

4.2.3亮度控制展示 27

第5章 总结 29

参考文献 30

致谢 31

第1章绪论

1.1选题背景

1.1.1智能家居的基本概念

智能家居系统是一种全新的概念：它是指使用现代家居系统，然后其中运用了现代高新先进的计算机技术和互联网的通讯连接等技术，再加上使用者对家居环境不一样的要求，把这些需求加入到可以调控家居环境的智能控制模块中，比如灯光的智能调控、温湿度的合理控制、窗帘的智能电动控制、家庭燃气阀的安全控制、各类日常家电控制、住户的健康保健检测等有机地融合在一起。最终智能控制系统通过现代化网络化的综合智能的监控和安排，来达到“以住户为核心”的舒适、安全、便捷、环保的智能家居家居生活方式。这是一种新兴的住宅类型称为智能住宅（Smart Home）。

1.1.2国内外发展情况

1.国外发展历程：

1）起步阶段（1984年）：真正的实施到家居建筑的例子在1984年才出现。掌握了最早的数字家庭技术X-10的技术的科技公司联合美利坚当局，一起在美国的康涅狄格州中的核心城，哈特福市里开展一项影响世界的计划。这个计划就是建立世界上第一栋智能建筑的计划。他们在“CityPlaceBuilding”中把为此特别研发制作的的建筑设备与相关的互联网结合而形成一个以物联网为通讯系统来实现家居环境控制的家居建筑。从那一刻起，人类才出现了真正意义上的基于物联网的家居环境状态监控系统的应用。

2）发育阶段（1994-1998年）：掌握先进自动化技术的美国智能家居公司将家用电器、通信设备与安保设备融为一体，并且不断创新技术，让智能家居的应用内容不断丰富。在1998年，美国应用“家庭智能化系统”的社区与家庭数量不断增加，已经有了很大的规模。智能家居系统的内容也扩充为智能化家居家电、安全保护、计量等方面。

1. 成熟发展阶段（2006年）：从这一年开始，美国的智能家居的产品可以根据用户的不同要求来制定更多，更个性化的产品。市场销量达到了一亿以上。在未来，发展越来越成熟的智能家居系统必将加入更多的人性化，更好的居住体验的深度定制的功能。

数据反映了美国的智能家居的历程。PARKS（美国行业专业顾问公司）统计了美国从1995年到2004年之间的美国的智能家居的市场数据。在1995年，平均每户家庭投入了7000到9000美元到自己家中的自动化设备中。到时美国当时已经开始使用智能家居设备的比例仅仅为0.3%。从1995到2000年美国的家庭智能化市场份额增涨率达到了8%。从2004年后，美国的智能家居市场发展十分快速并且稳定，市场的份额已经达到了140多亿美元。从这个数据可以看得出来美国20世纪末的智能家居市场刚刚起步。后来美国的各个智能家居公司通过技术和产品的不断地改革和升级，让越来越多法人美国消费者接受了家居智能化的支出，说明该项产业确实让使用了智能家居的用户的到了生活的便利，才能赢得越来越多的美国消费者的青睐。

2.国内智能家居发展情况：

1）萌芽起步阶段（1994年-1999年）：美国企业家微软老板比尔盖茨首先把智能家居的这一新兴的家居概念带入了中国。从那一年起中国国内的家居行业开始去理解并掌握这个概念，然后消化吸收开始研发适合国内消费水平，消费需求的智能家居化的家居产品，但是真正具有自己研发生产销售的智能家居公司并还没有产生。当时国内有的只是美国的智能家居企业招收的代理商，并没有实质的生产成熟的智能家居产品的能力的公司。

2）产业新生阶段（2000年-2005年）：2000年后，中国国内经过接近五年的接受和学习，先后有五十多家的可以研发和生产智能家居的设备公司和企业。这五十多个新兴的智能化家居公司和企业大多数集中在几大接受新兴技术环境较快的大城市中，包括深圳、上海、北京、杭州、厦门等城市。随着国内消费者对于这一概念的认知，而达到了市场的需求。各大智能家居的公司逐渐完善自己公司产品的市场营销，技术支持和售后服务培训体系。在这一阶段，中国内的智能家居市场还没有收到欧美公司的重视。这个阶段中，国际品牌并未进入中国的智能家居市场。

3）竞争淘汰阶段（2006-2010年）：2005年后，中国内的智能家居市场越发繁荣。一些为了提高销量的公司极不负责任地进行恶性竞争，并大肆鼓吹自己公司的产品效果来吸引消费者购买。但这些智能家居公司所买给消费者的智能家居产品却没有达到所广告的使用体验和效果。这些公司还不断地发展代理商而不重视其销售的品牌声誉，不重视消费者的使用体验和反馈，忽视代理商的产品培训。这些原因最终导致了大量的代理商无法长时间正常地进行经营活动。这些厂商的恶性竞争最终都会被消费者和媒体识破并谴责他们这些行为。这些智能家居公司不再敢大肆鼓吹其产品的效果，部分公司也选择退出了智能家居的市场。在2005年-2007年三年间，智能家居市场淘汰了一批无法生存下去的公司企业。而国内生存下来的生存智能家居的公司企业，开始整改内部结构，重新认识和掌握着一新兴的市场。中国国内火热的竞争吸引了一批国外品牌的入驻，包括罗格朗和施耐德的实力公司。国内也产生了一批有实力的智能化家居公司，包括海尔，科道等公司。

4）融合发展阶段（2011-2020年）：在2011年后，国内的智能家居市场越发成熟，可以明显地看到其稳定发展的趋势，人们越来越注重家居的智能化。中国智能家居的市场的份额也逐渐增长可以说明了中国的智能家居行业进入平稳发展的新阶段，由前期的摸爬滚打进入了国内智能家居发展新时期。
　　

1.2选题分析

1.2.1需求分析

随着世界科技的总体飞跃，人们普遍更加重视生活的质量，因此对于自己的健康生活也有了更高的要求和条件。人类的生活健康状况有绝大的一部分取决于其所生活的环境。健康舒适的生活环境可以使居住者身体机能保持正常的工作状态，也会使居住者的心情保持愉悦的状态。然而，糟糕的家居环境可以带居住者带来许多疾病，影响居住者正常的生活与工作的进行。因此一个舒适健康的家居环境对于现在追求幸福生活的人们尤为重要。现代令人满意的家居环境要满足安全、舒适等条件，因此智能家居给人类提高生活居住水平带来了途径。

但是城市的人们的生活和工作节奏越来越紧张快速，用于调整自己的家居环境的时间会越来越少。进而导致人们无暇顾及到人为地调节自己的生活环境的方式。互联网的迅速发展给家居环境监控带来了通讯的基础，使得通过单个家电控制某一家居环境因素，转变为一个控制端口可以控制家居环境多种因素。通过物联网的途径，将各个要控制的家居环境的子系统集中起来调控，节省了时间，带来了生活的便利也保证了家居生活环境的健康舒适。

1.2.2设计内容

本次毕业设计，时间和经费有所约束，因此本次智能家居设计的内容大致定为以下基础功能：第一个是智能开光灯光系统（Intelligent Lighting System），根据光照不同来调整照明或者窗帘；第二个是室内的可冷可暖空调系统（Thermostats amp; HVAC Controls），智能地保持一定范围的室内温度；第三个是室内加湿系统（Indoor humidifying system），让室内湿度保持正常的范围。

总体方案

下图为系统总方案流程图：

图中的各个模块具体选用如下：

图 2.1系统总流程图

主控模块（Smarthome Control Center）本次设计要求控制的量较多，所以要采用比较先进的处理器芯片，即STC89C52。芯片STC89C52的优点是可靠性较高，稳定性也强；

测量模块（Measurement module）分别采用两种合适精度的测量器件。首先室内的亮度测量所使用的器件是光敏电阻，温度和湿度的测量采用的是温湿度传感器DHT11；

显示模块使用的是经济实惠，显示功能优良的LCD1602液晶屏；

控制模块主要是用了小电机和加热丝进行模拟控制。

选取这些具体的器件后，得到下面的主要器件连接设计图：

图2.2主要器件连接设计图

2.1主控模块

2.1.1 STC89C52单片机简介

STC89C52是单片机的一种类型。

这款单片机兼容了标准的C51指令系统。在许多较为复杂系统控制软硬件应用场合中，都可以运用性能强大的STC89C52单片机。

表2.1 C52单片机个端口数量表

使用通用的微处理器和可反复擦写的Flash存储器结合在一起，可以降低成本。

2.1.2 8052单片机各引脚功能介绍

MCS-51系列的单片机一般有40个引脚。这款单片机的封装方式为双列直插式。该单片机的制造工艺为HMOS的是制造工艺。

其外部引脚排列如图2.3所示。其中，各引脚的功能为：

图2.3 STC89C52外部引脚图

下面是8052单片机的引脚的种类：

⑴ 主电源引脚

Vcc（40脚）：接＋5V电源正端；

Vss（20脚）：接电源地端；

⑵ 外接晶体或外部振荡器引脚

XTAL1（19脚）：连接外部晶振。片内是反相放大器的输入端，反向放大器构成单片机片内振荡器OSC。当单片机使用外部振荡器，接地。

XTAL2（18脚）：连接外部晶振用第二个引脚。在单片机内部时钟电路的输入端和反相放大器的输出端接入该引脚。单片机用的是外部振荡器的时候，接外部振荡器的输出端口。

⑶ 控制信号线

RST/VPD（9脚）：复位信号输入端，复位/掉电时内部RAM的备用电源输入端

ALE/ （30脚）：这个引脚是地址锁存允许和编程脉冲输入的作用。当片内EPROM编程是，编程的脉冲信号在这个引脚输入。

PSEN/ （29脚）：单片机的外部程序存储器读选通信号时，低电平信号有效。

EA/VPP（31脚）：用来访问单片机外部存储器允许/编程电压输入。当EA为高电平时，则该引脚访问内部存储器；低电平时，该引脚访问外部存储器。对片内EPROM编程的时候，这个引脚要接上21V编程电压。

⑷ 多功能I/O口引脚

8052单片机设有4个双向I/O口（P0、P1、P2、P3），每一组I/O口线都可以独立地用作输入或输出口，其中如下表：

表2.2 8052的4个双向I/O口表格

P3口的特殊用途如表2.1所示：

表2.3 P3口的特殊用途表

2.1.2 单片机最小系统

单片机的最小系统是非常重要的，是单片机的核心。这是让单片机正常工作最精简的电路系统。单片机最小系统首先可以保证单片机正常工作的起步，为后面的具体工作提供了工作基础。单片机最小系统的构造是四个部分：单片机，程序存储器，时钟电路，复位电路。52单片机这款单片机的内部的程序存储器的内存为4K。所以这款单片机工作时除了单片机外，连上时钟电路与复位电路就行了。

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