智能家居系统的设计与实现

刘轩 史秀男 沈阳工学院

智能家居系统的设计与实现

刘轩 史秀男 沈阳工学院

本设计基于物联网蓝牙遥控以STC12C5A60S2单片机作为控制核心，实现蓝牙指令的解析和控制开关指令的发出，工业级蓝牙2.0模块HC-05实现和手机蓝牙的通信，蓝牙模块把接收到的指令通过串口通信的方式传输给单片机，系统显示终端采用LCD12864中文液晶屏，当系统执行家电的开启和关闭时，液晶显示屏实时更新家电的开关状态，以便设备出现故障的情况下判断是控制部分出现故障还是家电部分故障，为了更好的模拟演示系统功能，系统采用冰箱、电视、空调、灯泡作为控制对象，为了硬件实物演示方便，4路家电分别用4种颜色的LED灯来代替，通过继电器开关控制LED灯的亮灭来代替家电的开启和关闭。系统遥控蓝牙遥控距离不小于10米，开关响应时间小于1秒钟。本文在家电开关控制的基础上增加了室内温湿度和烟雾浓度检测报警功能，当室内环境参数超限时，系统会发出鸣笛报警提示功能。

主要是基于51单片机和2.0蓝牙模块来设计实现，硬件方案主要包括单片机最小系统电路、电源管理电路、4路继电器开关电路、LCD12864液晶显示屏电路和HC-05蓝牙模块电路组成，其中单片机最小系统电路为系统的控制核心，完成控制信号的采集和控制信号的输出控制，HC-05蓝牙模块负责蓝牙指令的接收，然后和单片机控制电路之间通过串口通信电路完成数据的传输，家电开关的控制通过单片机控制4路继电器的断开和吸合来实现，继电器开关采用高电平输出使能，当单片机对应的端口输出高电平即可完成对应继电器开关的接通，相反对应端口输出低电平，继电器开关断开。为了直观的观测继电器开关的开启和关闭。

系统硬件电路设计主要包括单片机主控电路设计，蓝牙通信电路设计，液晶显示电路设计，室内环境参数采集电路，家电开关输出控制电路设计和电源处理电路等几部分组成，下面将对上述各部分电路进行详细的阐述和分析。单片机最小系统控制电路主要有STC12C5A60S2单片机、11.0592M晶振、复位电路三部分组成，蓝牙串口通信模块主要有HC-05主从一体蓝牙芯片、3.3VLDO稳压电路和信号指示灯电路组成，室内环境参数采集电路主要由温度采集、湿度采集和烟雾采集3部分组成，温度采集使用DS18B20温度传感器，此传感器为单总线数字输出型的传感器，和单片机之间可以直接进行通信和数据传输，不要增加其它外围电路；湿度传感器采用DHT11实现，DHT11也是数字输出型传感器，不需要其它外围电路支持就能完成和单片机之间的数据传输和通信；烟雾采集采用MQ-2烟雾传感器模块，烟雾采集传感器为模拟信号输出型传感器，需要接单片机的AD端口方可进行数据传输与通信。智能家电的开启和关闭采用继电器控制实现，继电器是一种常用的弱点控制强电的自动开关，由于本文单片机系统采用5V供电单片机，单片机信号输出高电平为5V，因而本文继电器型号选择DC5V松乐继电器，此继电器输出端可接220V家用电器，带负载能力可达到20A电流，完全能够承受一般家用电器的负载要求。继电器开关控制电路主要有继电器、输出端子、信号控制端子以及脉冲泄放回路组成。系统软件编程采用C语言编程，编译环境为KeilC51，下载工具采用STC-ISP下载软件进行下载，对于单片机系统，传统的编程方式是将单片机先从电路板上取下，放入专用的编程器进行编程，再放人电路板进行调试。其缺点是频繁的拔插器件容易损坏器件的引脚；如果频繁的更换程序，必须重复拔插，大大降低了开发效率。ISP技术是未来发展的方向，其优势是无需编程器就可进行单片机程序的在线下载，免去调试时由于频繁插入取出对器件造成的损坏和带来的不便。ISP可降低研发成本，缩短从设计、制造到现场调试的时间，简化生产流程，大大提高工作效率；在试验新品或学生试验等常需用不同的程序调试器件的场合中，ISP在线编程技术尤为重要。

设计采用USB-ISP下载线，实现在KeilC51软件开发环境下调试的C语言程序机器码能在线下载到STC12C5A60S2单片机片内Flash中，并可在线修改。系统软件功能测试主要是把通过KeilC51编程软件编译通过的程序代码下载到硬件实物中进行功能的验证，系统功能测试包括环境检测功能测试和蓝牙遥控开关功能测试。以51内核的STC12C5A60S2单片机为核心，结合晶振电路、复位电路完成单片机最小系统控制单元，蓝牙模块采用工业级HC-05蓝牙模块完成手机蓝牙指令的接收和通信，通过手机蓝牙APP操作界面完成操控指令的发送，单片机控制单元通过解析所接收到的蓝牙指令，然后对相应的家电开关进行开启和关闭的操作，LCD12864液晶显示屏用来显示4路家电开关的开关状态，室内环境检测主要检测温度、湿度和烟雾浓度三个环境参数，温度采集采用DS18B20温度传感器采集，湿度采集采用DHT11湿度传感器实现，烟雾采集通过MQ-2烟雾传感器实现。该系统可以方便的实现智能家居的控制，并且设计简单，经济实惠。

史秀男（通讯作者），沈阳工学院通信教研室讲师。