1、基于物联网的智能家居控制系统设计与实现摘 要智能家居是网络繁华的这个家庭网络化时代的体现，已成为网络信息社会发展的一个重要组成部分，然而，物联网是各种信息结合的枢纽，是智能家居行业发展的伟大突破，对于智能家居行业具有非常重大的意义。本文系统构造容易实现，容易操作，是现在化的大众设计理念，本设计采用 STC89C52 单片机为核心，一个控制端，控制多个模块，包括蓝牙，按钮，网络接口等模块来控制家电。本文描述的硬件设计和软件设计两个部分来具体实现，第五章最后根据设计好的功能，搭建一个建议模型模块。关键词：物联网、智能家居、蓝牙、STC89C52、多模块控制 The design and imple
2、mentation of intelligent control systembased on IOT Home FurnishingAbstractSmart Home as the implement mode of Family Information has become an important part of the social information development .The networking because of its huge prospect to develop .It will be a real way during the Smart Homes d
3、evelopment .Networking means a lot to the Smart Home .This article base on the design concept of trying to use easiest way to deliver handle and closing to use .We take the STC89C52 as the control core of the design .The relay as the control terminal mean .While we also use the trared remote control
4、 key webpage etc to control the home appliances . Two to four chapters of this paper describes the design of software and hardware to achieve the specific. Chapter V is based on features designed to build a specific environment instance.Keywords: Networking、Intelligent、Home、Microcontroller、STC89C52、
5、 multi-source control目 录第 1 章 绪论 .71.1 物联网的发展过程 .71.1.1 国外物联网发展历程 .81.1.2 国内物联网发展的历程 .81.2 智能家居的概念 .81.3 物联网智能家居在一些领域上面的应用 .10第二章 总体设计 .112.1 整体介绍 .112.2 系统设计方案选择 .122.2.1 WIFI 模块来实现这样一个无线传输功能 .122.2.2 GPRS（短信控制） 模块来实现这样一个无线传输功能 .122.2.3 蓝牙模块 来实现这样一个无线传输功能 .122.2.4 总结 .132.3 功能设计 .132.3.1 多源控制 .132.
6、3.2 温湿度控制 .142.3.4 灯光控制 .152.3.5 气体检测控制 .16第 3 章 硬件设计 .173.1 系统的整体硬件设计电路图 .173.2 最小系统模块 .173.3 串口模块 .183.4 温湿度传感器模块 .193.5 气体检测模块 .203.6 灯光模块 .233.7、LCD 模块 .23第 4 章 软件系统设计 .244.1 系统的组成和结构 .244.1.1 主控单片机系统软件设计 .244.1.2 分机模块的系统设计 .25第 5 章 系统的组装与测试 .265.1 本次调试用到的工具 .275.2 成品的组装 .275.3 硬件的调试 .285.4 软件编程
7、调试 .295.5.1 硬件方面遇到的问题 .295.5.2 联机测试时发生的问题 .295.6 实时数据检测 .305.7 总结 .30第 6 章 环境实例搭建 .316.1 实例环境选择 .316.2 实例环境布置 .326.2.1 所控电器 .326.2.2 布线 .326.2.3 控制模式 .32第七章 总结 .34参考文献 .35谢 辞 .365第 1 章 绪论1.1 物联网的发展过程物联网是在信息社会发达的今所衍生的产品，他是基于互联网的模块上，利用射频识别技术、无线网等技术，打造一个联系世界不同物体，不同模块的“Internet of Things”。在这个模块网络中，人们所需要
8、的或不需要的物品等等能够相互的进行“沟通” ，机械化，不需要人类去操作。其根本是使用射频自动识别(RFID)这种技术，通过信息网络（互联网）来实现物品的互相识别和不同 信息的互通与共享。 物联网这一想法的诞生，打破了传统的人类思维。在过去，人们总是把物和信息网络分开，例如公路，机场，很多建筑物等等，他们都是与他们的控制中心分开(电脑)。然而如今这一个时代,动物体内植入芯片、各种电视盒、机顶盒为一体等设备等等，从某种程度上说，这些设备就像一个新的智慧大脑。所以有人认为，物联网和智能控制，就是像智慧大脑控制的一个新兴人类。 物联网在我们的生活中普及和使用，时间所有无生命的事物都可以变成了人的伙伴。
9、在这个不同事物与不同事物都相联系的世界，物体之间能互相“沟通” ，不需要人类的干涉。可以这么说，这已经渐渐演变成为一个新的智能化世界。智能家居便是物联网在生活方便的最直接体现：窗帘像“含羞草”一样可以感知光线而羞羞关闭;温控设备也更加“听话”了，温度高时胡自动调低温度，潮湿时会自动打开抽湿灯，灯光在感知没有人在房间时，会自动熄灭等等。物联网在应用方便极其广泛，遍及智能交通、智能电网，智慧物流、智能安防、智慧医疗、智能农业、智能家居、工业监测、环境监测等各种领域。物联网的众多不同应用，打造了一个巨型的商业模式，从互联网、平板、手机、电脑、无线等 IT 通讯领域，到智能卡、电子芯片、传感器、无线产
10、品等工业领域，再到空调、电视盒等制造领域，各个领域联系紧密，其实利润之巨大。有专家预算，中国物联网的整体产业在 2015 年将会超过一万亿元规模，2050 年传感器将在我们的生活中完全普及。可以想象，物联网发展某一个地步时，家中的各种设备可以和外界的网络相互连接在一起，通过各类传感器传输设备的信号。开发人员在公司就能知道你家中各种设备的使用状况，也许在6我们还没发现家中设备有问题的时候。有一天就突然有工作人员联系你，说你家中的设备坏了，已经安排好工作人员准备帮你维修，那时候的我们将会是多么的惊讶。1.1.1 国外物联网发展历程随着互联网的出现，我们进入这个信息互通的时代，慢慢的就提出了一些划时
11、代的概念，然而物联网这个概念是由美国 Auto-ID 实验室在 1999 年第一次提出来的，在 2005 年，国际电信联盟这一组织在发布了ITU 互联网报告2005：物联网 ，正是提出了“物联网”着一个概念，这也预示了一个物联网时代的即将到来。对于国外来说，没一个国家的物联网技术都有其特点已经代表性，其中比较有代表性的几个国家是美国、韩国、德国、日本。例如：美国苹果、IBM、英特、通用电气等公司，还有就是利用加速器基金和创投基金发展了许多个人的企业，让其纷纷推出了自己的物联网设备，大型发展物联网技术。1.1.2 国内物联网发展的历程随着第一个物联网概念的提出，中国也慢慢的发展自己的物联网事业，
12、我们国家的得物联网事业与时俱进，慢慢地将物联网这个概念贴上了中国制造的标签。例如在四川省，在 2010 年的时候就把物联网产业链纳入了其全省重点开发的的信息产业，到了 2014 年已经实现了一个巨大的突破，在物联网产业销售大道理近 900 亿元，比同期增长了 30%以上。1.1.3 国内外物联网未来展望无论是国外，还是国内，其对物联网的未来都带有非常巨大的期待，在未来的物联网发展趋势，应该是一个物物相连的世界，物联网与其他技术有一定的区别，物联网他由政府机构兴起，在未来，它必然是有政府机构大力支持发展的项目，这样的物联网技术必使人们的生活和工作走进一个全新的时代，这将会是一个物与物相连的世界，
13、将是依靠只能系统驱动的世界。1.2 智能家居的概念智能家居（Smart Home）是以家庭为载体，兼容建筑、自动化，智能化于7一整体的高科技、居住舒畅、安全、便捷的家庭居住环境。智能家居是在物联网的影响之下物联化体现。智能家居常通过一些有线或者无线的技术将家庭中的各种电器设备（如电视播放、家具灯光系统、智能窗帘控制、空调调温、家具防盗系统等各种家电电系统，还包括三表抄送等）连接到一起，给家居加点提供了一个控制平台，其中包括家居灯光照明控制、家居窗帘定时控制、远程监控控制、远程无线操作、家居安全监测、温湿度控制、红外转发和很多可通过设定时间的定时定点控制等等。和普通的家居系统对比，智能家居更青出
14、于蓝，不仅可以提供人们一个传统的居住环境，它更兼备了多方面的技术、首选一个是传统的建设技术、还有就是信息一体化、各种电器设备智能化，集一个系统性、结构完整、便捷服务、便于管理的一个具有的舒适、便利、高校、节能、安全的家居居住环境环境，这样的环境提供；了所有的信息交换功能，帮助家庭的信息网络可以随时与外界的信息保持交流畅通，以更新自身信息，提高人们的生活质量，有利于人类合理的安排自己的时间，提高了家居的生活的高质量，让生活变得更加安逸舒心，甚至还可以环保的，节约能源，为环境保护做出贡献。智能家居这个概念的在很早之前就给人们提出来了，但是在之后的电子行业发展中没有做出一个真正的模型，然而，智能家居
15、并没有停止发展，在 1984年美国联合科技公司（United Techno1ogies Building System）将建筑中的电子设备连接都了一起，实现了建筑信息化，这个信息应用于美国康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（Hartford）的 CityPlaceBuilding 时，出现了第一栋智能家居模型，从那之后，全世界走进了一个智能家居化的新时代 【1】 。智能家居在中国称做智能住宅，在外面人们用 Smart Home 来表达智能家居。与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automation） 、电子家庭（Electronic Home、E-home ） 、数字家园（D
16、igital Family） 、家庭网络（Home Net/Networks for Home） 、网络家居（Network Home） 、智能家庭/建筑（Intelligent Home/Building） ，在中国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。智能家居让用户以更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过触摸屏、手持遥控器、电话、互联网来控制家用设备，更可以执行情景操作，使多个设备8形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的方便、高效、安全与舒适。所谓智能家居时代就是物联网进入家庭的时代。它不仅指那些
17、手机、平板电脑、大小家电、计算机、私家车，还应该包括吃喝拉撒睡、安全、健康、交友、甚至家具等家中几乎所有的物品和生活。其目的是让人们的家庭生活更舒适、更简单、更方便、更快乐。1.3 物联网智能家居在一些领域上面的应用智家能庭控制系统的主要功能包括家庭各种设备智能控制、家庭安防这些方面。 其中家庭设备自动监控包括电器设备的集中、遥控、远距离异地(通过电话或 Internet)的监视、控制及数据采集。(1)与可是对讲的无缝对接，可进行远程通话，指令的发送等等。(2)与智能手机和 PAD 的完美结合，可以通过手机，平板，在随时随地，监控操作一些电子设备。(3)安防系统，只要分为四方面：第一种防护（周
18、界防范系统） ，第二层防护（闭路电视监控系统） ，第三层防护（门禁系统） ，第四层防护（家居安防系统） 。(4)灯光控制系统，实现对光线的暗亮控制，实现对光线的色调控制，实现对灯光的开启控制等等。(5)智能窗帘控制系统，可以按照外界光线刺激，自我判断是否拉下窗帘，是否开启窗帘。还可以设置时间，在某个时间段开启，或者关闭窗帘。(6)家电控制系统。实现在对家庭电视，只要是控制 家电的开关，声音，已经亮度的显示。(7)空调新风控制系统，实现对家庭温度的监控与调节，可让其判断是否开启或者变风，制冷抽湿等。(8)还有电梯音乐等各种控制系统。不一一罗列。9第二章 总体设计2.1 整体介绍本次设计以 STC
19、89C52 芯片为控制核心，适度、温度、振动、气体检测等传感器为信息采集模块，以蓝牙模块控制实现，来制作一个简单的智能家居系统。抛弃原来的机械化按键模块， ，采用蓝牙或是 WIFI 模块进行远程控制，来控制灯光调节，温湿度检测，气体检测，振动检测等功能，实现了各种程度，多方位实时监控家居安全与控制。此外在本次设计中，采用多种传感器模块结合，智能实现家居中各种设备的信息采集，如灯光的暗亮调节，温度的检测，湿度的检测，气体检测，振动检测等。并且能将温度湿度显示在电脑上面，气体或振动值显示出来。具体类似于下图所示：主控 单元 振动器模块烟雾报警器LED灯光模块温湿度传感 器LCD显示模块10图 2-
20、1 整体的系统控制图2.2 系统设计方案选择其实在这一次的设计中，我们可以选择很多个不同的方案来实现着一个功能，下面我就来列举几个方案来分析其优缺点：2.2.1 WIFI 模块来实现这样一个无线传输功能WIFI 模块又名串口 WIFI 模块，在物联网技术中属于传输层，其功能是把TTL 点评和串口数据转化为符合 WIFI 模块通信协议的嵌入式模块，在 WIFI 模块里那只有 TCP/IP 协议和无线网络协议 IEEE802.11 协议线。WIFI 模块可以直接嵌入传送的硬件设备，使其与互联网通讯，是实现家居智能化、M2M 物联网的重要组成部分。优点：WIFI 模块能让串口设备轻松联网，实现在全透
21、明的数据胡同，可以保持一个很好的兼容性和实用性；WIFI 模块的可靠性系统核心比较适合安全性和长期运行的系统应用；WIFI 模块的无限通讯距离较长，具体可以长达 100米。缺点：需要无线数据网络，串口协议编写较为困难。2.2.2 GPRS（短信控制） 模块来实现这样一个无线传输功能通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service）的简称，是属于第一代移动通信技术的代表。优点：GPRS 模块是属于非常简洁、方便快速。缺点：GPRS 很容易出现丢包现象，并且 GPRS 模块属于短信控制，在使用的过程中非常耗费信息流量，所以耗费的成本过高。2.2.3 蓝牙模块 来实现这样一个无线传输功能蓝牙模块式是一种低功耗、段距离无线通讯技术，其设计意图是取代现有的一些有线设备（计算机、打印机、传真机等）的接口有线电缆。是一门新的技术。
