智能家居环境监测系统设计硬件设计
随着时代的发展，人们生活水平的不断提高，人们开始追求舒适，舒适的生活方式。在生活水平不断改善的基础上，人们对家居装修的档次有了新的追求。家庭环境也更追求人性化，因此智能家居应运而生。故智能电子技术在智能家居电子产品的广泛应用，以及网络通信技术的飞速发展，丰富了现代人的家居生活。智能家居是新兴的，家居智能化正在成为一种趋势。智能家居环境监测是家居智能化的一个重要环节。它既能为我们提供一个温暖、舒适、安全的生活环境，也可以对家用环境进行监测，并发出警报。
本课题智能家居环境监测是以STC89C52单片机为中心，采用温度传感器DS18B20，湿度传感器HS1101，MQ-7一氧化碳传感器，MQ-2烟雾报警器来接受环境信息，通过SIM900A模块作为GPRS通信模块随时向用户发送家居的环境监测结果，并通过蜂鸣器报警通知室内用户。该系统自动化程度高，实用性强，可广泛应用于现代家庭。
关键词 STC89C52,MQ-2,DS18B20,HS1101,MQ-7,SIM900A
目 录
1 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2课题在国内外的研究现状 1
1.3?本课题研究的目的和意义 2
2 系统的总体方案设计 2
2.1 系统需求分析 2
2.2 系统设计的原则 3
2.3 系统总体架构设计 3
3 系统硬件电路设计 4
3.1 STC89C52单片机 4
3.2 DS18B20温度传感器 6
3.3 MQ- 2烟雾传感器 9
3.4 HS1101湿度传感器 10
3.5 MQ-7一氧化碳传感器 11
3.6 GPRS模块 11
4 智能家居 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
环境监测系统各模块分析 13
4.1 STC89C52模块 13
4.2 温度采集模块的实现 14
4.3 烟雾传感器模块的实现 15
4.4 湿度传感器模块的实现 15
4.5 一氧化碳传感器模块的实现 16
4.6 GPRS远程监测模块SIM900A 17
5 系统测试及各模块测试 18
5.1 系统仿真 18
5.2 系统测试 20
5.3 模块功能测试 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录1 26
附录2 27
附录3 28
1 绪论
随着社会的进步人们对家居环境的要求也愈来愈高，通讯技术、电子技术和自动化技术的日趋完善，家居智能化这一概念应运而生。智能家居环境监测系统作为家居智能化的重要环节，它是以住宅为平台，结合了传感器网络技术，实现了信息收集，处理和控制家居内部环境情况，实现了节能环保和提高了家庭生活质量。它不仅能为我们提供一个温暖、舒适、安全的生活环境，而且可以对家用环境进行监测，并发出警报。它与普通家居相比，智能家居为我们提供了一个温暖、幸福、安全以及高效的生活环境，简单的生活空间成为高智能生活帮手，优化我们的生活。
1.1课题的研究背景
随着计算机，通信，网络和传感器控制的快速发展，使人们的生活和生产方式变得信息化，自动化，智能化。智能家居的监测系统已经慢慢成为以后家居生活的发展方向。智能家居环境监测系统不但能给人们供给健康和舒适的生活环境，而且人们的家居状态和控制家庭电器设备得到了监控。由智能家居环境监测这一概念所涉及到的先进技术也开始在智能家居产品中得到广泛了传播与应用，而且网络通信技术在2000年以后全球快速发展的背景下，给现代社会家庭的生活也带来了全新的领悟。??
智能家居如今已成为了当代家庭在装修中不可被忽略的一环节，智能家居环境监测系统是其重要一部分。在可预见的未来一段时间内的电话还是人们交流信息设备的主流。因此如果想要实现智能家居的大力发展，有必要将此理念和现代所被人们广泛使用的通信设备（手机）相结合。
1.2课题在国内外的研究现状
智能家居环境监测系统目前在美国，德国，新加坡，日本和其他国家得到广泛使用。目前在美国智能家居占有较大市场的是X-10，销量已经超过1亿个，多数客户是单体别墅，部分用在了旧房改造，单单在美国就已经有400多万个家庭在使用。但这些产品技术的限制，不适合在我们国内的应用。
智能化系统在九十年代末进入中国，由于智能家居的研发技术和约束制度不完善，智能家居技术在中国仍处于初级阶段。经过十年的发展，智能家居系统将提高公众的家庭环境。我国的业内普遍将智能家居定义为，利用4 C技术，通过传输网络，把管理系统、物业与安防连接，使住宅的智能化手段得到提高[1]。
当前我们国家已经研发的智能家居信息处理平台主要分为三种类型：一种是机顶盒技术，第二种是网络平台，第三种是软组合信息平台。以软组合方法和电器连到一起，它与机顶盒连到一起，就兼有第一类平台的功能；它集成了计算机，就有了第二种平台的功能。目前许多的企业以及研究单位也在考虑非智能家电的激活的可能性，如果可以实现，那么目前大量的家庭用户中使用的家用电器可以安装进入管理网络。
一般来说，智能家居环境监测在国内发展相对滞后，使的监控系统技术的研究是当务之急。
1.3?本课题研究的目的和意义
智能家居环境监测系统的发展并不理想。特别是没有统一的行为准则和认证产品严重影响了智能家居环境监测系统的推广和良好的发展。智能家居环境监测系统的发展为家庭的日常活动提供了很大的便利，减少了家庭的能源消耗。它既能节省大量的时间来合理安排自己的事，也能让人们在休息的适合了解家里的现状，让人们到哪都有家的感觉。但现在的重点放在空气的温度智能控制、家居安全以及室内空气成分的检测分析，使居民感到舒适的生活。
从这个角度出发，智能家居环境监测系统的研究有着重大的意义，对人们现状和未来的生活有着重大的作用。
2 系统的总体方案设计
2.1 系统需求分析
在国内自动化程度较高的家庭的调查发现，家庭安全报警是非常受欢迎的，这也是许多企业发展的方向。嵌入式处理器性能的提高，还提供了基于嵌入式家居智能系统发展的良好平台，使系统的开发与检测更加简单，方便了用户的使用。在。在软件方面，嵌入式软件越来越丰富，降低嵌入式系统开发的难度，嵌入式大企业的集中出现，使得很多嵌入式开发取得新进展。同时，智能家居的概念更清晰，智能技术得到长远发展，使开发人员可以得到很多先进材料。此次智能家居系统的设计，需要达成以下要求：
（1）任务要求
本课题是基于单片机的环境监测系统的硬件设计，具体电路包含：数据采集电路设计（温湿度传感器模块、燃气传感器模块和红外监测模块）；由单片机控制的电路设计；GPRS无线通信的研究；能够对智能家居环境=进行监测、远程无线报警和数据记录等功能。
图2.1 系统整体架构框图
3 系统硬件电路设计
本系统以STC89C52单片机为中心，组成一个集温湿度、烟雾及一氧化碳浓度的采集、处理、显示、自动报警为一身的智能家居环境监测系统，其系统硬件原理框图如图3.1所示。系统硬件电路由温湿度传感器、烟雾传感器、一氧化碳传感器、单片机、GPRS通信系统、液晶屏和蜂鸣器组成。
(3)在试验中，当信号电缆传送长度不止50m时，所测得到的温度数据将产生错误。当改变双绞线为双绞屏蔽电缆，通信距离可达到150m，可以用来延长通信距离。这种现象是由于母线分布电容对信号引起的波形畸变。
4.1.1单片机时钟电路的介绍
单片机时钟电路操控着整个系统的运行，是单片机的核心。
1 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2课题在国内外的研究现状 1
1.3?本课题研究的目的和意义 2
2 系统的总体方案设计 2
2.1 系统需求分析 2
2.2 系统设计的原则 3
2.3 系统总体架构设计 3
3 系统硬件电路设计 4
3.1 STC89C52单片机 4
3.2 DS18B20温度传感器 6
3.3 MQ- 2烟雾传感器 9
3.4 HS1101湿度传感器 10
3.5 MQ-7一氧化碳传感器 11
3.6 GPRS模块 11
4 智能家居 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
环境监测系统各模块分析 13
4.1 STC89C52模块 13
4.2 温度采集模块的实现 14
4.3 烟雾传感器模块的实现 15
4.4 湿度传感器模块的实现 15
4.5 一氧化碳传感器模块的实现 16
4.6 GPRS远程监测模块SIM900A 17
5 系统测试及各模块测试 18
5.1 系统仿真 18
5.2 系统测试 20
5.3 模块功能测试 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录1 26
附录2 27
附录3 28
1 绪论
随着社会的进步人们对家居环境的要求也愈来愈高，通讯技术、电子技术和自动化技术的日趋完善，家居智能化这一概念应运而生。智能家居环境监测系统作为家居智能化的重要环节，它是以住宅为平台，结合了传感器网络技术，实现了信息收集，处理和控制家居内部环境情况，实现了节能环保和提高了家庭生活质量。它不仅能为我们提供一个温暖、舒适、安全的生活环境，而且可以对家用环境进行监测，并发出警报。它与普通家居相比，智能家居为我们提供了一个温暖、幸福、安全以及高效的生活环境，简单的生活空间成为高智能生活帮手，优化我们的生活。
1.1课题的研究背景
随着计算机，通信，网络和传感器控制的快速发展，使人们的生活和生产方式变得信息化，自动化，智能化。智能家居的监测系统已经慢慢成为以后家居生活的发展方向。智能家居环境监测系统不但能给人们供给健康和舒适的生活环境，而且人们的家居状态和控制家庭电器设备得到了监控。由智能家居环境监测这一概念所涉及到的先进技术也开始在智能家居产品中得到广泛了传播与应用，而且网络通信技术在2000年以后全球快速发展的背景下，给现代社会家庭的生活也带来了全新的领悟。??
智能家居如今已成为了当代家庭在装修中不可被忽略的一环节，智能家居环境监测系统是其重要一部分。在可预见的未来一段时间内的电话还是人们交流信息设备的主流。因此如果想要实现智能家居的大力发展，有必要将此理念和现代所被人们广泛使用的通信设备（手机）相结合。
1.2课题在国内外的研究现状
智能家居环境监测系统目前在美国，德国，新加坡，日本和其他国家得到广泛使用。目前在美国智能家居占有较大市场的是X-10，销量已经超过1亿个，多数客户是单体别墅，部分用在了旧房改造，单单在美国就已经有400多万个家庭在使用。但这些产品技术的限制，不适合在我们国内的应用。
智能化系统在九十年代末进入中国，由于智能家居的研发技术和约束制度不完善，智能家居技术在中国仍处于初级阶段。经过十年的发展，智能家居系统将提高公众的家庭环境。我国的业内普遍将智能家居定义为，利用4 C技术，通过传输网络，把管理系统、物业与安防连接，使住宅的智能化手段得到提高[1]。
当前我们国家已经研发的智能家居信息处理平台主要分为三种类型：一种是机顶盒技术，第二种是网络平台，第三种是软组合信息平台。以软组合方法和电器连到一起，它与机顶盒连到一起，就兼有第一类平台的功能；它集成了计算机，就有了第二种平台的功能。目前许多的企业以及研究单位也在考虑非智能家电的激活的可能性，如果可以实现，那么目前大量的家庭用户中使用的家用电器可以安装进入管理网络。
一般来说，智能家居环境监测在国内发展相对滞后，使的监控系统技术的研究是当务之急。
1.3?本课题研究的目的和意义
智能家居环境监测系统的发展并不理想。特别是没有统一的行为准则和认证产品严重影响了智能家居环境监测系统的推广和良好的发展。智能家居环境监测系统的发展为家庭的日常活动提供了很大的便利，减少了家庭的能源消耗。它既能节省大量的时间来合理安排自己的事，也能让人们在休息的适合了解家里的现状，让人们到哪都有家的感觉。但现在的重点放在空气的温度智能控制、家居安全以及室内空气成分的检测分析，使居民感到舒适的生活。
从这个角度出发，智能家居环境监测系统的研究有着重大的意义，对人们现状和未来的生活有着重大的作用。
2 系统的总体方案设计
2.1 系统需求分析
在国内自动化程度较高的家庭的调查发现，家庭安全报警是非常受欢迎的，这也是许多企业发展的方向。嵌入式处理器性能的提高，还提供了基于嵌入式家居智能系统发展的良好平台，使系统的开发与检测更加简单，方便了用户的使用。在。在软件方面，嵌入式软件越来越丰富，降低嵌入式系统开发的难度，嵌入式大企业的集中出现，使得很多嵌入式开发取得新进展。同时，智能家居的概念更清晰，智能技术得到长远发展，使开发人员可以得到很多先进材料。此次智能家居系统的设计，需要达成以下要求：
（1）任务要求
本课题是基于单片机的环境监测系统的硬件设计，具体电路包含：数据采集电路设计（温湿度传感器模块、燃气传感器模块和红外监测模块）；由单片机控制的电路设计；GPRS无线通信的研究；能够对智能家居环境=进行监测、远程无线报警和数据记录等功能。
图2.1 系统整体架构框图
3 系统硬件电路设计
本系统以STC89C52单片机为中心，组成一个集温湿度、烟雾及一氧化碳浓度的采集、处理、显示、自动报警为一身的智能家居环境监测系统，其系统硬件原理框图如图3.1所示。系统硬件电路由温湿度传感器、烟雾传感器、一氧化碳传感器、单片机、GPRS通信系统、液晶屏和蜂鸣器组成。
(3)在试验中，当信号电缆传送长度不止50m时，所测得到的温度数据将产生错误。当改变双绞线为双绞屏蔽电缆，通信距离可达到150m，可以用来延长通信距离。这种现象是由于母线分布电容对信号引起的波形畸变。
4.1.1单片机时钟电路的介绍
单片机时钟电路操控着整个系统的运行，是单片机的核心。
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