智能家居环境感知节点设计
目 录
一、 绪论 1
（一）选题背景及意义 1
（二）国内外研究与发展现状 1
（三）课题主要工作 2
二、智能家居环境感知节点总体设计 3
（一）总体设计思路 3
（二）传感器模块选型 3
1、温度采集模块 3
2、湿度采集模块 3
3、照度采集模块 4
（三）单片机选型 4
（四）显示模块选型 4
（五）通信模块选型 4
三、家居环境感知节点硬件工作原理与设计 5
（一）家居环境感知节点硬件工作原理 5
（二）智能家居环境感知节点总体设计 5
（三）AT89C52主控电路设计 5
（四）数据采集电路设计 6
1. 温度采集模块 6
2. 湿度采集模块 7
3. 照度采集模块 7
（五）GSM通信模块电路设计 8
（六）最小系统模块电路设计 9
1. 晶振电路设计 9
2. 复位电路设计 9
3. 电源模块设计 10
四、智能家居环境感知节点程序设计 10
（一）程序概述 10
1. 功能需求 10
2. 开发平台 11
（二）各模块程序设计 11
1. 采集模块程序设计 12
2. GSM模块流程图 12
（三）系统调试分析 14
1. 代码编译 14
2. 软件调试仿真 14
五、总结与展望 15
（一）全文总结 15
致谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
16
参考文献 17
附录一 总原理图 18
附录二 源程序代码 19
一、 绪论
（一）选题背景与意义
由于我们的科技水平的不断提高，我们对生活的要求越来越高，希望对家居越来越方便，从而智能家居的发展影响着人们的生活。
智能家居是以我们住的环境为基础的，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、智能家居系统设计方案、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事物的管理系统，提升家居的安全性、便利性、舒适性、艺术性，让生活环境越来越好。然而随着智能家居的不断发展，问题也慢慢出现，而在传感器的使用方面，它的精度和价格的方面成为了智能家居发展的障碍之一。本设计是以家居中的温度、湿度、照度的测量为目的，通过传感器的对温度、湿度、照度的采集并转换成相应的数据，通过通信模块将数据传送到用户的手机上，让用户能准确的把握家具中的环境，从而使家居生活充满了便利、安全、舒适、艺术性。
（二）国内外研究与发展现状
智能家居环境感知节点是智能家居的核心之一。智能家居环境感知节点通过传感器对室内环境数据进行实时的采集，并将采集到的数据通过通信模块实时的发送给用户[3]，使得用户能够根据接收到的环境参数，控制相关的设备来改善室内环境等等。
智能家居起源于80年代中期的美国[1]，直到上世纪末才来到我国，但是我国已经有了一些发展，例如：2005年，彭海霞设计了一种基于LonWorks技术的智能家居网络节点系统[4]，Neuron芯片将数据输送给Lon网络，而Neuron芯片所来源的数据是由MC68HC705P9单片机得到，随后这种设计被否定的，因为这种设计的布线比较麻烦，而且这种设计没有考虑到成本的问题，这几点成为这种设计的最大障碍。再例如：2010年12月20日，姜永增设计的一种基于nRF24E1的智能家居无线传感器网络系统[5]。该家居环境感知节点系统使用了nRF24E1无线模块搭建智能家居无线传感器网络，通过传感器采集室内环境的数据，通过硬件设备对室内环境进行管理。这项设计成本低，功耗低，速度快，但是布线麻烦，设备的移动性差。2012年，徐海峰设计了一款基于ZigBee智能家居的低功耗节点系统[6]，该智能家居整体低以来ZigBee无线技术，该系统采集数据是依靠各个传感器该系统采集数据是依靠各个传感器收集的数据，该设计优点在于传感器的低功耗，能通过传感器控制室内的环境，但是该设计效率低，成本高，不适合普遍推广。
而国外的这方面的技术要比我们国家先进的多。例如：2005年7月，霍尼韦尔公司发布了新产品HS-5000智能家居平台[7]。通过这个平台可以控制家具中的任一设备。2011年4月25日，霍尼韦尔全新启用智能家居产品家族名MoMas(TM)，只需使用支持无线网的移动终端设备，通过在移动设备中点击软件来轻松控制家居中的设备的工作，非常方便。虽然非常方便也利于我们的生活，但是其成本很高，不能普及。
综上，国外技术相对成熟，但是我国的技术起步较晚，成列出的产品好坏不一，没有统一的生产标准，这成为我国再这方面的最大阻碍。
（三）课题主要工作
本课题设计了一种智能家居环境感知节点，整个设计包括硬件设计与程序设计两个部分组成。其中硬件部分由主控模块、传感器模块、显示模块、GSM通信模块、电源模块等组成。进行了电路的仿真,编写程序。主控芯片采用AT89S52，传感器模块采用DS18B20、DHT11、ADC0832与光敏电阻5506，GSM通信模块采用TC35。经过测试，整个设计实现了家居环境节点温湿度、照度的测量与显示，并通过通信模块将采集到的数据实时地发送到指定用户的手机上。
二、智能家居环境感知节点总体设计
（一）总体设计思路
本设计通过传感器对室内温度、湿度、照度的采集并转换成数据传送给指定的用户手机上。本设计首先是对传感器的选择方面，选择相应的温度、湿度、照度传感器，对它们的原理进行了解，最后进行模拟仿真，看所选用的能否实现功能。
（二）传感器模块选型
1、温度采集模块
对室内温度的采集是智能家居的重要的一项，而在智能家居的温度传感器的选择方面很重要，而比较常用的有DS18B20、AD592、LM35这些型号的传感器型号，
对比如上传感器DS18B20适应电压范围更宽：3.0v~5.5v，它有独特的单线接口方式，再与微处理器连接时仅需一条口线可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，连接方便，再测量温度范围方面也很广-55℃~+125℃[9]，在精确度方面在—10~+85℃时精度为±0.5℃，价格也比较低。通过传感器DS18B20对数据的采集再将数据传输给单片机，以达到采集温度的作用。
2、湿度采集模块
对室内湿度的采集也是智能家居的重要的一项，而在智能家居的湿度传感器的选择方面很重要，常用的有SHT11，DHT11等等[10]。
（三）单片机选型
单片机的种类多种多样，常用的有STC89C52与AT89S52[13]单片机。其中STC89C52程序通过串口下载，需要做一个MAX232[14] 电平转换。由于两个单片机很相似，学习过ISP下载，所以选择40引脚的AT89S52来做主控芯片。其中P0口用来于数码管的段选来驱动2个共阴数码管来测试程序的可行性。其余I/O口接各种传感器与无线模块。程序的烧制可以直接通过开发板的ISP下载线进行烧制。
一、 绪论 1
（一）选题背景及意义 1
（二）国内外研究与发展现状 1
（三）课题主要工作 2
二、智能家居环境感知节点总体设计 3
（一）总体设计思路 3
（二）传感器模块选型 3
1、温度采集模块 3
2、湿度采集模块 3
3、照度采集模块 4
（三）单片机选型 4
（四）显示模块选型 4
（五）通信模块选型 4
三、家居环境感知节点硬件工作原理与设计 5
（一）家居环境感知节点硬件工作原理 5
（二）智能家居环境感知节点总体设计 5
（三）AT89C52主控电路设计 5
（四）数据采集电路设计 6
1. 温度采集模块 6
2. 湿度采集模块 7
3. 照度采集模块 7
（五）GSM通信模块电路设计 8
（六）最小系统模块电路设计 9
1. 晶振电路设计 9
2. 复位电路设计 9
3. 电源模块设计 10
四、智能家居环境感知节点程序设计 10
（一）程序概述 10
1. 功能需求 10
2. 开发平台 11
（二）各模块程序设计 11
1. 采集模块程序设计 12
2. GSM模块流程图 12
（三）系统调试分析 14
1. 代码编译 14
2. 软件调试仿真 14
五、总结与展望 15
（一）全文总结 15
致谢 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
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参考文献 17
附录一 总原理图 18
附录二 源程序代码 19
一、 绪论
（一）选题背景与意义
由于我们的科技水平的不断提高，我们对生活的要求越来越高，希望对家居越来越方便，从而智能家居的发展影响着人们的生活。
智能家居是以我们住的环境为基础的，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、智能家居系统设计方案、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事物的管理系统，提升家居的安全性、便利性、舒适性、艺术性，让生活环境越来越好。然而随着智能家居的不断发展，问题也慢慢出现，而在传感器的使用方面，它的精度和价格的方面成为了智能家居发展的障碍之一。本设计是以家居中的温度、湿度、照度的测量为目的，通过传感器的对温度、湿度、照度的采集并转换成相应的数据，通过通信模块将数据传送到用户的手机上，让用户能准确的把握家具中的环境，从而使家居生活充满了便利、安全、舒适、艺术性。
（二）国内外研究与发展现状
智能家居环境感知节点是智能家居的核心之一。智能家居环境感知节点通过传感器对室内环境数据进行实时的采集，并将采集到的数据通过通信模块实时的发送给用户[3]，使得用户能够根据接收到的环境参数，控制相关的设备来改善室内环境等等。
智能家居起源于80年代中期的美国[1]，直到上世纪末才来到我国，但是我国已经有了一些发展，例如：2005年，彭海霞设计了一种基于LonWorks技术的智能家居网络节点系统[4]，Neuron芯片将数据输送给Lon网络，而Neuron芯片所来源的数据是由MC68HC705P9单片机得到，随后这种设计被否定的，因为这种设计的布线比较麻烦，而且这种设计没有考虑到成本的问题，这几点成为这种设计的最大障碍。再例如：2010年12月20日，姜永增设计的一种基于nRF24E1的智能家居无线传感器网络系统[5]。该家居环境感知节点系统使用了nRF24E1无线模块搭建智能家居无线传感器网络，通过传感器采集室内环境的数据，通过硬件设备对室内环境进行管理。这项设计成本低，功耗低，速度快，但是布线麻烦，设备的移动性差。2012年，徐海峰设计了一款基于ZigBee智能家居的低功耗节点系统[6]，该智能家居整体低以来ZigBee无线技术，该系统采集数据是依靠各个传感器该系统采集数据是依靠各个传感器收集的数据，该设计优点在于传感器的低功耗，能通过传感器控制室内的环境，但是该设计效率低，成本高，不适合普遍推广。
而国外的这方面的技术要比我们国家先进的多。例如：2005年7月，霍尼韦尔公司发布了新产品HS-5000智能家居平台[7]。通过这个平台可以控制家具中的任一设备。2011年4月25日，霍尼韦尔全新启用智能家居产品家族名MoMas(TM)，只需使用支持无线网的移动终端设备，通过在移动设备中点击软件来轻松控制家居中的设备的工作，非常方便。虽然非常方便也利于我们的生活，但是其成本很高，不能普及。
综上，国外技术相对成熟，但是我国的技术起步较晚，成列出的产品好坏不一，没有统一的生产标准，这成为我国再这方面的最大阻碍。
（三）课题主要工作
本课题设计了一种智能家居环境感知节点，整个设计包括硬件设计与程序设计两个部分组成。其中硬件部分由主控模块、传感器模块、显示模块、GSM通信模块、电源模块等组成。进行了电路的仿真,编写程序。主控芯片采用AT89S52，传感器模块采用DS18B20、DHT11、ADC0832与光敏电阻5506，GSM通信模块采用TC35。经过测试，整个设计实现了家居环境节点温湿度、照度的测量与显示，并通过通信模块将采集到的数据实时地发送到指定用户的手机上。
二、智能家居环境感知节点总体设计
（一）总体设计思路
本设计通过传感器对室内温度、湿度、照度的采集并转换成数据传送给指定的用户手机上。本设计首先是对传感器的选择方面，选择相应的温度、湿度、照度传感器，对它们的原理进行了解，最后进行模拟仿真，看所选用的能否实现功能。
（二）传感器模块选型
1、温度采集模块
对室内温度的采集是智能家居的重要的一项，而在智能家居的温度传感器的选择方面很重要，而比较常用的有DS18B20、AD592、LM35这些型号的传感器型号，
对比如上传感器DS18B20适应电压范围更宽：3.0v~5.5v，它有独特的单线接口方式，再与微处理器连接时仅需一条口线可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，连接方便，再测量温度范围方面也很广-55℃~+125℃[9]，在精确度方面在—10~+85℃时精度为±0.5℃，价格也比较低。通过传感器DS18B20对数据的采集再将数据传输给单片机，以达到采集温度的作用。
2、湿度采集模块
对室内湿度的采集也是智能家居的重要的一项，而在智能家居的湿度传感器的选择方面很重要，常用的有SHT11，DHT11等等[10]。
（三）单片机选型
单片机的种类多种多样，常用的有STC89C52与AT89S52[13]单片机。其中STC89C52程序通过串口下载，需要做一个MAX232[14] 电平转换。由于两个单片机很相似，学习过ISP下载，所以选择40引脚的AT89S52来做主控芯片。其中P0口用来于数码管的段选来驱动2个共阴数码管来测试程序的可行性。其余I/O口接各种传感器与无线模块。程序的烧制可以直接通过开发板的ISP下载线进行烧制。
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