单片机的智能家居监控系统的设计
摘 要随着人们物质生活水平的提高，越来越多的住宅在装修时对配套的智能家居监控系统提出了要求。本文以单片机为核心控制器件，结合温湿度传感器及烟雾传感器完成了一款智能家居监控系统的设计。整个系统主要包括单片机最小系统、LCD显示电路、按键电路、温湿度检测电路、烟雾检测电路、声光报警电路。经仿真测试验证，系统能够通过检测烟雾及温湿度度综合值来控制报警，还可以利用按键设定上限值后即可让系统实现自动监控。整个设计具有功能明确、成本低、实用性强的优势，有一定实用价值和推广意义。
目 录
一 引言 1
（一） 智能家居监控系统的背景及意义 2
二 智能家居监控系统硬件设计 5
（一）智能家居监控系统结构图 5
（二）元器件选择 5
（三）模块电路设计 7
三 智能家居监控系统软件设计 15
（一） 软件设计思路 15
（二） 软件子模块流程 17
四 仿真调试 29
（一） 仿真软件介绍 31
（二）仿真现象 32
五 总结 34
致 谢 34
参考文献 35
附录 36
附录一 电路图 25
附录二 源程序 26
一 引言
（一）智能家居监控系统的背景及意义
调研显示，人们财产和生命的威胁主要来自火灾。根据消防部门发布的火灾调查报告，许多火灾如果能被及时的发现，是完全可以被避免的。
如今社会的科技水平正在不断的飞速发展，微处理器和传感器结合应用的技术已经非常成熟，人们就开始想如果在家中能够安装一个智能的家居监控装置，能够检测家中环境的烟雾浓度和温湿度，使用按键对报警阀值进行设定，假如传感器检测环境中的温湿度及烟雾浓度值超过了按键设定的报警阀值，那么系统将控制蜂鸣器及LED报警，提示家中人注意及时处理，如果家中没有人，外面的人也能够通过报警信息通知对应家人，极大的减少家中损失。可见，如果能设计一款具有智能家居监控作用的实用系统，必定会受到人们的欢迎。
目前市场上使用的智能家居系统多数采用ARM
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
处理器，通过外部一些传感器及GPS技术结合监控家庭综合情况。也有一部分使用51单片机作为控制核心，通常应用在检测一些温湿度及烟雾浓度类的监控系统上，由于监控范围及要求比较低，因此仅仅使用51单片机即可。而采用ARM处理器的一些监控系统通常都是联网监控，并且监控的范围及要求都是非常高的，对于一般家庭而言可能存在成本较高的问题。故本次设计拟采用单片机来完成智能家居监控系统的设计
二 智能家居监控系统硬件设计
（一）智能家居监控系统结构图
系统将单片机STC89C52作为核心，设计电路主要由单片机最小系统和烟雾检测电路、温湿度检测电路、按键电路、声光报警电路、LCD显示电路构成。单片机最小系统是通过复位电路、晶振电路和电源电路以及单片机构成。在系统框图中单片机放在中心位置说明它是控制的核心部件。如图1：
图1 系统结构图
烟雾传感器和温湿度传感器对环境烟雾浓度及温湿度的采集，将采集的数据通过STC89C51单片机进行处理，单片机将处理好的数据通过LCD1602进行显示，如果检测值超过预设值将控制声光报警电路报警。若要使单片机正常稳定的工作就必须要保证最小系统正常运行。晶振电路提供单片机工作的时钟，当系统处于死机或瘫痪状态的时候可以使用复位电路进行重启，电源电路为整个系统提供工作电压。
（二）元器件选择
1. 烟雾传感器
烟雾传感器有很多种，根据电路需要我们选择了MQ2烟雾传感器，此传感器可以检测烟雾浓度，由于烟雾浓度信号非常微弱，所以MQ2模块还加入了一个信号放大电路，将检测的烟雾浓度进行放大。烟雾传感器预留给我们使用的管脚有4个，有2个是电源管脚，还有1个是数字信号输出管脚和1个模拟信号管脚。数字信号输出管脚方便与一些简单的烟雾检测报警应用，它是内部检测一个烟雾浓度值，超限后就会在数字信号输出口输出一个低电平。而模拟信号管脚输出的是烟雾检测的浓度，浓度越大输出的模拟电压越大。因此在将信号传送到单片机时要进行数字转换。其具体模型如图2：
图2 烟雾传感器图
2. STC89C52单片机
单片机的英文缩写是MCU，也叫做单片微处理器。通俗的讲就是说，一块单片机就相当于一台电脑的处理器。如果在单片机的外围加上输入输出接口那就相当于一台简单的电脑了。因此它的功能是非常强大的，芯片内部含有4K字节大小的程序存储器Flash和256字节的静态RAM，整个芯片提供给我们使用的有32个IO口，分别是P0P1P2P3口。内部还具有2个定时器，它们是16位的。在单片机P3管脚还有第二功能，其中有2个IO口具有外部中断功能和串口通信功能。芯片正常工作电压是在3.3V到5.5V之间，通常使用5V电源系统进行供电。单片机的外部中断触发，可以使用低电平触发，也可以使用下降沿触发。芯片的串口通信接口直接可以和单片机进行通信，如果需要和电脑串口通信的话需要使用一个电平转换芯片，因为电脑串口电压是12V，所以通常使用一个MAX232芯片进行转换。芯片工作频率可以在0到40Mhz下运行，最高工作频率可以达到48Mhz，超过这个频率运行可能会出现干扰。我们选择的单片机封装采用的是插件封装，也就是DIP封装，单片机插件封装的管脚图如图3：
图3 STC89C52芯片图
3. ADC0832芯片
ADC0832它是一个8位的模数转换集成芯片，能将模拟量转换成为数字量，其电流输出的稳定时间为150ns,驱动电压是±5V,33mW。ADC0832还能直接和TTL,DTL和CMOS逻辑电平相兼容。其对应的管脚芯片如图4a，管脚介绍如图4b所示：
图4a ADC0832管脚功能图
图4b ADC0832管脚介绍表
4. LCD1602液晶屏
液晶显示器LCD1602一般是用在显示字符数字上，由于其能显示2行，每一行只能显示16个字符，因此也叫做1602。LCD1602内部含有许多个RAM，我们使用到的是40个。因此如果需要在第一行显示的话，我们需要在其第一行地址写入数据，对应的第一行首个地址是0x80，由于一行只能显示16个字符，因此第一个最后一个地址是0x8f。同样的第二行首个地址是0x80+0x40,最后一个地址是0x8f+0x40。LCD1602具有8位数据口，通过3个控制管脚进行通信。其通讯时序采用6800方式。其具体的图形如图5：
目 录
一 引言 1
（一） 智能家居监控系统的背景及意义 2
二 智能家居监控系统硬件设计 5
（一）智能家居监控系统结构图 5
（二）元器件选择 5
（三）模块电路设计 7
三 智能家居监控系统软件设计 15
（一） 软件设计思路 15
（二） 软件子模块流程 17
四 仿真调试 29
（一） 仿真软件介绍 31
（二）仿真现象 32
五 总结 34
致 谢 34
参考文献 35
附录 36
附录一 电路图 25
附录二 源程序 26
一 引言
（一）智能家居监控系统的背景及意义
调研显示，人们财产和生命的威胁主要来自火灾。根据消防部门发布的火灾调查报告，许多火灾如果能被及时的发现，是完全可以被避免的。
如今社会的科技水平正在不断的飞速发展，微处理器和传感器结合应用的技术已经非常成熟，人们就开始想如果在家中能够安装一个智能的家居监控装置，能够检测家中环境的烟雾浓度和温湿度，使用按键对报警阀值进行设定，假如传感器检测环境中的温湿度及烟雾浓度值超过了按键设定的报警阀值，那么系统将控制蜂鸣器及LED报警，提示家中人注意及时处理，如果家中没有人，外面的人也能够通过报警信息通知对应家人，极大的减少家中损失。可见，如果能设计一款具有智能家居监控作用的实用系统，必定会受到人们的欢迎。
目前市场上使用的智能家居系统多数采用ARM
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
处理器，通过外部一些传感器及GPS技术结合监控家庭综合情况。也有一部分使用51单片机作为控制核心，通常应用在检测一些温湿度及烟雾浓度类的监控系统上，由于监控范围及要求比较低，因此仅仅使用51单片机即可。而采用ARM处理器的一些监控系统通常都是联网监控，并且监控的范围及要求都是非常高的，对于一般家庭而言可能存在成本较高的问题。故本次设计拟采用单片机来完成智能家居监控系统的设计
二 智能家居监控系统硬件设计
（一）智能家居监控系统结构图
系统将单片机STC89C52作为核心，设计电路主要由单片机最小系统和烟雾检测电路、温湿度检测电路、按键电路、声光报警电路、LCD显示电路构成。单片机最小系统是通过复位电路、晶振电路和电源电路以及单片机构成。在系统框图中单片机放在中心位置说明它是控制的核心部件。如图1：
图1 系统结构图
烟雾传感器和温湿度传感器对环境烟雾浓度及温湿度的采集，将采集的数据通过STC89C51单片机进行处理，单片机将处理好的数据通过LCD1602进行显示，如果检测值超过预设值将控制声光报警电路报警。若要使单片机正常稳定的工作就必须要保证最小系统正常运行。晶振电路提供单片机工作的时钟，当系统处于死机或瘫痪状态的时候可以使用复位电路进行重启，电源电路为整个系统提供工作电压。
（二）元器件选择
1. 烟雾传感器
烟雾传感器有很多种，根据电路需要我们选择了MQ2烟雾传感器，此传感器可以检测烟雾浓度，由于烟雾浓度信号非常微弱，所以MQ2模块还加入了一个信号放大电路，将检测的烟雾浓度进行放大。烟雾传感器预留给我们使用的管脚有4个，有2个是电源管脚，还有1个是数字信号输出管脚和1个模拟信号管脚。数字信号输出管脚方便与一些简单的烟雾检测报警应用，它是内部检测一个烟雾浓度值，超限后就会在数字信号输出口输出一个低电平。而模拟信号管脚输出的是烟雾检测的浓度，浓度越大输出的模拟电压越大。因此在将信号传送到单片机时要进行数字转换。其具体模型如图2：
图2 烟雾传感器图
2. STC89C52单片机
单片机的英文缩写是MCU，也叫做单片微处理器。通俗的讲就是说，一块单片机就相当于一台电脑的处理器。如果在单片机的外围加上输入输出接口那就相当于一台简单的电脑了。因此它的功能是非常强大的，芯片内部含有4K字节大小的程序存储器Flash和256字节的静态RAM，整个芯片提供给我们使用的有32个IO口，分别是P0P1P2P3口。内部还具有2个定时器，它们是16位的。在单片机P3管脚还有第二功能，其中有2个IO口具有外部中断功能和串口通信功能。芯片正常工作电压是在3.3V到5.5V之间，通常使用5V电源系统进行供电。单片机的外部中断触发，可以使用低电平触发，也可以使用下降沿触发。芯片的串口通信接口直接可以和单片机进行通信，如果需要和电脑串口通信的话需要使用一个电平转换芯片，因为电脑串口电压是12V，所以通常使用一个MAX232芯片进行转换。芯片工作频率可以在0到40Mhz下运行，最高工作频率可以达到48Mhz，超过这个频率运行可能会出现干扰。我们选择的单片机封装采用的是插件封装，也就是DIP封装，单片机插件封装的管脚图如图3：
图3 STC89C52芯片图
3. ADC0832芯片
ADC0832它是一个8位的模数转换集成芯片，能将模拟量转换成为数字量，其电流输出的稳定时间为150ns,驱动电压是±5V,33mW。ADC0832还能直接和TTL,DTL和CMOS逻辑电平相兼容。其对应的管脚芯片如图4a，管脚介绍如图4b所示：
图4a ADC0832管脚功能图
图4b ADC0832管脚介绍表
4. LCD1602液晶屏
液晶显示器LCD1602一般是用在显示字符数字上，由于其能显示2行，每一行只能显示16个字符，因此也叫做1602。LCD1602内部含有许多个RAM，我们使用到的是40个。因此如果需要在第一行显示的话，我们需要在其第一行地址写入数据，对应的第一行首个地址是0x80，由于一行只能显示16个字符，因此第一个最后一个地址是0x8f。同样的第二行首个地址是0x80+0x40,最后一个地址是0x8f+0x40。LCD1602具有8位数据口，通过3个控制管脚进行通信。其通讯时序采用6800方式。其具体的图形如图5：
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