单片机的智能家居控制系统的设计
摘 要本文主要介绍了一款采用STC12C5A60S2单片机作为主控核心的智能家居控制系统，并将GSM模块植入到系统中，通过短信方式将火灾以及盗窃报警信号发送给用户手机。采用了C51单片机作为这款设计的主控芯片，它主要负责相关信号的采集和对一些模块的驱动。而本款设计的主要传感器则选择了HC-SR501型热释电红外传感器，它是本系统的核心，主要实现对人体红外信号的捕捉和相关电平输出；而报警电路则采用了以蜂鸣器和LED灯为基础的声光报警电路，这种报警电路不仅性能好，并且成本很低，是推广的首选。实现了这款智能化程度较高的报警器，经过多次性能上的测试，这款设计都表现出了优良的性能，具有高灵敏性、操作简便性、触发快速性以及低功耗性。
目 录
一、 引言 6
（一） 家电远程控制系统的发展背景 6
（二） 家电远程控制的国内外发展现状 6
（三） 本文主要研究内容 7
二、 方案选择及元器件介绍 8
（一） STC12C5A60S2型51单片机 8
（二） LCD1602字符点阵型液晶显示器 8
（三） DS1302时钟芯片介绍 9
（四） MQ2烟雾传感器介绍 10
（五） 人体红外检测传感器介绍 10
（六） DS18B20温度传感器介绍 11
（七） SIM900A型GSM模块介绍 12
三、 硬件系统设计 13
（一） 硬件结构框图设计 13
（二） STC12C5A60S2最小系统设计 13
（三） LCD1602液晶屏与单片机电路设计 14
（四） DS1302芯片及外围电路设计 15
（五） MQ2烟雾传感器电路设计 16
（六） 人体检测模块电路设计 16
（七） DS18B20温度传感器电路设计 17
（八） SIM900A与单片机的电路设计 17
四、 软件系统设计 19
（一） 主程序流程设计 19
（二） 显示器的工作流程设计 20
（三） DS1302工作流程图设计 21
（四）
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MQ2烟雾传感器的火灾报警流程设计 22
（五） 人体检测模块工作流程设计 23
（六） DS18B20测温流程设计 24
五、 系统仿真 25
总结 29
致谢 30
参考文献 31
附录一 原理图 32
附录二 PCB图 33
附录三 元件列表 34
附录四 程序 35
引言
家电远程控制系统的发展背景
家电远程控制智能化系统的概念起源于上世纪70年代的美国，随后，传播到欧洲、日本等国并且得到了很好的发展。在我国，智能家电远程控制这一概念推广较晚，约在90年代末家电智能化系统才得以进入国内，但发展速度惊人，至今已存在相当数量的智能化小区及住宅。?
所谓智能家电是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物。它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。家电智能化系统将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器以及家庭保安装置通过有线或无线的方式连接起来，并进行集中或异地的监控、管理，保持家庭住宅环境的舒适、协调。与普通的家电相比，智能家电不仅具备传统的居住功能，提供舒适温馨，高效安全的高品位生活环境，还将一个被动静止的居住环境提升为一个有一定智慧协助能力的体贴的生活帮手，进一步优化住户的生活质量。?
家电控制远程化是现代社会最热门的话题之一，它的目标是通过网络等信息通信技术手段实现对家电电器等的智能控制，使其能够给人们提供生活便利，让人们拥有一个舒适温馨的家电生活环境。目前，已经有越来越多的机构和个人开始了对智能家电的研究?。?
随着信息技术的发展，家电远程化控制系统的发展越来越成熟，它可提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全，因此本文以智能家电作为主题，提出了以双音多频解码通信的方式来进行家电的远程控制系统。
家电远程控制的国内外发展现状
目前国际上对于家电远程控制系统的研究和开发正处于如火如荼的状态，各种新型的家电远程控制系统正在不断地投入到生产和人们的家居生活中，目前国外最著名并且技术最为成熟的当属美国的X10家庭自动化系统，X10目前已经在欧美国家成为一种标准协议，它主要的功能是通过一条通信协议能够将家庭中的所有电器进行集中管理，通过远程的信息交互，比如几乎人手一个的手机或者汽车，就可以直接实现对家中空调、电视以及窗帘等的开关，为人们的家居生活添加了极大的舒适性和方便性。而在国内，许多著名的电器企业也在不断地加大对智能家居的开发和研制，比如海尔电器以及美的电器，目前都已经研制出了通过GSM通信协议就能遥控空调或者电视的方案。
本文主要研究内容
本文以“基于单片机的智能家居控制系统”为研究课题，设计了一款能够通过实现火警、盗窃报警信号通过短信发送到用户手机的功能，并且能够实现室内的温度测量、时钟显示等功能，本文第一部分，主要对智能家居的发展背景和国内外发展现状进行了描述，第二部分对系统的设计方案以及元器件进行了选择和介绍，第三部分对硬件系统进行了设计，第四部分主要对软件系统进行了设计。
方案选择及元器件介绍
STC12C5A60S2型51单片机
上文已经介绍到选择台湾宏晶公司推出的STC12C5A60S2单片机作为主控核心所能带来的便利，本段将对该款单片机做详细描述。STC12C5A60S2单片机是宏晶公司在多年前根据美国ATMEL公司的AT89C51单片机的内部结构，升级换代而来的，它在AT89C51单片机的基础上优化了芯片的内部结构，将其不稳定因素降到最低，因此STC12C5A60S2的主频能够上升到33M，当芯片在33M晶振下工作时，仍然能有条不紊的处理指令而不出错。另外宏晶在该芯片内部加入了一个电源管理模块，使得STC12C5A60S2能够在低至3.3V的情况下正常工作，STC12C5A60S2单片机目前只有一种40管脚直插的DIP—40封装，因此使用起来非常方便，下图21为STC12C5A60S2单片机。
图21 STC12C5A60S2单片机
STC12C5A60S2单片机内部的资源沿用AT89C51单片机，集成了两个具有三种计数模式的16位高精度定时器T0和T1（具有定时中断功能）、一个高速数据通信速率的异步串口模块UART、两个外部触发中断管脚EX0和EX1（可配置为上升沿触发、下降沿触发或者上升沿下降沿同时触发）以及32个GPIO管脚。STC12C5A60S2单片机的P0口八个管脚具有很高的灌电流能力，其内部没有集成上拉电阻，因此没有输出电流的能力；而另外三个口P1、P2和P3的24个管脚内部都集成了一个10K的上拉电阻，因此其输出电流能力很强，但是几乎没有灌电流能力。另外P3口中的P3.0、P3.1、P3.2以及P3.3四个管脚为复用管脚，其中P3.0和P3.1为异步串口的数据发送（TXD）和数据接收（RXD）管脚，P3.2和P3.3为外部中断管脚EX0和EX1。
目 录
一、 引言 6
（一） 家电远程控制系统的发展背景 6
（二） 家电远程控制的国内外发展现状 6
（三） 本文主要研究内容 7
二、 方案选择及元器件介绍 8
（一） STC12C5A60S2型51单片机 8
（二） LCD1602字符点阵型液晶显示器 8
（三） DS1302时钟芯片介绍 9
（四） MQ2烟雾传感器介绍 10
（五） 人体红外检测传感器介绍 10
（六） DS18B20温度传感器介绍 11
（七） SIM900A型GSM模块介绍 12
三、 硬件系统设计 13
（一） 硬件结构框图设计 13
（二） STC12C5A60S2最小系统设计 13
（三） LCD1602液晶屏与单片机电路设计 14
（四） DS1302芯片及外围电路设计 15
（五） MQ2烟雾传感器电路设计 16
（六） 人体检测模块电路设计 16
（七） DS18B20温度传感器电路设计 17
（八） SIM900A与单片机的电路设计 17
四、 软件系统设计 19
（一） 主程序流程设计 19
（二） 显示器的工作流程设计 20
（三） DS1302工作流程图设计 21
（四）
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
MQ2烟雾传感器的火灾报警流程设计 22
（五） 人体检测模块工作流程设计 23
（六） DS18B20测温流程设计 24
五、 系统仿真 25
总结 29
致谢 30
参考文献 31
附录一 原理图 32
附录二 PCB图 33
附录三 元件列表 34
附录四 程序 35
引言
家电远程控制系统的发展背景
家电远程控制智能化系统的概念起源于上世纪70年代的美国，随后，传播到欧洲、日本等国并且得到了很好的发展。在我国，智能家电远程控制这一概念推广较晚，约在90年代末家电智能化系统才得以进入国内，但发展速度惊人，至今已存在相当数量的智能化小区及住宅。?
所谓智能家电是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物。它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。家电智能化系统将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器以及家庭保安装置通过有线或无线的方式连接起来，并进行集中或异地的监控、管理，保持家庭住宅环境的舒适、协调。与普通的家电相比，智能家电不仅具备传统的居住功能，提供舒适温馨，高效安全的高品位生活环境，还将一个被动静止的居住环境提升为一个有一定智慧协助能力的体贴的生活帮手，进一步优化住户的生活质量。?
家电控制远程化是现代社会最热门的话题之一，它的目标是通过网络等信息通信技术手段实现对家电电器等的智能控制，使其能够给人们提供生活便利，让人们拥有一个舒适温馨的家电生活环境。目前，已经有越来越多的机构和个人开始了对智能家电的研究?。?
随着信息技术的发展，家电远程化控制系统的发展越来越成熟，它可提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全，因此本文以智能家电作为主题，提出了以双音多频解码通信的方式来进行家电的远程控制系统。
家电远程控制的国内外发展现状
目前国际上对于家电远程控制系统的研究和开发正处于如火如荼的状态，各种新型的家电远程控制系统正在不断地投入到生产和人们的家居生活中，目前国外最著名并且技术最为成熟的当属美国的X10家庭自动化系统，X10目前已经在欧美国家成为一种标准协议，它主要的功能是通过一条通信协议能够将家庭中的所有电器进行集中管理，通过远程的信息交互，比如几乎人手一个的手机或者汽车，就可以直接实现对家中空调、电视以及窗帘等的开关，为人们的家居生活添加了极大的舒适性和方便性。而在国内，许多著名的电器企业也在不断地加大对智能家居的开发和研制，比如海尔电器以及美的电器，目前都已经研制出了通过GSM通信协议就能遥控空调或者电视的方案。
本文主要研究内容
本文以“基于单片机的智能家居控制系统”为研究课题，设计了一款能够通过实现火警、盗窃报警信号通过短信发送到用户手机的功能，并且能够实现室内的温度测量、时钟显示等功能，本文第一部分，主要对智能家居的发展背景和国内外发展现状进行了描述，第二部分对系统的设计方案以及元器件进行了选择和介绍，第三部分对硬件系统进行了设计，第四部分主要对软件系统进行了设计。
方案选择及元器件介绍
STC12C5A60S2型51单片机
上文已经介绍到选择台湾宏晶公司推出的STC12C5A60S2单片机作为主控核心所能带来的便利，本段将对该款单片机做详细描述。STC12C5A60S2单片机是宏晶公司在多年前根据美国ATMEL公司的AT89C51单片机的内部结构，升级换代而来的，它在AT89C51单片机的基础上优化了芯片的内部结构，将其不稳定因素降到最低，因此STC12C5A60S2的主频能够上升到33M，当芯片在33M晶振下工作时，仍然能有条不紊的处理指令而不出错。另外宏晶在该芯片内部加入了一个电源管理模块，使得STC12C5A60S2能够在低至3.3V的情况下正常工作，STC12C5A60S2单片机目前只有一种40管脚直插的DIP—40封装，因此使用起来非常方便，下图21为STC12C5A60S2单片机。
图21 STC12C5A60S2单片机
STC12C5A60S2单片机内部的资源沿用AT89C51单片机，集成了两个具有三种计数模式的16位高精度定时器T0和T1（具有定时中断功能）、一个高速数据通信速率的异步串口模块UART、两个外部触发中断管脚EX0和EX1（可配置为上升沿触发、下降沿触发或者上升沿下降沿同时触发）以及32个GPIO管脚。STC12C5A60S2单片机的P0口八个管脚具有很高的灌电流能力，其内部没有集成上拉电阻，因此没有输出电流的能力；而另外三个口P1、P2和P3的24个管脚内部都集成了一个10K的上拉电阻，因此其输出电流能力很强，但是几乎没有灌电流能力。另外P3口中的P3.0、P3.1、P3.2以及P3.3四个管脚为复用管脚，其中P3.0和P3.1为异步串口的数据发送（TXD）和数据接收（RXD）管脚，P3.2和P3.3为外部中断管脚EX0和EX1。
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