智能家居环境监测系统的设计与调试(附件)【字数：7238】
随着我国社会主义现代化建设的快速发展和城市化进程的加快，信息化技术已经渗透到各行各业，智能家居的相关技术发展十分迅速。本系统主要包括主控芯片和各个传感器模块的集成与设计。ATMEGA328P 微处理器作为主控芯片和甲醛传感器、一氧化碳气体传感器、温湿度传感器、光传感器组成了本系统的监测模块。同时增加了 LCD12864 显示模块和异常数据报警模块完善了整个设计。本系统可以实现实时监测家居环境中的甲醛气体浓度，一氧化碳气体浓度，温度、湿度、光线强度，同时将数据实时显示到 LCD1602 模组上。当主控芯片监测到环境中的数据有异常时就会驱动报警电路工作，为人们提供了全方位的家居环境监测系统，有效地提升了人们的生活品质和幸福感。
目录
一、绪论 1
(一)课题的背景与意义 1
(二)设计的主要工作 1
二、方案选择 1
(一) 设计要求 1
(二) 方案选择 2
三、硬件设计 3
(一)主控芯片 3
(二)显示模组 4
(三)甲醛传感器 4
(四)MQ7一氧化碳气体传感器 5
(五) DHT11 高精度数字温湿度传感器 6
(六) BH1750 高精度数字环境光传感器 6
(七) 报警电路 7
四、软件设计 8
(一)主程序设计 8
(二) 甲醛传感器 9
(三) 一氧化碳气体传感器 10
(四) 温湿度传感器 11
(五)光强度传感器 12
(六)显示模块 13
五、仿真与调试 13
（一）DHT11温湿度检测调试 14
（二）ZE08甲醛检测调试 15
（三）MQ—7一氧化碳检测调试 15
（四）设计整体调试 16
（五） 设计程序编写 17
通过调试后，编写代码，在Proteus的ISIS中添加编写好的程序如下： 17
总 结 18
致 谢 19
参考文献 20
一、绪论
(一)课题的背景与意义 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
智能家居的概念在 20 世纪 70 年代末诞生于美国，发展于全球。随着我国社会的经济和科学技术的发展，信息化技术的应用也逐渐走进了千家万户。智能家居的概念在我国方兴未艾，逐渐升温，而且得到了国家政策的导向和支持，满足中国制造 2025 的方向，智能家居的发展可以有效提升国家的科技竞争力。智能家居是结合建筑技术、通信技术、计算机技术和自动控制技术等各方面的先进科学技术相互融合、合理集成为最优化的整体，具有工程投资合理、设备高度自动化、信息管理科学、服务高效优质、使用灵活方便和环境安全舒适等特点，能够适应信息化社会发展，具有强大的生命力和旺盛的发展势头。智能家居不仅为家居行业带来了强大的发展空间和技术革命，而且也已经成为新的经济增长点和衡量一个国家经济、技术发展水平的重要标志。
传统的智能家居往往都注重于家中各种电器的控制，但是由于市面上的家庭电器品种繁多，并且不同品牌的家庭电器执行的标准都大不相同，所以增加了家庭电器的控制难度。也很难有一个品牌同时有各种家庭电器。同时传统的智能家居系统都不重视家居环境数据的监测。本设计摒弃了智能家居电器控制方向，主要实现家居环境数据的实时监测，为人们提供了全方位的家居环境监测系统。在不久的将来，随着计算机和信息化的普及，用于家庭的智能家居环境监测系统将会得到普及，也会产生一个巨大的市场推动社会和智能家居的长足发展。
(二)设计的主要工作
智能家居环境监测系统由底层硬件和软件程序两大部分组成；底层的硬件部分包括主控芯片模组，传感器数据采集模块，数据显示模块，异常数据报警模块。软件程序主要包括，主控模块的数据处理程序，各个传感器模块的驱动程序，显示模块驱动程序，报警模块驱动程序。主控芯片模组用于驱动各个传感器模块，并且实时接收和处理各个传感器模块传给主控芯片模组的数据，同时将数据发送给显示模块。传感器数据采集模块由甲醛传感器、MQ7 一氧化碳气体传感器、DHT22 高精度数字温湿度传感器、BH1750 高精度数字环境光传感器组成，用于实时感知环境中的甲醛浓度、一氧化碳浓度、温湿度、光强度。显示模组由 OLED1602 组成，用于实时处理和显示主控芯片传输过来的传感器数据。
二、方案选择
(一) 设计要求
智能家居环境监测系统已实现主要功能作为导向，要具备系统的实时性，并且要保证传感器数据的准确性与精确度。所以需要保证数据的实时刷新传感器的采样速率为每 100ms 一次，显示模块数据刷新为 300ms 一次。温度，湿度，光强度精确到 0.1，一氧化碳浓度、甲醛浓度精确到 0.01。
为了保证数据的准确性；不仅需要加强硬件设计，同时还需要对采样数据进行处理，每采样 3 次取一次平均数，这样可以有效减少误差，再将数据传递给显示模块。
(二) 方案选择
1.基于单片机的智能家居环境监测系统
单片机就是在一片硅片上集成了微处理器、存储器及各种输入/输出接口的芯片，这样一块芯片就有了计算机的属性，因此被称为单片微型计算机，简称单片机。常见的单片机有 STM80C51 系列、STM32 系列等等。单片机开发的优点有：可靠性好、性价比高、功耗较低、并且支持多种指令控制，能力更强、数据处理能力也比较完善。但是单片机开发也有其缺点，单片机开发用的是 C 语言，C 语言是面向其过程的语言，并且需要有较好的硬件基础，这对于初学者的入门门槛比较高。同时单片机需要为每个传感器模块单独开发驱动程序，这样会导致整个系统开发周期增强。根据本设计综合考虑放弃该方案。
2.基于 Arduino 的智能家居环境监测系统
Arduino是一款软件和硬件都开源的一款单片机开发平台，我们可以采用各种式样Arduino驱动各种模块类型的传感器，LCD，直流电机 Arduino 基于强大的社区支持以及开源支持，我们不需要在重复开发各个传感器的驱动，可以减少大部分的开发成本。Arduino 的性能好，功耗低，入门门槛低，因此作为本设计的首选方案。
目录
一、绪论 1
(一)课题的背景与意义 1
(二)设计的主要工作 1
二、方案选择 1
(一) 设计要求 1
(二) 方案选择 2
三、硬件设计 3
(一)主控芯片 3
(二)显示模组 4
(三)甲醛传感器 4
(四)MQ7一氧化碳气体传感器 5
(五) DHT11 高精度数字温湿度传感器 6
(六) BH1750 高精度数字环境光传感器 6
(七) 报警电路 7
四、软件设计 8
(一)主程序设计 8
(二) 甲醛传感器 9
(三) 一氧化碳气体传感器 10
(四) 温湿度传感器 11
(五)光强度传感器 12
(六)显示模块 13
五、仿真与调试 13
（一）DHT11温湿度检测调试 14
（二）ZE08甲醛检测调试 15
（三）MQ—7一氧化碳检测调试 15
（四）设计整体调试 16
（五） 设计程序编写 17
通过调试后，编写代码，在Proteus的ISIS中添加编写好的程序如下： 17
总 结 18
致 谢 19
参考文献 20
一、绪论
(一)课题的背景与意义 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
智能家居的概念在 20 世纪 70 年代末诞生于美国，发展于全球。随着我国社会的经济和科学技术的发展，信息化技术的应用也逐渐走进了千家万户。智能家居的概念在我国方兴未艾，逐渐升温，而且得到了国家政策的导向和支持，满足中国制造 2025 的方向，智能家居的发展可以有效提升国家的科技竞争力。智能家居是结合建筑技术、通信技术、计算机技术和自动控制技术等各方面的先进科学技术相互融合、合理集成为最优化的整体，具有工程投资合理、设备高度自动化、信息管理科学、服务高效优质、使用灵活方便和环境安全舒适等特点，能够适应信息化社会发展，具有强大的生命力和旺盛的发展势头。智能家居不仅为家居行业带来了强大的发展空间和技术革命，而且也已经成为新的经济增长点和衡量一个国家经济、技术发展水平的重要标志。
传统的智能家居往往都注重于家中各种电器的控制，但是由于市面上的家庭电器品种繁多，并且不同品牌的家庭电器执行的标准都大不相同，所以增加了家庭电器的控制难度。也很难有一个品牌同时有各种家庭电器。同时传统的智能家居系统都不重视家居环境数据的监测。本设计摒弃了智能家居电器控制方向，主要实现家居环境数据的实时监测，为人们提供了全方位的家居环境监测系统。在不久的将来，随着计算机和信息化的普及，用于家庭的智能家居环境监测系统将会得到普及，也会产生一个巨大的市场推动社会和智能家居的长足发展。
(二)设计的主要工作
智能家居环境监测系统由底层硬件和软件程序两大部分组成；底层的硬件部分包括主控芯片模组，传感器数据采集模块，数据显示模块，异常数据报警模块。软件程序主要包括，主控模块的数据处理程序，各个传感器模块的驱动程序，显示模块驱动程序，报警模块驱动程序。主控芯片模组用于驱动各个传感器模块，并且实时接收和处理各个传感器模块传给主控芯片模组的数据，同时将数据发送给显示模块。传感器数据采集模块由甲醛传感器、MQ7 一氧化碳气体传感器、DHT22 高精度数字温湿度传感器、BH1750 高精度数字环境光传感器组成，用于实时感知环境中的甲醛浓度、一氧化碳浓度、温湿度、光强度。显示模组由 OLED1602 组成，用于实时处理和显示主控芯片传输过来的传感器数据。
二、方案选择
(一) 设计要求
智能家居环境监测系统已实现主要功能作为导向，要具备系统的实时性，并且要保证传感器数据的准确性与精确度。所以需要保证数据的实时刷新传感器的采样速率为每 100ms 一次，显示模块数据刷新为 300ms 一次。温度，湿度，光强度精确到 0.1，一氧化碳浓度、甲醛浓度精确到 0.01。
为了保证数据的准确性；不仅需要加强硬件设计，同时还需要对采样数据进行处理，每采样 3 次取一次平均数，这样可以有效减少误差，再将数据传递给显示模块。
(二) 方案选择
1.基于单片机的智能家居环境监测系统
单片机就是在一片硅片上集成了微处理器、存储器及各种输入/输出接口的芯片，这样一块芯片就有了计算机的属性，因此被称为单片微型计算机，简称单片机。常见的单片机有 STM80C51 系列、STM32 系列等等。单片机开发的优点有：可靠性好、性价比高、功耗较低、并且支持多种指令控制，能力更强、数据处理能力也比较完善。但是单片机开发也有其缺点，单片机开发用的是 C 语言，C 语言是面向其过程的语言，并且需要有较好的硬件基础，这对于初学者的入门门槛比较高。同时单片机需要为每个传感器模块单独开发驱动程序，这样会导致整个系统开发周期增强。根据本设计综合考虑放弃该方案。
2.基于 Arduino 的智能家居环境监测系统
Arduino是一款软件和硬件都开源的一款单片机开发平台，我们可以采用各种式样Arduino驱动各种模块类型的传感器，LCD，直流电机 Arduino 基于强大的社区支持以及开源支持，我们不需要在重复开发各个传感器的驱动，可以减少大部分的开发成本。Arduino 的性能好，功耗低，入门门槛低，因此作为本设计的首选方案。
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