智能家居控制系统完整论文.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.88M 资料格式：doc 举报版权申诉

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引言

1绪论

1.1课题背景

1.2智能家居控制系统的概述

1.3 课题研究的目的及意义

1.4 系统设计主要任务

2 方案设计

2.1 系统总体设计与分析

2.1.1单片机控制部分

2.1.2系统工作流程部分

2.2远程控制设计与分析

2.2.1控制系统设计分析

2.2.2 控制要求

2.2.3单元功能模块

2.3传感器信号采集设计与分析

2.3.1 防火灾发生传感器

2.3.2可燃气体泄漏传感器

2.3.3防盗传感器

2.3.4 信号采集设计与分析

2.4 GSM模块的接口与设计

2.4.1 TC35模块组成

2.4.2 TC35模块通信电路

2.4.3 TC35模块与MCU连接方式

2.5 红外学习遥控设计

2.5.1 红外学习遥控的设想

2.5.2 红外学习遥控的实现

3硬件电路设计

3.1相关芯片及模块简介

3.1.1 MCU SM8952AC25P简介

3.1.2 双音多频收发器MT8870简介

3.1.3 ISD2500系列单片语音录放简介

3.1.4 固态继电器(SSR)简介

3.2 远程控制电路设计

3.2.1振铃检测电路

3.2.2 模拟摘挂机电路

3.2.3 双音频解码电路

3.2.4 语言提示电路

3.3 电源电路设计

3.3.1 5V开关电源稳压器电路

3.3.2 其他电源稳压器电路

3.4 TC35短消息模块电路设计

3.4.1 TC35短消息模块接口电路

3.4.2 TC35短消息模块控制设计

3.5 红外学习遥控电路设计

3.5.1 红外学习遥控接收电路设计

3.5.2 红外学习遥控发送电路设计

4软件部分

4.1 下位机编程

4.1.1 主控单片机系统软件设计

4.1.2远程控制程序设计

4.1.3短信息发送程序设计

4.1.4红外学习遥控程序设计

4.2 上位机（PC机）编程

4.2.1 用户界面的设计

4.2.2 串行通信的实现

4.2.3控件MSComm使用方法

5系统制作及调试

5.1使用的仪器仪表及工具

5.2硬件制作与调试

5.2.1系统PCB板的设计

5.2.2系统硬件调试

5.3软件及联机调试

5.3.1主控程序调试

5.3.2短消息发送调试

6 结论

谢辞

附录1

附录2

附录3

附录4

目录引言 .......................................................... 3 1 绪论 ....................................................... 4 1.1 课题背景 .............................................................. 4 1.2 智能家居控制系统的概述 ................................................ 5 1.3 课题研究的目的及意义 ..................................................7 1.4 系统设计主要任务 ......................................................7 2 方案设计 ................................................... 8 2.1 系统总体设计与分析 ....................................................8 2.1.1 单片机控制部分 ...................................................... 8 2.1.2 系统工作流程部分 .................................................... 8 2.2 远程控制设计与分析 .................................................... 9 2.2.1 控制系统设计分析 .................................................... 9 2.2.2 控制要求 ............................................................9 2.2.3 单元功能模块 ....................................................... 10 2.3 传感器信号采集设计与分析 ............................................. 10 2.3.1 防火灾发生传感器 ...................................................10 2.3.2 可燃气体泄漏传感器 ................................................. 10 2.3.3 防盗传感器 ......................................................... 11 2.3.4 信号采集设计与分析 .................................................11 2.4 GSM 模块的接口与设计 ................................................. 11 2.4.1 TC35 模块组成 ...................................................... 11 2.4.2 TC35 模块通信电路 .................................................. 11 2.4.3 TC35 模块与 MCU 连接方式 ............................................ 11 2.5 红外学习遥控设计 .....................................................12 2.5.1 红外学习遥控的设想 .................................................12 2.5.2 红外学习遥控的实现 .................................................12 3 硬件电路设计 ............................................... 13 3.1 相关芯片及模块简介 ................................................... 13 3.1.1 MCU SM8952AC25P 简介 ............................................... 13 3.1.2 双音多频收发器 MT8870 简介 ..........................................13 3.1.3 ISD2500 系列单片语音录放简介 ....................................... 14 3.1.4 固态继电器(SSR)简介 ................................................14 3.2 远程控制电路设计 .....................................................14 3.2.1 振铃检测电路 ....................................................... 14 登陆梦想科技网站，获取更多免费资料。科技改变生活，梦想成就未来！

3.2.3 双音频解码电路 .....................................................16 3.2.4 语言提示电路 .......................................................17 3.3 电源电路设计 .........................................................18 3.3.1 5V 开关电源稳压器电路 .............................................. 18 3.3.2 其他电源稳压器电路 .................................................18 3.4 TC35 短消息模块电路设计 .............................................. 19 3.4.1 TC35 短消息模块接口电路 ............................................ 19 3.4.2 TC35 短消息模块控制设计 ............................................ 20 3.5 红外学习遥控电路设计 .................................................20 3.5.1 红外学习遥控接收电路设计 ...........................................20 3.5.2 红外学习遥控发送电路设计 ...........................................21 4 软件部分 ................................................... 21 4.1 下位机编程 ...........................................................21 4.1.1 主控单片机系统软件设计 .............................................21 4.1.2 远程控制程序设计 ................................................... 22 4.1.3 短信息发送程序设计 ................................................. 23 4.1.4 红外学习遥控程序设计 ............................................... 25 4.2 上位机（PC 机）编程 .................................................. 25 4.2.1 用户界面的设计 .....................................................26 4.2.2 串行通信的实现 .....................................................26 4.2.3 控件 MSComm 使用方法 ................................................ 27 5 系统制作及调试 ............................................. 28 5.1 使用的仪器仪表及工具 ................................................. 29 5.2 硬件制作与调试 ....................................................... 29 5.2.1 系统 PCB 板的设计 ................................................... 29 5.2.2 系统硬件调试 ....................................................... 30 5.3 软件及联机调试 ....................................................... 30 5.3.1 主控程序调试 ....................................................... 30 5.3.2 短消息发送调试 ..................................................... 31 6 结论 ...................................................... 31 谢辞 ....................................................... 32 附录 1 ........................................................ 34 附录 2 ........................................................ 57 登陆梦想科技网站，获取更多免费资料。科技改变生活，梦想成就未来！

附录 3 ........................................................ 66 附录 4 ........................................................ 67 引言 21 世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。本文介绍的数字化家居控制系统可以使得人们可以通过手机或电话在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、DVD 录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……；而这一切的实现都仅仅是打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监控等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和 110 可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是社会进步的标志，智能家居控制系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。实现智能化离不开运算和控制单元，本系统采用 MCU(SM8952AC25P)作为主控器件，单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件由单片机扩展的存储器、输入/出设备以及各种实现单片机系统控制要求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件组成；软件由单片机应用系统实现其特定控制功能的各种工作程序和管理程序组成。在单片机应用系统开发的过程中，应不断调整软、硬件，协调地进行软、硬件设计，以提高工作效率，当系统硬件和软件紧密配合、协调一致，就可以组成高性能的单片机应用系统。本课题完成了单片机应用系统其开发过程的系统的总体设计、硬件设计、软件设计和系统调试，根据开发的实际需要，相互协调、交叉，有机的进行。本设计的 MCU 与各个芯片和模块的接口、各项标准都严格遵循国家有关标准，为以后的产品化提供了良好的基础。本系统的电话远程控制是基于电话交换网络的国际双音频通信标准 DTMF 通信方式，程控交换信令作为系统控制命令，采用 MT8870 双音频编解码电路实现，单片机通过 MT8870 识别来自电话程控交换机的网络的控制信号，用户只需拨通家中的电话可以根据系统的语音提示进行按键选择以实现用户身份的识别、远程控制和安防操作；各种传感器的检测是利用数据采集系统将多路被测量值转换成数字量，再经过单片机进行数据处理，实现实时测控；短消息发送部分采用基于 SIEMENS TC35 GSM 模块 TC35 modem 和 TI 公司的电平转换芯片 MAX3238 等器件构成的移动终端的硬件电路可以完成短消息收发等功能。在设计本系统时，面对各种检测对象和大量控制单元，需要利用各种接口标准和 MCU 进行连接，再经过 MCU 进行数据处理，实现实时测控。而此时采用单片机来实现智能家登陆梦想科技网站，获取更多免费资料。科技改变生活，梦想成就未来！

居控制系统不仅具有采集控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度提高采各模块和芯片的协调性，从而大大提高系统的可利用性。此次系统设计统正是把 MT8870、TC35 modem 与 SM8952AC25P 单片机有机的结合起来，顺利的完成了本设计的要求。并且实现了学习型远程红外遥控功能，为控制红外家电和设备提供了良好的基础。本系统也可应用于工农业中,实现对无人值守岗位的远程监控等。 1 绪论 1.1 课题背景 21 世纪是信息时代，各种电信新技术推动了人类文明的进步。自从 1876 年， Alexander Graham Bell（贝尔）发明电话以来，世界各国的电话网络发展非常迅速，近十年来，中国的固定电话业务呈现出举世瞩目的快速增长。1997 年 8 月局用电话交换机总容量突破 1 亿门，网络规模跃居世界第二位，2006 年初固定电话用户总数达到 35539.2 万户，移动电话用户达到 40407.2 万户，现代电话网络是由程控交换机进行交换传输，移动通信也从模拟时代走向了高度数字化时代，它们的性能已经有了很大的进展，而且可靠性非常高。正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。智能家居控制系统的主要功能包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。随着新技术和自动化的发展，传感器的使用数量越来越大，功能也越来越强，各种传感器都已经标准化、模块化这给智能家居控制系统的设计提供极大方便。电话远程控制作为一较新的课题与常规的遥控方式相比，显示出一定的优越性，不需进行专门的布线，不占用无线电频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨省市，甚至跨越国家。另外电话属双工通信手段。因此，这可以大大体现出利用电话进行遥控的更大优越性。操作者可以通过各种提示音即时了解受控对象的有关信息，从而进行进一步的操作。电话遥控部分课题目前已有涉足者，但是只是还只限于实验室阶段，因而距离实际应用，尤其是对于日常生活尚有一定的差距，并不能完全体现出电话遥控方式的双工通信特点。本设计正是针对这一点进行了较大改进，采取单片机智能控制，利用不同的提示音达到对于不同操作的提示及对受控方状态的信息反馈，从而使操作者能够及时了解受控方信息，使产品达到交互式与智能化。而且本设计的调试都是在线调试，已经在电信、铁通的交换机实验并且能够成功的使用移动电话进行操作。短信息服务（Short Message Service，SMS）是 GSM（Global System for Mobile Comm 登陆梦想科技网站，获取更多免费资料。科技改变生活，梦想成就未来！

unication）系统中提供的一种 GSM 终端（手机）之间，通过服务中心(service center) 进行文本信息收发的应用服务，其中服务中心完成信息的存储和转发功能。短信息服务作为 GSM 网络的一种基本业务，已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视，基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。由于 GSM 网络在全国范围内实现了联网和漫游，具有网络能力强的特点，用户无需另外组网，在极大提高网络覆盖范围的同时为客户节省了昂贵的建网费用和维护费用。同时，他对用户的数量也没有限制，克服了传统的专网通信系统投资成本大、维护费用高、且网络监控的覆盖范围和用户数量有限的缺陷。比传统的集群系统在无线网络覆盖上具有无法比拟的优势，加上 GSM 的 SMS 本身具备的数据传送功能，都使得这些应用得到迅速的普及。利用 GSM 短信息系统进行无线通信还具有双向数据传输功能，性能稳定，为远程数据传送和监控设备的通信提供了一个强大的支持平台。在此以 GSM 网络作为数据无线传输网络，它可以应用在银行、储蓄点机房监控、电信机房动力环境监控、通信行业远端无人值守站机房监控和远程维护（如移动通信基站、微波站、光纤中继站等）及其他无人值守点（如仓库、办公楼等）监控及城市公用事业实时监控维护系统像煤气调压站、自来水、污水管网和热力系统、电力系统城市中电网等情况中。在此本系统采用了 Siemens 公司新一代无线通信 GSM 模块 TC35 是，它设计小巧、功耗很低很大程度上方便了智能家居控制系统的设计。 1.2 智能家居控制系统的概述登陆梦想科技网站，获取更多免费资料。科技改变生活，梦想成就未来！

图 1.1-1 智能家居控制系统示意图随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。家居智能化技术起源于美国，它是以家为平台进行设计的。智能家居控制系统是以 HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成登陆梦想科技网站，获取更多免费资料。科技改变生活，梦想成就未来！

技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。大型的智能家居控制系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备 CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。 1.3 课题研究的目的及意义智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。系统的网络化功能可以提供遥控、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。因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。 1.4 系统设计主要任务本文利用 SM8952AC25P、MT8870、TC35 modem 和各类家居传感器设计制作一款智能家居控制系统样机。实验样机的设计包括：系统硬件的设计与调试和控制软件的编写与调试。 (1)硬件部分智能家居控制系统其硬件部分主要由五大部分构成，即电话交换网程控交换信令部分、控制单元、传感器数据采集系统、GSM 模块 TC35 modem 与接口和电源部分。电话交换网程控交换信令部分主要由 MT8870 和电压检测元件组成，它是系统中控制部分关键的元件，它与控制单元组成控制部分功能；传感器数据采集系统、GSM 模块 TC35 modem 和控制单元完成报警等信号的处理和发送；电源部分则为各个部分提供工作电源。 (2)软件部分软件设计部分主要由五大部分构成：即数据采集与数据分析部分、电话交换网程控交换信令识别与分析部分、GSM 模块 TC35 modem 接口程序部分、分析控制部分。其中数据采集与数据分析部分和电话交换网程控交换信令识别需要作实时处理；GSM 模块 TC35 modem 接口程序部分和分析控制部分则是根据采集和电话交换网交换信令进行分时操作有利于提高系统效率。登陆梦想科技网站，获取更多免费资料。科技改变生活，梦想成就未来！

2 方案设计 2.1 系统总体设计与分析本设计属于单片机应用系统。确定单片机控制系统总体方案，是进行系统设计最重要、最关键的一步。总体方案的好坏，直接影响整个控制系统的性能及实施细则。总体方案的设计主要是根据被控对象的任务及工艺要求而确定的。设计方法大致如下：根据系统的要求，首先确定出系统是采用开环系统还是闭环系统，或者是数据处理系统。选择检测元件，在确定总体方案时，必须首先选择好被测参数的测量元件，它是影响控制系统精度的重要因素之一。选择执行机构，执行机构是微型机控制系统的重要组成部件之一。执行机构的选择一方面要与控制算法匹配，另一方面要根据被控对象的实际情况确定。选择输入/输出通道及外围设备。选择时应考虑以下几个问题：被控对象参数的数量；各输入/输出通道是串行操作还是并行操作；各通道数据的传递速率；各通道数据的字长及选择位数；对显示、打印有何要求；画出整个系统流程图和原理图。 2.1.1 单片机控制部分本系统是单片机在系统检测以及工程控制方面的应用，其特点是体积小，成本低，功能强，功耗低，是微机应用产品化的最佳机种之一，它已广泛地应用在产品智能化和工业自动化上。而把单片机面向工控领域对象，嵌入到工控应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。嵌入式系统一般分为四种:工控机，通用 CPU 模块，嵌入式微机处理，单片机。嵌入式系统具有以下特点： (1)面对控制对象。如传感信号输入、人机交互操作,伺服驱动等。 (2)嵌入到工控应用系统中的结构形态。 (3)能在工业现场环境中可靠运行的品质。 (4)突出控制功能。如对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制和有突出控制功能的指令系统(I/O 控制、位操作和转移指令等)。单片机有惟一的专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统，最能满足嵌入式应用要求。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统，能满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行及非凡的控制品质等要求，是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。 2.1.2 系统工作流程部分门窗磁信号电压转换 RS232 PC 机程控交换信令单片机信号分析处理火灾烟雾传感器放大、整形登陆梦想科技网站，获取更多免费资料。科技改变生活，梦想成就未来！

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