毕业设计(论文)基于wifi的智能家居系统

201120101116基于WIFI的智能家居系统作者姓名：王某某专业名称：信息工程指导教师：张某讲师贾某某讲师成都理工大学工程技术学院学位论文诚信承诺书本人慎重承诺和声明：1. 本人已认真学习学位论文作假行为处理办法（中华人民共和国教育部第34 号令）、成都理工大学工程技术学院学位论文作假行为处理实施细则（试行）（成理工教发2013 30 号）文件并已知晓教育部、学院对论文作假行为处理的有关规定，知晓论文作假可能导致作假者被取消学位申请资格、注销学位证书、开除学籍甚至被追究法律责任等后果。2. 本人已认真学习成都理工大学工程技术学院毕业设计指导手册，已知晓学院对论文撰写的内容和格式要求。3. 本人所提交的学位论文（题目：基于WIFI 的智能家居系统），是在指导教师指导下独立完成，本人对该论文的真实性、原创性负责。若论文按有关程序调查后被认定存在作假行为，本人自行承担相应的后果。承诺人（学生签名）：20 年 月 日注：学位论文指向我校申请学士学位所提交的本科学生毕业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。基于WIFI的智能家居系统摘要随着“互联网+”的概念进入公众视线，以及无线技术的发展和 高速宽带网络的普及，利用互联网来掌控传统一切的做法已为人们广 泛接受。现在人们的生活条件大大改善，人们的物质文化追求也逐渐 提高。用户打开一款PC软件或手机APP,通过互联网接入到家庭的 WIFI网关，向其发送指令即可控制家中的一切，反之亦可查看家中 (传感器)状态，以此来掌控家中的一切情况。本文推出了一种基于 WIFI的智能家居系统，主要提供安全舒适 的居家环境，采用 MCU(STM32F103)作为主控芯片，通过 WIFI无线 网络技术将家中的部分电器或监测设备连接到一起，提供门禁系统控 制、风扇自动控制、安防防盗报警、环境数据监测等。与传统的智能 家居系统相比，无需布线，免去了安装过程中的布线繁多复杂，成本 高，以及使用3G网络作为传输的高额流量费用。有利于提升家庭生 活的安全性、便利性、舒适性等，改变了传统的呆板生活方式，帮助 人们有效的安排时间，另外也为家庭能源开支节约资金。关键词：智能家居 WIFI网关 STM32 物联网I基于WIFI的智能家居系统AbstractWith the concept of Internet + into the public eye, and the development of wireless technology and the popularity of high-speed broadband network, use the Internet to control all traditional approach has been widely accepted for the people. Now peoples living conditions greatly improved, peoples material and cultural pursuit also gradually improve. User opens a PC software or mobile phone APP, through WIFI Internet access to home gateway, to send commands to control everything in the home, and can also view the home state (sensor), in order to control all home situation.This paper introduced a kind of smart home system based on WIFI, mainly to provide a safe and comfortable environment that occupy the home, using MCU (STM32F103) as the master control chip, through WIFI network technology will be part of the appliance in the home or monitoring equipment together, provide the entrance guard system control, fan automatic control, security alarm, environmental data monitoring, etc. Compared with the traditional intelligent household system without wiring, removes the wiring installation process of complex, high cost, and the use of 3 g network as a transport flow of high cost. Help enhance family life safety, convenience, comfort, etc., has changed the traditional rigid lifestyle, helping people effectively arrange a time, while also saving money for home energy costs.Keywords : Smart Home, WIFI Gateway , STM32, Internet of things-3 -目录摘要I.Abstract II目录I.II前言1.1绪论2.1.1 课题意义2.1.2 智能家居发展趋势32智能家居系统原理.42.1 系统原理概述 .4.2.2 现阶段智能家居原理及对比 42.3 智能家居系统功能简介56. 6. 6. 6. 6.2.4 系统工作原理框图 73智能家居硬件设计 .8.3.1 控制中心8.3.2 主控芯片-STM32F1XX 32位ARM微控制器 83.3 无线传输-WIFI模块1.011 11 11 1.2 1.23.4 LCD1602液晶显示屏1.31.31.63.5 继电器1.71.71.8 1.93.6 热释电传感器（人体红外感应）1 91.9 20 20 21.3.7 MQ_2气体传感器 2323 23 24 24 253.8 蜂鸣器2525263.9 4*4矩阵键盘2626274软件系统设计294.1 编译软件29294.2 主程序设计294.3 中断程序设计.315系统调试325.1 系统硬件调试.3233335.2 系统软件测试 .3334基于WIFI的智能家居系统343435355.3 系统调试结论.37总结38参考文献39致谢 41附件1 WIFI串口配置及使用 42A1.1 WIFI串口的配置（AP模式） 42附件2主程序代码 43附件3专利55-V基于WIFI的智能家居系统前言现在人们的生活条件大大改善，人们的物质文化追求也逐渐提 高。21世纪的人们变的“懒惰”，正是科技的迅猛发展让我们有了 懒惰的资本，也正因为有懒惰的心里才使得我们开发更多智能化的产 品。目前多种智能家居产品层出不穷，但在通信传输方面时，很多选 择了 3G无线网络作为传输手段，再或者就是根本无法远程通信。目前市场上的传统的智能家居产品大多是各种单个设备技术组合 成一套的智能家居产品，各个设备之间不能实现通信数据交换，安装 布线复杂，成本高。使用 STM32主控芯片与 WIFI模块搭载可以较 好的解决以上问题，免布线以及省去 3G流量费用等，这正是选择基 于WIFI的智能家居设计的主要原因及动机。-11-1绪论1.1 课题意义智能家居作为一个新时期发展的智能化产品，处于一个初期与长 期发展的临界点，现如今推入市场还比较困难，况且消费的观念还未 形成，但从另一面来说，中国市场较大，随着智能家居市场推广乃至 大范围的普及，培育广大消费者的智能产品使用习惯，智能家居市场 的产业前景必然是巨大的。正因为如此，国内各种从事智能设备的企 业对智能家居行业的研究越发不可收拾，特别是对企业发展环境和客 户需求改变的深入研究，这也成为了各大智能家居厂商的重点投入方 向！智能家居从进入中国市场到现在已有十多年的发展，依稀记得 进入时人们有着最初的梦想，到今天部分智能家居产品已实实在在的 走入了我们的生活，期间经历了许多不为人知的艰难过程。2014年以来，中国各大生产及科研厂商已经开始快速的进军智 能家居产业，从智能家居进入中国以来，从事该行业内的厂商其实并 没有特别成功的案例，但为此也很大的预示着物联网行业发展仍处于 探索阶段，需要投入更多的厂商。当然，他们也开始涉足和参与，同 时也感受到智能家居主宰未来的不可逆的。目前来看，从近几年智能家居的发展以及成效来看，有着很大的 改变，几乎已处爆发前夜。智能产品开发的业内人士认为，2015年随着合作企业不断增多，团队加大技术研究，这也即将进入成果的预 产期，智能家居新品将如雨后春笋般出现，行业的新案例也会越来越 多。随着电子科学技术在实际生活中的广泛应用，人们已经感受到电 子产品为家庭以及生活所带来的各种便利，尤其是在20世纪80年期问，智能家居的出现更为人们繁杂的生活提供了一个广阔的平台。智能家居，按照普遍通用的理解是以住宅为平台，搭载网络信息 通信、信息交换家电和电器自动化等，集智能系统，服务和管理为人性化居住环境的一体设备。它具有便利、安全、舒适、环保的基本功 能的同时，还是具有智能化的现代工具。智能家居系统不仅能够给家 庭提供各设备全方位的信息交互功能，还能帮助人们有效地安排时 问、节约各种能源，实现了 PC机以及手机端远程家电控制、温湿度 检测、气体泄漏报警、照明控制、窗帘自控、非法入侵报警等功能。1.2 智能家居发展趋势近年来，随着互联网(Internet:)、物联网(Internet of things)、 云计算(cloud computing)、大数据(mega data)、人 机交互 (Human - Computer Interaction)等现代高新技术的成熟与迅速发 展，智能家居市场也得以从概念走向现实，而与此同时，行业竞争力 也越发激烈。据2010-2015年中国智能家居产业发展趋势与投资机 会研究报告预测，2015年我国智能家居市场规模将达1240亿元，千 亿级的蓝海市场吸引了众多厂商争先恐后地投入其中，无论是各大运 营商还是号称互联网的巨头，不管是智能家居的新起厂商还是传统家 电行业的老者，都想分到一些利润。虽然智能家居进入我国已有十多年的发展，但由于普遍的前期技 术不成熟，大量的研究，并没有找准切入点(也即是某一个着力 点)，大多数厂商光打雷不下雨，没有做出实质性的产品，却一直在 炒作概念，使得智能家居市场发展速度相当缓慢。就如上段所说，国内厂商在智能家居行业的着力点各不相同，没 有找到突出点，但在国外运营商市场，他们更注重智能家居的安全 性，使得有所突破，有所特点。欧洲运营商巨头德国电信在 2013年 推出了自己的智能家居-Smart Home平台，支持智能插座、烟雾报警 器、动态感应、门窗监控、智能插座、烟雾报警、暖气控制等多个模 块。2014年10月，Vodafone推出一款名为 Gigasetelements的智能家 居套装。AT&T也不甘人后，推出DigitalLife ,主要包括安全模块和 动态传感模块两个模块，侧重于门窗监控、监控摄像和车库监控。通过大量数据得知，智能家居行业乱象严重，以及不规范，不兼 容等问题任然存在，未来发展劲头十足，值得加大投入以及研发。2智能家居系统原理2.1 系统原理概述传统家居一般都是带来生活品质的提升，通过添置家庭的一些生 活用品来提高生活质量，但这些都比较单一化，完全没有智能可言， 也即没有达到互通互联。再则家居生活自动化是智能家居的特色以及 提升所在，例如家庭内部设备等发生故障等，该系统便可以自行处 理，达到自动化的效果，并不需要人为的查找原因。最显著的变化就 是智能、实用、可控、方便、易整合。每一个家庭必然都存在的各种 各样的电器，一直以来由于标准的不同而独立工作，从系统的角度来 看，他们都是扎乱无章的，并不是一个有机的、可协调工作的统一整 体，作为家庭的主人面对这些各种各样的电器，有各式各样的遥控 器，给个人消耗的时间成本、管理成本、控制成本等带来许多繁琐的 麻烦事，占用了许多闲暇的时光。本系统设计主要由软硬件组成。本设计通过基于PC机/安卓系统的上位机软件（网络调试助手），该软件主要用来接收和发送用户发 送的一些指令，即为串口数据交换界面。系统硬件则是以 STM32F1xx的32位ARM 微控制器作为主控芯片， WIFI无线串口 收发器为通讯的一个智能家居控制系统。外围硬件搭载LCD1602显示器、4*4矩阵密码键盘、继电器、人体红外感应模块、MQ_2气体检测、风扇、蜂鸣器。2.2 现阶段智能家居原理及对比智能家居就是构建一个智能化的家庭生活环境，即外加一些设备 来自动或手动控制室内要控制的设备。如遥控器、手机、电脑等来实 现电视的控制、灯光的自动控制等等。根据使用不同的控制传输介 质，可知道以下几种方式。-1.红外技术，遥控器控制家电。红外技术出现的年代较久，也比 较成熟。但它是方向性控制，而且各遥控器地址编码不一样，控制起 来各有差异，那就需要许多遥控器，面对家中众多的电器，使用起来 也比较麻烦。2. 蓝牙技术，一般可采用电脑或手机来控制。它较红外技术优势 在于传输距离较远、传输速度快、安全性高等。但是作为当今互联网 发展高速的21世纪，要想远距离跨地域控制就难以实现了。3. GSM技术，采用可安装SIM卡的手机或者其他终端作为控制 器。它是使用GSM协议来控制室内物体，即通过控制终端向另一块 GSM客户端发送指定的控制指令来控制家中设备。但会产生一系列 流量费用以及短信或者通话费用，给已经花费较大的系统带来更大的 昂贵开支。4. WIFI技术，它是最近几年才兴起的一种上网方式，一般的上 网设备（比如手机、电脑等）通过无线网卡连接WIFI信号就可以实现无线上网。受控设备通过 WIFI网关接入互联网，再通过已连接互 联网的上网设备，向指定IP发送指令即可实现远程无线控制，其不 受地域限制。综述，WIFI技术优势凸显，相对于其他无线技术而言，具有成 本低、使用方便、操作简单、安全性高、开发方便、灵活性强。2.3智能家居系统功能简介该基于WIFI的智能家居系统中，各传感器负责数据采集； STM32 （以下简称 MCU）芯片负责数据处理及分析，再通过分析结 果做出相关响应，一般紧急情况可以自行处理并报告给控制中心； WIFI无线串口收发器实现控制中心（上位机）与 MCU的相互通 信，将采集到的数据提供给中心控制器（后台推送），并且能将接收 来自控制器的指令回传给 MCU;控制中心（上位机）负责将一切来 自传感器的数据接收，并且可以通过控制中心（上位机）来发送指令 控制各个电器设备，实现住宅各服务、设备一体化；WIFI网关则负责家庭内外的信息交互，再则就是连通互联网，使得用户在任何地方 都可以进行客户端的数据更新。主要的功能如下介绍。本系统包含人体红外感应、MQ_2气体检测等安全隐患检测模 块，通过这些传感器，可以将住宅内外发生的异常情况做出报警，并 及时传达到小区保安室以及用户手机端推送窗口，以便对应人员做出 相应处理。保证家庭的安全，让用户更放心。该系统的门禁系统采用密码验证，摒弃以往钥匙开锁的繁琐。通 过4*4矩阵键盘输入密码，比对成功后即可开门。（PC/APP）客户端可以提供用户远程实时控制家中设备，了解 家中设备实时信息，比如家中传感器的检测信息。这样用户在任何地 方都可以了解家中的一切状况。1 .为了避免朋友到访家中无人的尴尬，该系统编写了远程控制 门禁的功能，避免朋友吃“闭门羹”。用户打开手机APP （客户端）软件（或者电脑客户端），输入指定指令即可打开房门，手机端 也可看到房门已打开的文字提醒。2 .提供远程开启与关闭风扇、警报、红外监控等功能。用户可以通过PC端或APP管理软件，连接指定IP及端口查看 家中设备的用运行状况，让用户了解设备的相关情况。2.4系统工作原理框图图2.4系统工作原理框图3智能家居硬件设计在系统设计过程中，充分考虑了该行业的实际情况，系统设计的 成本、以及软硬件应用的可靠性和开发的兼容性，以便尽量有效的缩 短系统地开发周期。硬件设计如下：3.1 控制中心本系统中，由PC端/APP充当整个智能家居的指令控制中心。 个人电脑及手机如今已普遍存在，并且使用起来及其方便。3.2 主控芯片-STM32F1XX 32位ARM 微控制器方案中主控器件 STM32F103zet6单片机使用的是 ARM公司为 要求性能高、成本低、功耗低的嵌入式应用专门设计的32位的ARMCortex-M3 内核。 基于ARM Cortex-M3核心的32位微控制器，LQFP-144封装. 512K片内FLASH （相当于硬盘），64K片内RAM （相当于内 存），片内FLASH支持在线编程（IAP）. 高达72M的频率，数据，指令分别走不同的流水线，以确保CPU 运行速度达到最大化. 通过片内BOOT区,可实现用口下载程序（ISP）. 片内双RC晶振提供8M和32K的频率. 支持片外高速晶振（8M）,和片外低速晶振（32K）.其中片外低速品 振可用于CPU的实时时钟，带后备电源引脚，用于掉电后的时钟行走. 42个16位的后备寄存器（可以理解为电池保存的 RAM）,利用 外置的纽扣电池，和实现掉电数据保存功能. 支持JTAGSWD调试.配合廉价的J-LINK,实现高速低成本的 开发调试方案. 多达112个快速IO端口（大部分兼容5V逻辑）,4个通用定时 器,2个高级定时器，2个基本定时器，3路SPI接口 ,2路I2S接口 ,2路 I2C接口 ,5路USART,一个USB从设备接口，一个 CAN接口 ,SDIO接 口,可兼容 SRAM,NOR 和 NAND Flash 接口的 16位总线-FSMC. 3路共16通道的12位AD输入,2路共2通道的12位DA输 出.支持片外独立电压基准. CPU操作电压范围 20-3.6V.综上STM32F103的性能完全可以满足本设计的所有控制需要， 内置ADC模块可以直接用于模拟量的采集，丰富的 I/O接口完全可 以与1602显示屏模块的通信，并且采用 STM32F103 ARM微控制器 做为主控制器可以减少使用外围器件（例如减少ADC模块等），使得降低了成本以及电路的复杂程度。图3.2 STM32F103ZET6芯片引脚及部分电路图3.3 无线传输-WIFI模块方案中采用的 WIFI模块是某公司的低成本高性能嵌入式串口-以太网-无线网模块，在本设计中只用串口转无线网模式。该模块采用IEEE802.11协议栈网络标准，无线传输速率最高可 达150Mbps。信道个数可达到14个，频率范围2.4-2.4835G,发射功 率12-15DBM, 2个以太网口、2个用口。它的系统配置管理采用远 程Web管理。串口波特率非常宽，在 1200230400bps （支持非标准 波特率）之间，工作温度：-20-70Co该模块是基于通用的串行接口与无线或有线网络标准的模块，内置TCP/IP协议栈，能够实现用户用口和以太网和无线网（ WIFI） 3 个接口之间的相互转换。模块功能分为4大模式：串口转以太网和无线网络、串口转以 太网、串口转 WIFI客户端及串口转 WIFI热点。该方案中采用串口转 WIFI热点模式（答辩演示需要），该模式 下用户通过手机或者电脑连接该 WIFI模块发出的 WIFI热点，即可 控制。MCUHLK-RM04C COM1 WIFIAPSERIAL,、WIFI CLIENTi（PHO 悒1）DHCP ENABLE基于WIFI的智能家居系统WIFI芯片引脚定义如下表:号码功能方向说明1VCCPower In5V电源输入2GNDGND电源地3WLAN_LED0WIFI启动指示（高电平有效）;4VDDPowerOut3.3V电源输出5LINK2O网口 2连接指示（低电平有效）6USB_PI/OUSB 心 +7USB MI/OUSB #-8STA/GPIO_0I/O状态才旨示/GPIO_0 （低电平有 效）9GPIO_1I/OGPIO_1 485总线收发控制引脚10ES/RSTI退出透传/恢复出厂值11TXOP2A网口 2 TX-P12TXON2A网口 2 TX-N13RXIP1A网 口 1 RX-P14RXIN1A网 口 1 RX-N15RXIN2A网口 2 RX-N16RXIP2A网口 2 RX-P17TXON1A网 口 1 TX-N18TXOP1A网 口 1 TX-P19RTS_N/GPIO_2I/O串口 2硬件流控RTS20UART_RXI串口 1 RX21UART TXO串口 1 TX22RXD/GPIO 3I/O串口 2 RX23LINK1I/O网口 1连接指示（低电平有效）24CTS_N/GPIO_4O串口 2硬件流控CTS25WPS/RSTIWPS按键/恢复出厂值26TXD/GPIO 5O串口 2 TX27VDD_1_8PowerOut网口 1.8V输出28VCCPower In5V输入注：I/O 口电平电压为3.3V。3.4 LCD1602液晶显示屏工业型的LCD1602字符液晶显示屏，它能够同时显示 2排16列 即为32个字符。本设计使用的lcd1602液晶为5V驱动，带蓝色背光，但可以同时显示两排字符，每排有16个字符，共32个字符，但其不能显示汉 字字符，内置128个字符的ASCII字符集库。1602液晶的引脚图如 下1. LCD1602液晶显示屏引脚说明引脚编号符号功能说明引脚编号符号功能说明1VSS一般接地9D2双向数据 总线2位2VDD接电源（+5V）10D3双向数据 总线3位3V0对比度11D4双向数据 总线4位4RS寄存器选择12D5双向数据 总线5位5RW读写信号线13D6双向数据 总线6位6E使能端14D7双向数据 总线7位7D0双向数据总线0 位15A背光电源 正极8D1双向数据总线1 位16K背光电源 负极注：V0：调整液晶显示器的显示对比度，接地时对比度最高，接正 电源时对比度最低。（但需注意的是完全接地时，会造成对比度过 高，从而造成“鬼影”的产生，这种情况下，我们一般情况下采用申 接一个10K左右的电位器来调整其对比度，这样就可以防止鬼影的 产生。）RS: RS为寄存器选择端口，当给该端口输入低电平 0时，即为 选择指令寄存器。输入高电平1时，即为选择数据寄存器；RW: RW为读写信号线端口，为该端口输入高电平 （1）时进行读 操作，输入低电平（0）时进行写操作。E: E端为使能端（Enable）,为其命令写操作时，下降沿使 能。为其命令读操作时，Enable （使能）高电平有效。DB7:双向数据总线7位（最高位）及忙检测位。2 .操作时序：RSR/W操作说明00写入指令码D0D701读取输出的D0D7状态字10写入数据D0D711从D0D7读取数据3 .指令集：1602初始化指令小结：0x38 设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口0x01 清屏0x0F开显示，显示光标，光标闪烁0x08 只开显示0x0e 开显示，显示光标，光标不闪烁0x0c 开显示，不显示光标0x06 地址加1,当写入数据的时候光标右移0x02 地址计数器AC=0;(此时地址为0x80)光标归原点, 但是DDRAM中断内容不变0x18 光标和显示一起向左移动为防止液晶上电时烧坏背光灯，一般情况下在15脚(A)用接一个5欧姆左右的电阻来限流；液晶15 (A)引脚为背光电源正、液 晶16 (K)引脚是背光电源地；1602液晶引脚3 (V0)脚为对比度 高低的调节端，用接一个10K的电位器来调节对比度；液晶 4(RS)弓用却接 MCU的PE2 口；液晶5 (RW)弓用却接MCU的PE4 口；液晶6 (E)引脚接MCU的PE6 口；液晶1 (VSS)引脚为电源 地、液晶2 (VDD)引脚为正5V的电源正；具体电路图如图 3-4-1 所示：3.5继电器继电器(relay)是一种由电源电压来控制的器件，当其输入量的 变化达到预先设定的要求时(例如由 0v变到3.3v),在电气输出电 路中使被控制量发生预定变化的一种电器。它由主动控制电路(又称 输入回路部分)和被动控制电路(又称输出回路部分)组成。一般被 应用于工业化的自动控制系统电路中，它实际上就是用小电流去控制 大电流运作的一种“自动开关”。因此在电路中起着自动控制、安全 保护等作用。按继电器按照动作原理可分类为：1 .电磁型2 .感应型3 .整流型4 .电子型5 .数字型等我们采用的是电磁继电器。电磁继电器(日ectromagnetic relay) 一般由铁芯(Core)、线圈 (Coil)、衔铁(armature)、触点簧片(Contact spring)等组成 的。只要在线圈电阻两端加上一定的电压，线圈电阻中就会流过一定 的电流，因此而产生电磁效应(Electromagnetic Induction),这样衔 铁就会被电磁力吸引，克服返回弹簧的拉力反向，带动衔铁的可移动 触点(A movable contact)和常开触点(Normally open contact)吸 合。当线圈电阻断电后，电磁衔铁( Electromagnetic armature)的吸 引力也将随之消失，电磁衔铁(Electromagnetic armature)会被弹簧 的反弹作用力返回到原来的位置，使可移动触点(A movable contact)与原来的常闭触点(Normally closed contact)释放。这样循 环的吸合和释放，从而达到电器控制在电路中的导通和切断的目的。然而作为继电器的常开和常闭接触点(Normally closed contact),我 们可以这样来区分：继电器的线圈电阻未通电时处于断开状态的静触 -17-基于WIFI的智能家居系统点，称为“常闭触点(Normally closed contact) ” ；处于接通状态的 静触点称为“常开触点(Normally open contact) ”。继电器一般有 两部分电路，一部分为低压控制电路(Low-voltage control circuit), 一部分高压工作电路( High voltage operating circuit)。低压部分(Low-pressure part)即为控制系统(Control System)需要控制的电 路，高压部分(High-pressure part)为低压部分控制的后端。SRD-05VDC-SL-C继电器(5弓I脚)，三个引脚的这边两边的脚 是线圈(直流电阻)，力口 5V直流电压，不区分正负方向，它由电压 驱动。继电器中间引脚是触点的 COM (公共)端，与其一排的另两个脚，其中一个是常开(最好用工具测试)，另一个是常闭。继电 器引脚图如下一3曰一h. 1gllm 另注:15mm 0高)15.5jnm此理是触点的COM第五引螂底面尺寸图 制作：大学城小赛格 wwv7：-m碗e cam-43-此出用常千端t此两即是姓囤加DC也;血电压,J2 5mm _不区分正负方同,是电压驱动10A250VAC/30VDC和IDA 125VAC/2SV1C是推不同认证诩j佛量大鳏面是指在跳大触点额定电压卡的傻大图定电褊理道这个值不行.电气寿翻踞.3.6热释电传感器(人体红外感应)BISS0001芯片是一款高性能的人体移动检测传感器，具由热释 电红外传感器和少量元器件组成的被动式热释电红外开关。人体红外 传感器可监控无需外人进入的场所，特别适用于企业、库房、家庭等 禁止外人进入的安保敏感区域，或用于安全区域的自动化电器开关报 壁玄纬笠 育尔凯有0BISS0001是由电压比较器( Voltage Comparator )、运算放大 器(Operational Amplifier )、状态控制器(State Controller)、延迟 时间(Delay time )定时器和等构封锁时间定时器成的数模混合专用 集成电路。1 .热释电红外传感器探头是以探测人体的辐射值为目标的。因 此其探头必须对波长为10um左右的红外辐射非常敏感。2 .在它的辐射检测面通常覆盖有特殊物质的菲泥尔滤光片，使干扰环境的外在因素得到明显的控制作用，这是为了对人体的红外辐 射敏感。3 .被动的红外探头，它包含两个互相并联或串联的热释元器 件。传感器的红外探头的两个电极化方向相反，这样无论环境的背景 怎样变化，辐射对两个热释元器件都将产生不相上下的作用，那么他 们的效果就可以相互抵消，探头的输出端就无信号输出。4 .当人体一旦进入探测范围内，红外传感器通过部分区域的镜 面聚焦，被热释电元器件接收，但由于两片热释电元器件所处位置完 全不同，因此接收到的热值不同，热释电也不同，不能抵消，因此这 样通过信号处理就可报警。5 .菲泥尔滤光片有着自身特点，它们根据自身材料不同有着长 短不一的感应距离，这样就可以完全的监控该场所，不会有遗漏的区 域。引脚名称I/O功能说明1AIRepeatable touch andTouch not repeatable当A为“1”时，Enable重复触发；2V00控制signal输出端。由VS的上跳堤沿斶樊，使 Vo输出从低电平跳建到高电平时视为肩效斶0在输出延i1 畤Tx之外和无VS的上跳建 沿时,Vo保持低H平状!18。3RR1-输出延迟时间Tx的湖端TX = 49152R1C14RC1-输出延迟时间Tx的湖端TX = 49152R1C15RC2-斶彝封箱时间Ti的湖端TI24R2c2。6RR2-斶彝封箱时间Ti的湖端TI24R2c2。7VSS-工作重源：ft端8VRFI参考重屋及重新输入端。通常接 VDD ,当接 “0”时可使言十畤器彳复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发(VR =0.2VDD)10旧-运算放大器(Operational Amplifier)偏置电流设置端11VDD-工作电源正端122OUT0第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUT0第一级运算放大器的输出端3.7 MQ_2气体传感器MQ-2气体传感器对液化气（LPG）、丙烷（Propane）、氢气 （Hydrogen）的灵敏度高，对天然气（Natural gaS）和其它可燃气体 的检测也非常理想。这种传感器（Transduce。可检测多种可燃性气 体，是一款适合多种应用的低成本气体检测传感器。MQ-2气体传感器所使用的气敏材料（Sensitive material）是在清 洁空气中电导率较低的二氧化锡（SnO2）。当气体传感器所在环境可燃 气体浓度超标时，传感器（transduce。的电导率随环境中的可燃气 体浓度增加而增大。这样以来使用简单的电路就可以把它的变化量转 化为ADC可采集的信号，及其方便。部件材料1气体敏感层二氧化锡2电极金（Au）3测量电极引线柏（Pt）4加热器锲错合金（Ni-Cr）5陶瓷管三氧化二铝6防爆网100目双层不锈钢（SUB316）7卡环镀锲钢材（Ni-Cu）8基座胶木9针状管脚镀锲钢材（Ni-Cu）1 .具有电源亮灭指示灯和阀值超标的 TTL信号输出指示灯；2 .具有阀值超标DO开关信号（TTL）输出引脚和气体检测的 AO模拟信号输出弓I脚；3 . TTL输出的阀值超标信号为低电平。（气体超过阀值时，模 块的超标信号灯亮，即气体值超标。它可直接连接单片机或继电器模 块）4 .模拟量输出电压随浓度越高电压越高。5 .对液化气，天然气等可燃气体，烟雾有较好的灵敏度。6 .快速的响应恢复特性特别提醒：由于该传感器的材质是二氧化锡，要保证测量数据稳 定，就必须给传感器通电后，预热 20秒左右再测量。由于传感器内 部具有电热丝，一般发热属于正常现象，如果烫手就不正常。3.8 蜂鸣器蜂鸣器是一种小巧玲珑的电子发声器，可采用直流电压直接驱动 供电，广泛应用于PC机、报警器、电子玩具等电子产品中用作发声1 .压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器(Multivibrator)、压电蜂鸣 片(The piezoelectric buzzer)、阻抗匹酉己器(Impedance matching) 及共鸣腔(Resonance chamber、外壳等组成。2 .蜂鸣器电磁式结构是由振荡器(oscillator)、Magnet coil、磁 铁(Magnet)、振动膜片和塑料外壳等组成。接通电源后，振荡器 (Oscillator)产生的有源信号通过电磁线圈电阻使其产生磁场。电磁线 圈(Magnet coil)和磁铁的相互影响作用下，使得振动膜片规律性地发自激蜂鸣器是完全由直流电压驱动的，完全不需要其他交流信号 等来进行驱动，只需要直接对引脚驱动口输出一定电压即可，引脚连 接着三极管放大器的基极，通过三极管即可使蜂鸣器发出声音。3.9 4*4矩阵键盘矩阵键盘又称为行列式16位键盘，4条行线由单片机的4个IO 口控制，另外4条列线由单片机另外4个IO 口控制。4个行IO 口线 分别与每行按键的左端相连接，4个列的IO 口分别与每一列的按键 右端相连。这种以行列式键盘结构，仅仅使用到了 8个IO 口来接收 16个信号，有效地提高单片机系统中I/O 口的利用率。图为矩阵键盘电路图，行线接PE13/PE11/PE09/PE07列线接PE14/PE12/PE10/PE08先将列端PE14/PE12/PE10/PE0第已置成浮空输入，可以检测高低 电平。行端PE13/PE11/PE09/PE0酒已置成推挽输出。先从行端口输出 高电平，再依次将其输出低电平，如此循环即可检测到某列端为低电 平，即可得到该键入值。举例说明如何得到按键的特征编码：如果“5”键被按下，找出其所对应的行列号。从第一行输出低电平，第1、2、3、4列依次检测不到低电平， 故第一行没有按键按下。从第二行输入低电平，第一列检测不到电平变化，第二列检测到 低电平，延时消抖后任然可检测到，故第二行第二列按键按下。4软件系统设计系统软件的设计是系统控制的核心控制部分。其任务是在前期硬 件设计的基础上，加入该系统的灵魂所在，确定程序结构，分配各部 分工作内容和顺序，经过仔细的模块划分后，即可进行主程序和各模 块程序的设计，各部分先分开的程序设计，最后再将各模块程序连接 起来成为一个完整的程序，与硬件所以部分相配合完成相应功能。4.1 编译软件MDK-ARM , MDK-ARM 软件为基于 Cortex-M、 Cortex-R4、 ARM7、ARM9处理器设备提供了一个完整的开发环境。MDK-ARM 专为微控制器应用而设计，不仅易学易用，而且功能强大，能 够满足大多数苛刻的嵌入式应用。完美支持 Cortex-M、Cortex-R4、ARM7 和 ARM9 系列器件。行业领先的ARM C/C+编译工具链确定的Keil RTX，小封装实时操作系统（带源码）Vision4 IDE集成开发环境，调试器和仿真环境TCP/IP网络套件提供多种的协议和各种应用提供带标准驱动类的USB设备和USB主机栈为带图形用户接口的嵌入式系统提供了完善的 GUI库支持关于程序运行的完整代码覆盖率信息执行分析工具和性能分析器可使程序得到最优化符合CMSIS （Cortex微控制器软件接口标准）4.2 主程序设计程序使用模块化编程方式。从以下流程图可以清楚的看到前期是各模块的初始化，由于模块 较多（例如按键模块），未列举在流程图中。再则是进入主程序的无限循环中，依次是 ADC检测与处理、红 外报警与处理、门禁系统。主程序代码见附件 1。风扇开启 客服端推送 警报160施示数蜂鸣器开启各模块初始化开始蜂鸣器关闭 风扇关闭图4.1主程序设计流程图1602显示 1.5s当前气体测量值磁力锁定期自检锁死客户端显示当前环境监测值4.3 中断程序设计由于考虑到单片机的程序顺序执行的弊端，因此引入中断来处理 某些优先级别较高的外部触发。该系统中使用了一个外部中断 0和一个定时为500ms的定时器 中断3。外部中断0用来处理用户通过家庭主机查看环境状况的请求。定时器中断用来定时向用户客户端推送环境监测数值，以及自检 门禁系统。触发触发图4.2中断程序设计流程图5系统调试基于WIFI的智能家居系统经过系统化的软硬件设计开发，让它 们紧密结合即可运行。但如果编写好的程序或焊接好的电路板不能呈 现预期的效果，那么就需要我们自检，通常会出现一些硬件和软件上 的错误，当然这也是开发系统经常遇见的，那么就必须进行软硬件调 试来解决问题。该系统的调试大致可分为硬件调试和软件调试。5.1系统硬件调试实物系统设计实物图如下:图5.1硬件实物图硬件实物图简介:序号1 :气体监测序号2：继电器序号3:蜂鸣器序号4:风扇序号5:红外移动检测序号6: LCD1602显示屏序号7: STM32f103主控芯片序号8:矩阵键盘序号9: WIFI转用口模块1 .万用表一台2 .示波器一台3 .稳定电源 3.3V/5V/12V1、电路板线路检查：根据硬件电路原理设计图，使用万用表或 示波器仔细检查实物电路板线路是否连接正确，并且仔细核对元器件 的型号、规格和焊接位置是否符合要求等。2、通电检查：在确保电源稳定前提下，调节好所需电源大小。 在回路中用接万用表，观察电流大小。另外随时注意元器件有无严重 发烫或者冒烟，出现此情况及时断电反复检查。4 、以上步骤做完无异常，即可完成硬件测试工作。5.2系统软件测试准备如下设备：1 .带无线上网功能电脑一台2 . WIFI上网手机一部3 .基于WIFI智能家居系统样机4 .所诉上网设备已安装网络调试助手软件1 .电脑打开软件“网络串口调试助手.exe”。（手机操作类似）2 .配置为“TCP客户端”WIFI网关的ip与端口配置详见附录。如图5-1中标号5即为红外检测模块。1 .红外监测探头前7米内，人体移动时，蜂蜜器鸣响（现场演 示）。2 .人体移动时，客户端接收到外人闯入提醒。如下图3 .人体离开后，蜂鸣器鸣响停止（现场演示）。4 .主人归家，通过密码解锁后，主人在其监控范围内活动，不 再报警和推送客户端消息（现场演示）。如图5.1中标号1即为红外气体检测模块。使用气体打火机对着传感器探头，释放气体时将出现以下几种现象：1.蜂鸣器鸣响（现场演示）。值显示3.手机和PC端客户端接收到报警提醒。1 .按键D,进入密码输入界面（左上角显示数字及冒号，例如 “0:），停顿超时3s,界面退出（第二排显示输入的密码）。2 .再次按键D,进入密码输入界面（左上角显示数字及冒号，例 如“0:）后，再输入程序默认密码解锁，密码正确后，显示屏第一 排显示“Please Come In!” （如下图）且门磁被打开（提示灯亮，大 约3s后灭即自动上锁）。3 .按键D,进入密码输入界面（左上角显示数字及冒号，例如 “0：”），密码输入错误时，按键 E即可退出。4 .按键D,进入密码输入界面（左上角显示数字及冒号，例如 “0:”），此时左上角显示的数字为奇数，那么输入密码正确后即可 解锁人体红外监控报警。偶数时，密码正确即可开启报警。（为了防 止主人在家活动时，红外监控误报）1 .打开网络调试助手，一定时间内可循环看到系统监测的环境信息。2 .向客户端发送指令 HELPok”（注意指令是以大写命令加小 写ok确认指令组成），即可查看指令。3 .向客户端发送指令 ON01ok”（注意指令是以大写命令加小 写ok确认指令组成），即可打开房门（实物中采用 LED灯模拟）（现象现场演示）4 .向客户端发送指令 OF01ok”（注意指令是以大写命令加小写 ok确认指令组成），即可关闭房门（实物中采用LED灯模拟）。（现象现场演示）5 .向客户端发送其他指令都可执行相关操作，这里不一一列 举，详见现场演示。5.3系统调试结论硬件部分关系到所设计的电子产品好坏，稳定性等，因此要合理 的安排以此提高系统的抗干扰性能。比如，使用外部晶振时，尽量让 其靠近MCU,这样可以减少对其的干扰，防止程序跑飞等。因此硬件 系统设计的好坏直接影响到整体设计系统的稳定性。由于这是电子设 计，因此很大部分来源于经验，因此我们要有善于总结的好习惯。本 硬件系统经过严格的测试，未发现错误，达到了软件测试的要求。软件设计是核心部分，就像一个人的灵魂一样，躯壳具备了，就 差灵魂。程序具有多样化，灵活性高等优点，使得许多硬件难以实现 的功能得到了解决。要想全方位的写好代码，就要理解各指令的含 义，比如STM32中有许多库函数，这就需要我们多多查阅库函数手 册，理解每条函数的具体调用含义，这样才能更加熟练应用，32中有DMA功能，使用它就可以避开 CPU的直接操作，减少CPU的工 作量，但在本系统中，系统不是很复杂，故未有 DMA操作。本系统 程序，我采用模块化编程，因此调试起来也很简单，可以直接用 MDK在线调试。经过全方面的软件和硬件测试，该系统符合以上全 部指标，设计成功。总结在本次毕业设计（论文）中，为了实现论文设计的要求，自学了 STM32芯片、WIFI转用口模块等以前从未接触到的知识，经过自己 的努力和指导老师的指导下，战胜了一些的困难，完成了基于 WIFI 的智能家居系统设计。也给今后就业增加了胜算，同时也感慨良多。在此之前，张老师给予了一些相关资料，使我补充了一些智能家 居的相关知识。使用传统的单片机会使我的设计比较烦杂，因为该系 统的外围电路较多，使用的IO 口较多，故传统的单片机不适用。因 此我花了一部分时间和精力去学习 STM32的相关知识，不懂的地方 去请教张老师，在他的耐心讲解下，使我对 STM32有了进一步的掌 握，这对我下一步的设计展开帮助很大。在一个就是WIFI串口模块，在老师的指导下和自己刻苦专研下，最终学会了使用它。通过本 次毕业设计，使我对基于 WIFI的智能家居系统有了更多的了解和掌 握。在互联网飞速发展的今天，一切物体的智能化是未来科技发展的必然，也就是人工智能。作为智能控制在工业应用的代表性成果，它 结合了程序与硬件的综合调控，提供了远程控制、定时控制、自动检 测等多种功能，给人们带来了无法比拟的工作效率和准确性。自己也 基本掌握了 Altium Designer的各种功能，以前用 Protel 99 SE。能自 行的完成多电路图的绘制。当然，在设计过程中，也暴露了自己的很 多问题，诸如以往在课堂上学过的理论知识未得到深刻认识，缺乏灵 活运用的能力等。最后，使我深刻的认识到作为电子专业的学生，只有不断学习， 才能够适应科技迅速发展的今天。在今后从业后也将不忘随时学习的 习惯，不让自己落后于时代。学校以做毕业设计以及答辩的方式，来 检验大学四年我们所学到的知识，也以此来为我们的大学生涯画上句 号，可谓是用心良苦。从当初拿到毕业设计题目到现在胸有成竹的拿 到亲手做的设计，颇有一番成就感，这也实际是对我们所有大学生的 一种能力的锻炼以及大学所学知识的肯定，也是一种总结。参考文献1蒙博宇.STM32自学笔记M.北京航空航天大学出版社，2014.2吴麒,高黛陵.控制系统的智能设计M.机械工业出版社，2003.3孙利民，李建中，陈渝等.无线传感器网络M.清华大学出版 社,2005.4周洪,胡文山，张立明等.智能家居控制系统M.中国电力出版