智能温控器在智能家居中的应用及硬件实现开题报告.doc

智能温控器在智能家居中的应用及硬件实现姓名 专业班级 自动化1104班1 课题背景温度是一个基本的物理常量，是工业对象的主要被控参数之一1。例如工业中的报警器2、装有温控器的水箱3等，甚至涂覆装备中也涉及到温控器的运用4。温控器，英文名为Thermostat，字面上很容易理解，顾名思义就是温度控制器，主要是用来调节温度的装置，就是设定一个温度后，让他自动调节温度，起到一个恒温的作用。例如冰箱上的温控是控制压缩机启动与停止的，设定的温度到了，压缩机停转，加热装置上的温控器是控制加热与保温的，简称温控器。或是通过温度保护器将温度传到温度控制器，温度控制器发出开关命令，从而控制设备的运行以达到理想的温度及节能效果，从上述举例中很好容易看出其应用范围非常广泛，根据不同种类的温控器应用在家电、电机、制冷或制热等众多产品中。同时，不仅仅在工业上的运用，在智能家居中，温控器也发挥着很大的作用，尤其是以房屋住宅为平台，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，和温控器有机地结合在一起，建造出一种强大的的智能房屋温度控制综合管理系统5，这种方法将提改变整个房屋的安全、舒适、艺术等感觉，使我们的生活更加方便轻松，而且还能起到节能减排的环保作用。1.课题研究背景智能家居是计算机、自动控制、网络三大技术向传统建筑房屋渗透的产物。现今当代的智能家居是在互联网的影响之下物联化（也叫物联网）的体现。智能家居是通过物联网技术将房屋中的各种设备（如网络家电、音视频设备、影音服务器、照明系统、空调控制、安防系统等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、手机远程控制6、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。智能家居作为家庭信息化的实现方式，已成为社会信息化发展的重要组成部分7。相对于普通家居，智能家居可以更多的提供全方位的人机间的信息交互功能，甚至还能节能环保，为各种费用节约资金。智能家居的概念其实起源很早，但一直未有一个具体的房屋案例出现，直到1984年美国联合科技公司（United Technologies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康涅狄格州（Connecticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑”，从此拉开了人们争相建造智能家居房屋的序幕8。智能家居是计算机、自动控制、网络三大技术向传统建筑房屋渗透的产物。现今当代的智能家居是在互联网的影响之下运用到物联网中的体现。首先智能家居与物联网技术之间有着紧密的联系。想象一下，当我们回到家中，随着门锁被开启，家中的安防系统自动解除室内警戒，廊灯缓缓点亮，空调、新风系统自动启动，您最喜欢的背景交响乐轻轻奏起。在家中，只需一个遥控器就能控制家中所有的电器。每天晚上，所有的窗帘都会定时自动关闭，入睡前，床头边的面板上，您触动“晚安”模式，就可以控制室内所有需要关闭的灯光和电器设备，同时安防系统自动开启处于警戒状态。在您外出之前只要按一个键就可以关闭家中所有的灯和电器。这一切都只是网络化智能家居控制系统能做的事情中的一小部分。1.1家庭自动化 家庭自动化是指利用微处理电子技术来集成或控制家中的电子电器产品或系统(如照明灯、空调、热水器、电脑设备、保安系统、视讯及音响系统等)。在满足用户舒适度的情况下，有的家庭自动化系统采用运用智能电力需求响应(DR)技术9来实现对家电的控制管理。这是是智能家居中的一个重要技术，其有效得整合了用户侧电网响应潜力以提升电网运行的安全性、稳定性和经济性。家庭化系统主要是以一个中央微处理机接收来自相关电子电器产品的信息(外界环境因素的变化,如太阳初升或西落等所造成的，光线变化等)后,再以既定的程序发送适当的信息给其它电子电器产品。随着网络技术在智能家居的普遍应用，家庭自动化的许多产品功能也将融入到这些新产品中去。其中比较先进且强大的的家庭自动化系统是来自美国的X-1010。1.2家庭网络很多人会把把家庭网络和所谓的“家庭局域网”混淆，其实两者的差别很大。我们在很多例如网上，微博等地方看到过“家庭局域网”这一说法，它是指连接家庭里的PC、各种外设及与因特网互联的网络系统，它只是家庭网络的一个组成部份。人们在寻求舒适的生活环境中，随着科技的发展家庭网络逐渐登上人类文明的舞台，它是在家庭范围内(可扩展至邻居，小区)将电脑、家电、各种系统和广域网相连接的一种新技术11。1.3网络家电网络家电是将普通家用电器利用网络技术、数字技术及智能控制技术设计改进的新型家电产品。网络家电就是既可以组成一个家庭内部网络，同时这个家庭网络又可以与外部互联网相连接。网络家电、家庭网络、智能家居三者之间网络家电相当于终端，可以为消费者提供服务；家庭网络则是核心，涉及家电设备通信协议和传输标准；智能家居是关键，决定着网络家电发展的前景12。可见，网络家电技术包括两个层面：首先就是家电之间的互连问题，也就是使不同家电之间能够互相识别，协同工作。第二个层面是解决家电网络与外部网络的通信，使家庭中的家电网络真正成为外部网络的延伸。其中的电器则要分配IP地址，才能达到信息互联互通。IPv6地址分配13则很好地解决了这个问题，实现了Ipv6与网络家电逐渐完美结合的，并赢得了人们的关注。1.4信息家电信息家电就是传送处理信息的家电，广义上讲电视机就是信息家电的一种，长远来看电冰箱、洗衣机、微波炉等植入数字网络技术后都可以称为信息家电，是利用电脑、电信和电子技术与传统家电相结合的创新产品，其具有实用性强、价格低廉、操作简便的特点。为了信息数字化与网络技术更广泛地深到入家庭生活中，科学家们才专门设计了包括平板电脑、机顶盒、无线DVD、Web游戏机、Web电视、Web电话等等的信息家电。因此，凡是带有能够通过信息网络技术交互信息的家电产品，都可以称之为信息家电。其中带有智能温控器的设备也是信息家电的主要组成部分。而且更重要的是，我们以传统家电为基础，将信息数字技术和传统的家电结合起来，使其变得更加多功能化，使用上更加简单、快捷、实用，使家庭生活拥有创造更高品质的舒适环境。总之，信息家电家族的不断扩大。它横跨信息技术领域和家电领域，逐渐模糊了原本泾渭分明的电脑、通信产品、家电的市场界限。就这样，信息家电具有应用性更强、更家电化特点的产品，使普通居民也能够快速步人信息时代享受信息时代所带来的舒适感，这种具备高性能、低价格、易操作特点的lnternet工具将不断发展，推动家庭网络市场的发展，同时家庭网络市场的兴起又可以反过来推动信息家电的普及和更深入的应用14。2.项目研究的意义 随着信息数字技术在现实生活中的广泛应用，人们感受到电子产品为生活所带来的各种便利后，受益良多的同时对智能家居的依赖性也越来越强，特别是在20世纪80年代，智能家居的出现更为人们享受生活提供了一个广阔的平台。 社会的发展到了今天，智能家居从起源开始在美国已有了三十多年的历史。到现在，美国已经拥有全球最高端的的智能化房屋住宅区，其占地约3359公顷，其中大约有8000栋小别墅。此外，在欧州、日本等东亚等地区，智能家居也逐渐发展起来。 伴随智能家居在世界范围内的日渐兴起昌盛，智能家居在上个世纪末就已经悄然走进了中国市场。智能家居在中国的发展时间虽不长，但是从国内家电巨头及网络巨子的纷纷出手试水智能家居市场以及许多国际大企业对国内智能家居厂家并购案可以看出，中国智能家居市场潜在着巨大商机。全国房地产业蓬勃发展，小区智能化已成为一项基本要求，再配上智能家居，“全智能”的概念必然给房地产业带来新的卖点和活力，因此“全智能”是二十一世纪房产开发商力推的主题，这也意味着，我国智能家居产业迎来发展契机。2 课题研究内容和研究方法1.软件的解决办法（技术），这款软件主要功能为实现数据的收集存储等功能。2.语法上，本人选择了Visual C+。这款软件是一个功能强大的可视化软件开发工具。自1993年Microsoft公司推出Visual C+1.0后，随着其新版本的不断问世，Visual C+已成为专业程序员进行软件开发的首选工具。它有易读的特点外，还拥有代码运行速度快，结合底层（C，C+）的特点。而且软件部分使用Visual C+也符合本人大学所学课程。使用Visual C+建立一个图形用户界面该集成图形用户界面和编程脚本功能一体化的接口设计，使软件开发者在软件开发的过程中无缝地合作1516。所开发的系统分为两部分。一个是用于监测和控制，而另一部分的温控系统是单片机的硬件接口和实施。3.硬件实施设计方案在四旋翼飞机上安装一个温度传感器，将实时温度数据传输并记录在电脑中。温控器硬件组成部分的设计的无线温湿度采集系统主要是由五个部分组成：单片机作为核心微处理器部分、无线蓝牙收发部分、传感器电路部分、液晶屏显示部分、电源部分。温度传感器采集的数据会通过单总线形式传送给单片机，然后经过单片机以串口形式传送给电脑。3 主要技术简介初次学习89c51单片机时的编程应注意的事项：每次编程时，最好建立单独的文件夹，便于管理和以后运用。步奏为：第一步打开keil软件，点击new project弹出对话框，写上文件名，点击保存，弹出另一对话框选中atmel中at89c51点击OK然后点击yes；第二步点击new file然后保存（点save）在弹出对话框中文件名写上xxx.c 然后保存；第三步在project中target的source group 点击鼠标反键点击add选中上面保存的文件添加，然后可以编程了；第四步编程完成后，编译运行，无错误后点击target options 在output下选中creat hex file，然后点OK，再点击rebuild，生成hex文件。硬件方面有四旋翼飞机的组装，测试，电路板的设计及焊接，以及硬件驱动。4 课题研究进度项目共用时16周1-2周：收集资料，并完成系统分析3-14周：软件的功能实现和论文写作15-16周：整理材料，修改文献，装订参考文献1 宋春霖. 电烘箱温湿度控制器设计J. 科学技术. 2013(8): 175-176.2 周小伟. 工业温湿度控制器报警功能应用J. 设备管理与维修. 2014(2): 32-32.3 葛玻. 微波炉温度的单片机控制J. 自动化仪表. 1996(6): 21-22.4 翟红, 莫金键. 基于PID算法的养殖水箱温湿度控制器的设计J. 办公自动化杂志. 2014(280): 61-64.5 葛虓. 智能楼宇电采暖综合控制系统D. 哈尔滨工业大学, 2011.6 鹿曼. 基于Android的智能家居控制系统的设计与实现. 硕士学位论文. 2013.7 童晓渝. 物联网智能家居发展分析J.“517世界电信日”专题. 2010(9): 16-20.8 袁雪飞, 王璐萍. 智能家居：引领行业创新潮流N. 中国战略新兴产业, 2014-1-1(1).9 马荣飞. X-10家庭网络综述J. 计算机工程与设计. 2005(6):48-49.10 阎如忠, 陈云, 方明伦(上海大学与机器人中心,上海200072),詹祥臣(洛阳工学院机械系,洛阳471000). 一种电炉温湿度模糊控制器的软硬件实现J. 自动化仪表. 2011(10): 48-50.11 叶朝辉,杨士元. 智能家庭网络研究综述J. 计算机应用研究. 2001(9): 21-22.12 瞿绍军. 信息家电体系结构的研究D. 硕士学位论文. 2007.13 胡赤兵, 桑瑞鹏. 利用Visual C+6.0编制串行通信程序的实现J. 电气传动自动化. 2014(4): 43-45.14 薛飞, 杨友良. 基于GUI串口通信的实时温度监控系统设计J. 计算机应用. 2014,34(1),292-29.15 胡永红, 杜美霞，崔家镇.无人机机载终端机智能温控器设计J. 计算机测量与控制. 2013(5):32-34.