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基于单片机的智能家居环境监控系统的设计_基于单片机的智能家居环境监控系统设计与实现-硬件开发文档类资源-CSDN下载内容包括详细设计文档word版，附带开题报告和相关PPT等文档，供大家参考学习。也可在本博客主页找到基于单片机的智能家居环境监控系统设计与实现更多下载资源、学习资料请访问CSDN下载频道.https://download.csdn.net/download/u013253075/45705959

目  录

摘要-- I

ABSTRACT- II

1  引言-- 1

1.1  研究背景及意义-- 1

1.2  研究任务-- 1

1.3  论文章节安排-- 2

2  设计方案论证-- 3

2.1  整体系统方案-- 3

2.2  单片机的选择-- 3

2.3  传感器的选择-- 4

2.3.1  温湿度传感器的选择-- 4

2.3.2  烟雾传感器的选择-- 5

2.3.3  人体红外传感器的选择-- 6

2.4  屏幕显示部分的选择-- 7

3  智能家居环境监测系统的硬件设计-- 8

3.1  主控电路模块-- 8

3.1.1  STC89C52单片机-- 8

3.1.2  最小系统电路-- 8

3.2  传感器电路模块-- 9

3.2.1  DHT11温湿度检测电路-- 9

3.2.2  MQ-2烟雾检测电路-- 10

3.2.3  HC-SR501人体红外检测电路-- 11

3.3  显示电路模块-- 13

3.4  报警驱动电路模块-- 13

3.4.1  蜂鸣器报警电路-- 13

3.4.2  LED指示报警电路-- 14

3.4.3  继电器驱动电路-- 14

3.5  按键电路模块-- 15

3.6  整体硬件电路设计-- 15

4  智能家居环境监测系统的软件设计-- 17

4.1  主程序设计-- 17

4.2  模块化程序设计-- 18

4.2.1  数据采集模块程序设计-- 18

4.2.2  显示模块程序设计-- 18

4.2.3  按键及报警模块程序设计-- 19

5  系统调试-- 21

5.1  仿真调试-- 21

5.2  实物调试-- 22

6  总结与展望-- 24

6.1  总结-- 24

6.2  展望-- 24

参考文献-- 25

致谢-- 27

附录-- 28

摘  要

当今家居生活中面临各种环境与健康安全问题，如空气湿度过低，容易让人患上呼吸系统的疾病；CO、甲醛等有害气体危害人体健康；天燃气泄漏引起的爆炸事故频发等。人们对高品质生活环境的追求越来越强烈，所以居住环境的各种参数得到了大家的广泛重视。随着智能化与信息化的快速发展，我们可以利用现代科技对家居环境进行监测及调整，使我们的居住体验更加美好。

本设计完成一个可以监测温湿度、有害气体以及非法入侵的智能家居监控系统，包括主控模块、传感器模块、显示模块、报警驱动模块等。

系统的控制核心是STC89C52单片机，通过DHT11传感器来监测室内温湿度，烟雾传感器MQ-2监测有害气体烟雾浓度，HC-SR501传感器用来监测人体信号，按键电路可以设置监测数据上下限阈值及人体红外监测布防状态，当超过阈值时，蜂鸣器和LED灯声光报警，同时通过继电器驱动相应电器，实时对家居环境进行调控。此外，通过LCD1602液晶屏显示实时温湿度、烟雾浓度等信息供人们实时了解家庭环境状况，从而保证家庭生活环境的安全与舒适。

关键词：单片机  传感器  智能家居  环境监测

ABSTRACT

Today's home life is faced with a variety of environmental and health safety problems, such as low air humidity, easy to make people suffer from respiratory diseases;CO, formaldehyde and other harmful gases harm human health;Gas leakage caused by frequent explosion accidents.People's pursuit of high quality living environment is more and more intense, so the various parameters of living environment have been widely valued by everyone.With the rapid development of intelligence and information technology, we can use modern technology to monitor and adjust the home environment, so as to make our living experience more beautiful.

This design completes a smart home monitoring system that can monitor temperature and humidity, harmful gases and illegal invasion, including the main control module, sensor module, display module, alarm drive module and so on.

The control core of the system is STC89C52 microcontroller, through the DHT11 sensor to monitor indoor temperature and humidity, smoke sensor MQ-2 to monitor the concentration of harmful gas smoke, HC-SR501 sensor to monitor human signals, the key circuit can set the threshold of monitoring data and human infrared monitoring distribution state, when the threshold is exceeded,Buzzer and LED light sound and light alarm, while through the relay drive circuit corresponding electrical appliances, real-time control of the home environment.In addition, through the LCD1602 LCD display real-time temperature and humidity, smoke concentration and other information for people to understand the home environment in real time, so as to ensure the safety and comfort of the family living environment.

Key words: MCU  sensor  smart home  environmental monitoring

1  引言

在人们的日常生活中，一些潜在的环境因素会影响人们的身体健康，比如说空气湿度低的时候，气候太干，容易让人患上呼吸系统的疾病。当环境温度过高时，可能会使人中暑，出现头昏、恶心和呕吐等身体不适症状。但我们一般觉察不到这种潜在的环境变化，这时智能家居的作用就会体现出来，通过传感器技术可以检测到湿度的变化，智慧系统就会自动打开加湿器、空调等家电，来调节空气中的温湿度。

天燃气泄漏引起爆炸的事故频发，据统计，导致天燃气爆炸事故多是因为煤气灶使用不当，或操作不当，而引起煤气泄漏，造成事故。微小的可燃有毒气体外泄，人们不易察觉，从而导致事故的发生，危害人身安全。......

因此，由于当今家居生活中面临的各种环境与健康安全问题，人们对健康及相关因素关注意识不断增强。随着智能化与信息化的快速发展，我们可以利用现代科技对家居环境进行监测及调整，使我们的居住体验更加美好。

本次设计以单片机为控制核心，通过传感器技术来采集环境参数，液晶显示器显示数据，按键调整数据阈值，超出阈值报警。主要实现以下功能：

（1）选用合适的传感器实现家居环境的温湿度、......

（2）通过按键设置监测数据上下限阈值及人体红外监测布防状态.......

（3）通过LCD1602液晶屏显示温湿度、烟雾浓度、......

（4）实现对环境参数的实时调......

将从以下几个部分撰写：

（1）引言：介绍研究的背景及意义，具体的研究任务。

（2）设计方案论证：通过对比，选择适合本次设计的硬件。

（3）系统的硬件设计：介绍硬件的工作原理，在本次设计中实现的功能。

（4）系统的软件设计：介绍软件设计思路和工作流程。

（5）调试：对硬件和软件代码进行调试。

（6）总结与展望：总结收获和遇到的问题，并对系统功能优化进行展望。

2  设计方案论证

根据本系统的设计思路、设计原则及相关功能要求，同时考虑尽量降低系统的硬件成本，提高系统的适用性及降低整个系统的复杂性，最终确定系统整体设计如图2-1所示。

图2-1  整体设计框图

方案一：

STM32系列芯片，如下图2-2所示，......

图2-2  STM32系列芯片

方案二：

STC89C52芯片，如下图2-3所示，STC89C52是基......

图2-3  STC89C52芯片

从以上方案结合本次设计所需要用到的功能来看，选择STC89C52比较合适，性价比高，虽然STM32系列单片机功能强大，......

方案一：

DHT11温湿度传感器，性价比高，是目前市面上比较常用的传感器。如下图2-4所示，......

图2-4  DHT11温湿度传感器

方案二：

AM2320温湿度传感器，如下图2-5所示，......

图2-5  AM2320温湿度传感器

通过对比以上两个方案，可以看出AM2320的温度......

方案一：

MQ-2型烟雾传感器属于二氧化锡（SnO₂）半导体气敏材料，如下图2-6所示......

图2-6  MQ-2烟雾传感器

方案二：

MQ-7型烟雾传感器所使用的气敏材料和MQ-2相同，都是二氧化锡，器件原型如下图2-7所示......

图2-7  MQ-7烟雾传感器

综合考虑，MQ-7在检测CO气体方面比较突出，但不适合本次设计的要......

HC-SR501人体红外传感器，可以检测到人体热量散发释放出的红外线辐射，如下图2-8所示，.....

图2-8  HC-SR501人体红外传感器

方案一：

LCD1602液晶显示器，如图2-9所示，有11个引脚可以与单片机相连，......

图2-9  LCD1602液晶显示器

方案二：

LCD12864液晶显示屏，如图2-10所示，带中文字库的128X64，......

图2-10  LCD12864液晶显示屏

综合考虑，根据单片机引脚数量和需要显示的数据，......

3  智能家居环境监测系统的硬件设计

单片机俗称微型计算机，......本次设计选用的单片机是由STC公司，生产的STC89C52。

STC89C52具有CMOS8位微控制器，......

单片机最小系统电路如图3-1所示。主要包括三个部分：......

图3-1  单片机最小系统电路

电源：.....

晶体振荡器电路：......

复位电路：......

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器[6]。......

DHT11传感器内部会自带校准系数，传感器内部在对外界环境进行信息处理......

各引脚功能说明如表3-1所示。

表3-1  DHT11传感器引脚功能

Pin

名称

功能

1

VDD

供电 3~5.5VDC

2

DATA

串行数据，单总线

3

NC

空脚

4

GND

接地，电源负极

DHT11传感器电路如图3-2所示。

图3-2  DHT11传感器电路

DHT11传感器性能参数如表3-2所示。

表3-2  DHT11传感器性能参数

测量范围

测湿精度

测温精度

分辨率

封装形式

20~90RH  0~50℃

土5%RH

士2°C

8bit

4针单列直插

DHT11传感器电气特性如表3-3所示。

表3-3  DHT11传感器电气特性

参数

条件

Min

typ

max

单位

供电

DC

3

5

5.5

V

测量

0.5

/

2.5

mV

供电电流

平均

0.2

/

1

mA

待机

100

/

150

uA

采样周期

秒

1

/

/

次

使用注意事项，传感器使用要放在适合的环境条件中，通常境况下温度：10~40℃ 湿度：60%RH以下。不能暴露化学物质中，还有长时间的太阳照射，......

MQ-2烟雾传感器，由于其构成材料的特殊性，烟雾浓度会影响电阻值的变化，输出的信号也会发生变化，利用了这个特性来检测烟雾，它适用于检测液化石油气......

使用MQ-2传感器，还可以使用数字引脚或模拟引脚来完成此操作。只需用5V为模块供电，模块上的电源LED会发光，并且......

MQ-2传感器引脚说明如表3-4所示。

表3-4  MQ-2传感器引脚

Pin

名称

功能

1

VCC

接电源，5V工作电压

2

GND

接地，电源负极

3

DO

数字开关输出接口（0和1）

4

AO

模拟量输出接口

因为本次设计用到的烟雾传感器MQ-2输出模拟信号，需要A/D转换电路进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号，方便51单片机对信号数据进行处理。......MQ-2和ADC0832电路如图3-3所示。

图3-3  MQ-2和ADC0832电路

人体无时无刻不在散发着热量，这些热量都是以红外线辐射的形式释放的[7]，......

电气参数如表3-5所示。

表3-5  HC-SR501电气特性

参数

工作条件

工作电压范围

直流电压4.5-20V

静态电流