综合课程设计--基于51单片机智能家庭小管家

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1、 计算机与信息学院 电子信息工程系综合课程设计报告 专 业 班 级 电子信息科学与技术 学 生 姓 名 及 学 号 指导教师 老师 课题名称 基于 51 单片机智能家庭小管家 2013 2014 学年第 三 学期 第 2 页 一、一、课题的基本描述课题的基本描述 目标：本课题目标主要是通过多点采集室内温度、湿度、光线强度、以及检测室 内是否有人来控制室内一些家用电器的自动工作。采集到的温度和湿度显示与实际温 度和湿度误差小于 1 度；控制速度小于 10 分钟。具体家用电器涉及到：1、空气加湿 器；2、电风扇；3、应急灯等。 意义：在一定程度上解放人类的双手，对人们日常生活中本来就不太注意的一些

2、 生活细节通过单片机进行自动控制，以此提高人们日常生活的质量。 二、二、设计的基本要求设计的基本要求 本课题通过热释电人体红外传感器检测室内是否有人，如果检测到有人则控制家 用电器正常工作，否则所控制的家电则自动断电。 各个家用电器的控制过程： （1）对应急灯的控制：应急灯只在有人晚上回家时自动打开，以避免人晚上回到 家时屋内漆黑一片所造成的不便；并且当有人打开屋内的日常照明灯时则自动关闭应 急灯；但是当晚上人们关灯睡觉后应急灯也不会自动打开。 （2）对空气加湿器的控制：一般人们处在湿度在 40%50%之间会感觉比较舒适， 当湿度过低或者过高时则会引起人们的不适；所以当湿度低于 50%时空气加

3、湿器就自 动打开，并且湿度越低加湿器运行速度越快、湿度越接近 50%运行速度越慢，当室内 湿度超过 50%时则自动断电。 （3）对电风扇的控制：当温度高于 25 时人体就会开始从外界吸收热量，当温 度高于 30人就会热得比较难受时，为了保证电风扇的工作有意义，所以只有当从机 2 能检测到人时才会打开。所以当温度高于 25 并且从机 2 能检测到人时电风扇就会 打开一档，当温度高于 30 时打开二档。 三、三、技术方案及关键问题技术方案及关键问题 从实际考虑出发，由于各个家用电器可能处于屋内的不同地方，甚至相隔比较远， 而且家电还可能根据个人需要移动位置，所以如果想只用一块单片机通过有线的方式

4、去控制所有家电的话不太现实、也不够灵活。因此我设计成主从机模式，一个主机、 多个从机，采用星型方式通过无线模块进行相互通信。同时为了使所采集到的信息能 够更加准确的反应室内的真实情况，主机和每个从机都携带了相关的传感器。其中主 机主要实现人机对话，以及将接收到的从从机发来的数据整理并打包之后再发向各个 从机；并且还执行向从机发送指令的任务；而从机主要实现接收主机发来的数据并将 数据进行相关分析处理，之后根据处理结果对家电进行相关控制。 对于热释电人体红外感应模块，当感应到有人时会输出高电平（3.3V） ，当感应不 到人时输出低电平（0V） ；而且其最大感应距离是 7 米，因此为了避免人体感应存

5、在盲 第 3 页 区，所以在整个屋内放置多个人体感应模块是很有必要的。又由于当其感应到有人时 只输出 3.3V 的高电平，而我设计时使用的是 5V 电压的 51 系列单片机，所以需要将感 应器输出的 3.3V 的电压转变为 5V 电压。图 1 即为 3.3V 电压转变成 5V 电压的电路图。 图 2 为热释电人体感应器电路图。 图 1 3.3V 转变为 5V 电压电路图 图 2 热释电人体感应器电路图 对于 NRF24L01 无线模块正常供电是 1.9V3.6V，如果采用高于 3.6V 电压供电时很 容易烧坏模块。由于我使用的是 5V 电源，因此为了使电压匹配，需要将 5V 电压变为 3.3V

6、 电压， 为此我使用了 AMS1117 模块， 该模块不仅可以将 5V 电压转变为 3.3V 电压， 而且还具有稳压的功能。图 3 是 AMS1117 模块的电路图。 第 4 页 图 3 AMS1117 模块的电路图 又由于所控制的家用电器的电源电压一般都很大，因此需要通过继电器对其进行 控制。所以我在单片机与家电之间都加了继电器。 图 4 是主机系统电路图，它一共包括 7 个部分，其中 STC12C5A60S2 单片机作为主 机系统处理器；LCD12864 作为主机系统显示器，主要用来显示主机传感器以及各个从 机传感器所采集到的温度、湿度、光电转换后数值以及日历；而 NRF24L01 无线模块主 要用来与各个从机通信；DHT11 温湿度传感器主要用来采集当前温湿度的；热释电人 体红外传感器用来感应室内是否有人；光敏电阻用来将光线强度转换为电压信号，之 后通过单片机内自带的 10 位 ADC 转换功能将模拟电压信号转变为数字信号； 5V 到 12V 升压模块用来给应急灯供电。 图 4 主机系统电路图 图 5 为从机系统 1（二号机）电路图，包含 7