智能家居控制系统设计

高天宇

摘要：“智能家庭控制系统”是由红外遥控模块遥控实时测量温度，来实现由单片机远程控制室温和家用电器的开和关。温度是由芯片DS18B20测量，家电开关设备由中间继电器执行，液晶显示由 LCD1602实现。

关键词：STC89C52单片机;DS18B20;红外模块

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）07-0160-02

0 引言

目前，家庭智能化已成为主流发展趋势。智能家居是指利用信息和通信技术在家庭管理中，实现对家用电器、电子设备等一系列家居功能的控制，如温度、湿度、照明等的自动控制。智能家居控制系统集成了以微处理器为基础的各种家居自动化系统，用硬件和软件设施控制家居环境中的各种家用电器和电子设备。

本文设计了一种以STC89C52单片机、温度传感器为基础的智能家居控制系统来实现家居自动开灯、室内温度检测及自动开启空调等功能。

1 系统总体组成

智能家居控制系统由控制模块、红外模块、时钟模块、温度模块、电磁继电器模块、显示模块六大部分组成。

首先，红外控制模块接收信号，将信号传输给单片机，单片机再将信号分别传输给时钟模块、温度模块和电磁继电器模块。它们根据接收到的信号开始工作，最后将信息结果显示在显示模块上。时钟模块接收到信号后，显示模块将显示当前年、月、日、时。当温度模塊接收到信号后，在显示模块上显示当前的温度和电器的工作状态。当温度超过或低于设定温度时，单片机控制继电器模块自动开启或关闭空调。

2 系统硬件设计

2.1 单片机最小系统

本设计采用STC89C52单片机作为最小系统模块。 STC89C52是一个8位单片机，它的指令集与工业标准8051系列微控制器完全兼容。STC89C52嵌入了64kb的闪存，用于调用应用程序，并与系统编程代码共享。

2.2 红外模块电路设计

红外遥控模块的功能主要由芯片TC9012来实现。如图1所示，TC9012的数据格式包括引导码、用户码（共两组16位）、数据码和数据反码，共占32位。编码方式为PPM。CPU作为遥控器接收到的启动信号，只有在接收到引导脉冲后才能对接收到的数据进行解码，以防止传输信号不完整。设置了用户编码，有效地防止了多台设备之间的干扰。数据编码和数据反编码是为了保证接收数据的正确性。为了减少干扰，采用了价格低廉、性能可靠的集成红外接收机HS0038。接收频率38kHz，周期26μs，占空比1∶3的矩形波。HS0038对信号进行放大、检测和整形，得到TTL级编码信号，发送到单片机，单片机对控制系统进行解码和相关显示。因为输出信号的极性与发射信号的极性相反，因此，为了与发送信号编码一致，在解码之前必须对接收信号取反。

2.3 温度模块电路设计

温度传感器采用DS18B20芯片，是以9位数字量的形式反映器件的温度值，DS18B20通过一个单线接口发送或接受信息，因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需一条连线（加上地线），用于读写和温度转化的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。它可以直接将模拟信号转化为数字信号，降低了电路的复杂程度，提高电路的运行质量。

2.4 电磁继电模块电路设计

本设计采用三个05VDC SRD型电磁继电器来实现对家电的控制，使用遥控器的三个按钮，控制微控制器的三个端口P1.0，P1.1，P1.2端口。第一次按下，继电器开关被闭合，第二次按下，继电器开关是打开的，三个独立的控制端口，互不影响。

3 系统软件设计

智能控制系统软件的软件设计分为以下几个部分：红外模块、温度模块、时间模块、LCD显示模块。

红外模块接收控制软件，主要用于网络和设备的交流输入设计，人机界面是其主要功能。这是所有相应功能的电磁继电器端口I/O单片机都可以实现的，通过编程将其全部转换成红外遥控器的信号，控制与单片机芯片相连的红外接收器和对应于各频段传输信号的通道遥控频率，然后通过单片机串联监控电磁继电器的性能算法。红外模块程序流程图如图2所示。

温度模块主要用于驱动DS18B2温度传感器，对应于与带有小数点所获得的二进制数据变换环境监测DS18B20数据的温度的输出信号，以促进和液晶显示模块的对接。温度模块程序流程图如图3所示。

当开机时，所有程序进入初始化，按下红外遥控，定时器产生中断，则开始读取数据，被控制模块显示出相应的数值，并显示在屏幕上。

4 结语

该控制系统可以轻松地远程控制家用电器，不仅提高了家居安全、方便和舒适，同时也达到了环保的目的。本课题设计仍有很多可拓展空间，比如液晶屏可以拓展为触摸屏，遥控控制模块可以拓展为互联网软件远程控制，增加天气显示功能、光敏模块控制智能灯光、远程操控热水器烧水等。

参考文献

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