一、引言 21世纪是一个信息化的时代,各种电信新技术(通信技术、计算机技术、控制技术、传感器技术)的迅猛发展与提高,促进家庭实现生活现代化,居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面,在改变人们的生活习惯的同时,大大提高了人们的生活质量,家居智能化正是在这种形势下应运而生的。 智能家居控制系统的功能主要包括通信、设备自动控制、安全监控三个方面。智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。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,有机的结合在一起,通过统筹管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具,提供全方位的信息交换功能,帮助家庭与外部保持信息交换畅通,优化人们的生活方式,帮助人们有效安排时间,增强家居生活的安全性,甚至为各种能源费用节约资金。
一、引言
21世纪是一个信息化的时代,各种电信新技术(通信技术、计算机技术、控制技术、传感器技术)的迅猛发展与提高,促进家庭实现生活现代化,居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面,在改变人们的生活习惯的同时,大大提高了人们的生活质量,家居智能化正是在这种形势下应运而生的。
智能家居控制系统的功能主要包括通信、设备自动控制、安全监控三个方面。智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。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,有机的结合在一起,通过统筹管理,让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比,智能家居不仅具有传统的居住功能,提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具,提供全方位的信息交换功能,帮助家庭与外部保持信息交换畅通,优化人们的生活方式,帮助人们有效安排时间,增强家居生活的安全性,甚至为各种能源费用节约资金。
智能家居控制系统可以提供家电控制、照明控制、室内外环境监控、窗帘自控、防盗报警等各种功能。随着新技术和自动化的发展,传感器的使用数量越来越大,功能也越来越强,各种传感器都已经标准化、模块化,这给智能家居控制系统的设计提供极大方便。
二、系统总体设计概述
(一)硬件组成电路框图
智能家居监控系统是由电源电路、单片机最小系统电路、温湿度传感器数据采集电路、显示(液晶显示)电路、红外探测电路以及报警电路组成,具体系统方框图如图1所示:
(二)电路基本工作原理介绍
本系统主要有两大任务:对温度、湿度、结露点等环境进行检测;采用红外检测实现防盗功能。由Atmega16单片机构成的单片机最小系统是整个系统的控制核心,通过PA0口控制温度传感器SHT11,实现温、湿度值的读取并转换;液晶显示器SO12864-14C由PA2~PA7口控制,实现温度、湿度以及结露点显示;红外选用LHI778全自动感应探头,构成红外检测电路,实现防盗功能。
当人体进入其感应范围则输出高电平信号实现报警,人离开时则自动延时关闭高电平,输出低电平信号。
三、系统硬件电路设计
(一)USB接口电源电路
系统采用USB接口电源电路输出3.3V的电压供电,USB接口电源电路主要利用一个三端稳压块SP1117(U4),来实现将USB接口输出的5V电压稳定在3.3V。电路还接有一个发光二极管(D1)起到电源指示灯作用。具体的电路如图2所示:
(二)单片机最小系统电路
选用ATmegal6单片机作为处理器,主要因为它内置WDT,具有高速、低功耗,可直接驱动LED、SSR或继电器等特点。
ATmega16已经内置了上电复位设计,故AVR外部的复位线路在上电时,可以设计得很简单,直接拉一只10K的电阻(R3)到VCC即可。为了可靠,再加上一只0.1μF的电容(C2)可以消除干扰、滤波。ATmega16已经内置了RC振荡电路,可以产生1M、2M、4M、8M的振荡频率,故不需外接晶振电路。具体的电路如图3所示:
(三)温湿度传感器数据采集系统电路
本系统采用传感器SHT11来进行温湿度采集,选用SHT11,主要是因为它采用CMOSSens专利技术将温湿度传感器、A/D转换器、数字接口、校准数据存储器以及标准I2C总线等电路全部集成在一个芯片上。这样的集成使得传感器体积更小、响应速度变快、接口简单、性价比变高,便于利用。通过SHT11,将采集到的温湿度数据输入到单片机的ATmega16的PA0接口,SCK信号输入到单片机的PA1接口。具体电路如图4所示。图中电源引脚(VDD,GND)之间可增加一个100nF的电容(C1),用以去耦滤波。
DATA的三态门用于数据读取,DATA在SCK的下降沿改变状态,并仅在SCK时钟的上升沿有效。数据传输期间,在SCK时钟高电平时,DATA必须保持稳定。为避免信号冲突,处理器应驱动SHT11的DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻(R2)将信号提拉至高电平。
(四)红外探测电路
根据人体的特定波长作为发射体,由红外传感探头LHI778检测到这种红外线的变化并予以放大选频处理后,可以推动适当的负载,从而构成人体红外感应自动检测电路。这个检测技术较之超声、哑声、微波方式更为灵敏准确。当人体进入其感应范围则输出高电平信号,同时驱动蜂鸣器报警。
(五)液晶显示电路
选用SO12864-14C这个系列型号的液晶显示器,是基于它的FSTN黑白的LCD类型显示模式,6800的时序方式,以及4.2V的背光电压等特点考虑。通过Atmega16的PA2~PA7口来控制,具体与单片机的连接如图5所示:
(六)报警电路
报警模块主要是由一个蜂鸣器、一个三极管和两个电阻组成。ATmega16检测到红外检测电路传送来的高电平信号,通过PC7口输出一低电平信号经过三极管放大,驱动蜂鸣器发出报警。报警电路如图6所示:
四、系统软件设计
软件采用C语言编写,在keil环境下开发,核心是SHT11温湿度数值的读取与转换、显示子程序。主程序流程框图如图7所示。
五、结束语
本文介绍了一种基于AVR单片机的简易智能家居监控系统,系统硬件控制采用AVR单片机作为微处理器,通过温度传感器SHT11收集温湿度信号,利用液晶显示器SO12864-14C显示当前的温度、湿度及结露点;软件采用C语言进行功能模块编译。与传统的家居监控系统相比,本系统成本低,实用便利,能给家居生活提供一种安全保障。若系统结合通信,将报警功能体现在手机信息提示上则系统设计就更加完美。