智能家居控制系统论文.doc

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称 智能家居环境检测与监控系统的设计使用专业 自 动 化 学生姓名 柯 子 攀 学生学号 6102150409 教师姓名 刘 璐 玲 教师职称 讲 师 2016年 4月 16 日武汉工程大学邮电与信息工程学院 2016 届毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）题目 智能家居环境检测与监控系统的设计学生姓名 柯子攀专业班级 12自动化04班指导教师姓名 刘璐玲职称讲师一、 课题背景、目的以及意义人类已进入21世纪，现代科技力量打破了传统的时空界限，借助网络和飞速发展的信息技术，人们可以足不出户纵览全球。电子商务、远程教育、家庭网上办公、网上购物、网上旅游聊天、社区智能管理等等，以超乎想象的速度改变了人类的生产、生活方式，更深刻地影响到人类的思维模式和生存状态。为了适应信息化时代要求，在家居方面，世界上一些科研机构已经将智能大厦的概念和模式引进智能小区，并进一步引进家庭，由此产生了智能家居这一概念。智能家居控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。现代社会，商品经济竞争日益激烈，工作节奏不断加快。对于全身心投入竞争的人们，家务工作方面必然力不从心，家务管理因此就显得尤为重要。智能家居控制器可以提供智能控制方案，使家庭主人在处理家务方面，即快捷又省力。还提供舒适健康的环境，可以监视室内的温度、湿度，进而控制空调机的运行，达到人工模拟大自然的气息。使人们将来足不出户就能体验和享受到身临大自然的美好境地。加大了处理紧急情况的力度、增强了住户无人在家时的安全感，使人们能够全身心地投入工作，从而提高生活质量。住宅智能化控制的开发与建设是21世纪发展的必然趋势。由于信息技术的大力普及和应用，极大推动住宅小区智能化建设的进程，更为住宅小区智能化提供了可靠的技术保障，实施起来更加容易和简捷。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，有机地结合在一起，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。1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是对一座旧式大楼的一定程度的改造而完成的。它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。2000年，新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达4万户。2003年，网络化家居的建设带来了高达4500亿美元的市场价值，这其中有3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年，50%以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。例如：微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM公司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳得技术强占家居市场。此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。20世纪90年代后期，我国的智能小区日益兴起。众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。在97香港回归之际，在建设部“97跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，揭开了全国智能小区发展的序幕。1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。据建设部要求，截止今年，我国将有70%以上的家庭拥有Internet入网设备，大中城市中50%的住宅要实现智能化。 智能家居对我国来说还是新鲜事物，目前正处于初级阶段，有关的系统理论还在不断发展、完善。随着智能家居的新技术、新产品日新月异地发展，对它的认识也将不断提高和深入。 本课题研究的智能家居环境检测与监控系统主机能检测房屋温度、湿度、PM2.5，并时时显示状态量，控制空调、加湿器、空气净化器以达到符合房间标准的要求；从机检测屋外是否下雨、光照度、并控制窗户开关等功能，主机能人为设定待控设备状态，且能通过无线通信方式遥控从机强制改变待控设备状态。论文主要内容安排如下： （1）复习模电、数电、单片机原理、电机与拖动、传感器原理及其应用等专业基础 课程；  （2）查找STM32F103RCT6单片机、液晶屏模块、无线通信模块nrf2401、温湿度 模块DHT11、PM2.5模块、光敏电阻、步进电机、光耦等相关资料，以及相关 应用的实例；  （3）搜索本课题的相关资料，学习并比较。与课题联系，做出做好选择； （4）设计电路并完成硬件连接，调试；  （5）编写控制程序，完成软件调试，实现整套系统；  （6）课题总结，撰写报告。 本课题拟解决的问题： （1）设计智能家居环境检测与监控系统系统总体方案与硬件模块设计，主要包括无 线通信模块、液晶屏显示模块、温湿度模块DHT11、PM2.5模块、光敏电阻、 步进电机、光耦隔离电路的设计。 （2）给出总体程序流程图和模块化设计，并作了子程序的编译。 （3）对样机进行调试，通过实物测试，使主单片机可以与从机无线通信、单片机可 以读取各模块数据并显示在主单片机液晶屏上，主单片机可以控制空调、加湿 器、空气净化器，从机可以控制步进电机开关窗户，实现基本的功能要求。 参考文献 1 康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）.华中科技大学电子技术课程组 2 阎石.数字电子技术基础（第五版）.清华大学电子学教研组 3 刘振兴.电机与拖动. 湖中科技大学出版社 4 李艳红.传感器原理及其应用.北京理工大学出版社 5 张毅刚.单片机原理及其应用（第二版）.高等教育出版社 6 方红琴.C语言程序设计.湖中科技大学出版社 7 郭天祥.51单片机C语言教程.电子工业出版社 8 高小平. 中国智能家居的现状及其发展趋势J，2005年，04期 9 龚仕伟.陈建飚.智能家居功能分析及展望J建筑电气，2010 10工业与民用配电设计手册.中国航空工业规划设计研究院组编.中国电力出版社 11智能建筑与建筑智能化系统.电讯技术出版社.1999  12黄希煌.智能家居多媒体终端的研究.电子技术出版社 13徐欣.智能家居：现状、研究与思考.电子产品世界出版社 14任德华.智能家居的发展动向.建筑与装饰出版社15何立民.嵌入式系统的定义与发展历史二、毕业设计方案或毕业论文研究方案 系统结构框图如图1所示。本系统的主要电路包括：读卡器数据采集电路、串行E2PROM存储电路、LCD1602显示电路、串口通讯电路、报警电路、门控电路、按键电路。 （1）数据采集：各模块与单片机之间都有相应的通信方式，温湿度模块单总线通信方式，PM2.5模块脉冲信号与AD采集，LCD液晶屏并行通信，无线通信模块SPI通信协议，其它均为简单IO口状态检测、AD采集、PWM方波信号输出、电磁继电器控制。 （2）数据分析：STM32F103RCT6接收到数据后，与相应设定信号量比较，得出信号量是否超标的结论 （3）相应操作：针对数据的采集和分析的结果，单片机发出控制信号控制相应设备作出动作。LCD 液晶屏 STM32 (主机)温湿度模块 空调PM2.5模块 按键模块 加湿器 空气净化器 无线通信模块（发送）雨水检测模块 STM32 (从机) 光敏电阻 步进电机步进电机驱动 无线通信模块（接收）图1 系统结构框图三、毕业设计（论文）预期成果及创新 预期成果：主机检测房屋温度、湿度、PM2.5，并时时显示状态量，控制空调、加湿器、空气净化器以达到符合房间标准的要求；从机检测屋外是否下雨、光照度、并控制窗户开关等功能，主机能人为设定待控设备状态，且能通过无线通信方式遥控从机强制改变待控设备状态。创新：（1）从机多个，能控制房屋各个设备及门窗； （2）房屋状态和监控视频能通过网络的形式发送至指定手机，实现实时监控； （3）规模化，将一个小区建设成一个整体，可以起到防盗的功能：学部审核意见学部主任（签字） 年 月 日注：此表中的一、二、三项，由学生在教师的指导下填写。