物联网智能家居控制系统 .pdf

2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文四川信息职业技术学院2014年四川省高职院校物联网大赛设计设计题目:智能家居控制系统姓名:段绍华刘富精徐建李俊男指导教师:黄超 2014 年 12 月 05 日名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文目录目录.0 摘要.0 第 1 章 方案设计.2 1.1 项目背景.2 1.2 建设目标.2 1.3 需求分析.2 1.3.1功能需求分析 .2 1.3.2对技术架构的要求分析.3 1.4 总体设计.3 1.4.1总体设计目标 .3 1.4.2系统整体流程设计.3 1.5 系统详细流程 .3 第 2 章 硬件电路设计.4 2.1 内容及其原理.42.2 红外收发模块.4 2.3 无线收发模块.5 2.4 电源模块.11 2.4.1 LM7805基本介绍 .11 2.4.2 LM1117基本介绍 .13 2.5 单片机的选择.14 2.6 硬件的主要两大模块.16 2.6.1 串口无线主机收发模块.16 2.6.2 红外终端收发模块.17 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 3 章 软件部分设计.18 3.1 手机终端控制界面.18 3.2 电脑服务器控制界面.19 3.3 TCP 协议的运用.20 附录一.23 服务器部分程序代码.23 客户端部分程序代码.24 附录二.27 51 单片机控制空调部分程序代码.27 智能家居控制系统市场前景.36 总结.37 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 1 页摘要本设计主要是一个基于物联网控制的智能家居控制系统，主要是通过手机无线传输数据给电脑服务器，服务器在以串口的方式发送给串口无线主机，串口无线主机在通过nRF905 无线模块把数据发送给红外收发器终端，最后红外终端在通过红外发送器把信号发送给智能家居。从而得到了对智能家居的控制。本系统主要分为四大模块：手机终端模块、电脑服务器模块、串口无线收发器模块、红外收发器模块。关键词：智能家居；无线组网；nRF905；名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 2 页第 1 章 方案设计1.1 项目背景智能家居是在互联网的影响之下物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，提供全方位的信息交互功能。智能家居又称住宅智能化，是智能建筑的重要组成部分。它随着科技的高速发展和人们生活要求的不断提高而应运而生，成为21 世纪的热点技术。智能家居可以定义为一个过程或者一个系统，该过程（系统）利用先进的计算机技术、网络通信技术、综合布线技术构建与家居生活有关的各种子系统。并将其结合在一起。通过统筹管理，将智能家居的被动静止结构转变为具有智慧的新动态，为住户生活提供全方位的信息交换功能。帮助家庭和外部使用者与家庭环境之间保持信息交流畅通，优化人们的生活方式。1.2 建设目标随着科技的不断发展，现在人类也进入了物联网时代，随着物联网时代的到来，使人类的生活水平也大大的提高了，现在人们不仅仅是想着吃好和穿好，而是向往一种智能化的生活方式，智能化能极大的提高人类的生活效率、能极大的提高工作效率以及经济等各方面。本设计主要是基于物联网的一个智能家居控制系统，这给人们的生活带来了极大的便利。1.3 需求分析1.3.1功能需求分析随着整个社会的发展步伐，人们的生活在快节奏的基础上越来越丰富和多元化，对于家居装修，也提出了越来越多的需求。如今，时尚、个性、环保、舒适名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 3 页手机发送指令串口接收接收并通过 905 发送无线 905 接收在通过红外发出红外编码信号给设备等等，这些词语已频频出现在住房装修装饰现场。本次设计主要是做一个关于智能家居的控制系统，能实现基本的对空调、投影仪、窗帘等等的控制。1.3.2 对技术架构的要求分析对于这次设计，主要有四个模块，第一手机发送模块，第二电脑主机模块，第三红外接收模块，第四红外发送模块。1.4 总体的设计1.4.1 总体设计目标要达到能够远距离的远范围的进行控制，要达到控制的灵敏度高、实用价值高、操作简单化、体积要小等标准。1.4.2 系统整体流程设计首先第一步进行硬件电路的设计，这里主要包括电路的设计和PCB制版。第二就是程序代码的编写，以及工艺的制作。第三就是板子的组装与调试。1.5 系统详细流程主要分为四大模块系统功能框图，如图1-1 所示。图 1-1 系统整体框图电脑服务端接收名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 4 页第 2 章 硬件电路设计2.1.内容及其原理这主要是一个智能家居控制系统，可以通过手机或者电脑就可以对智能家居进行控制，实用性非常的方便。原理主要利用单片机进行控制，首先我们这个智能家居主要分为四大模块，有手机终端模块、电脑服务器主机模块、串口无线收发器模块、红外收发器模块。它主要通过上位机编程，最后通过手机发射数据给主机服务器，在由主机以串口的方式发给串口无线主机，在由串口无线主机通过以 nRF905无线模块的方式把数据发送给红外收发器，最后红外收发器把接收到的数据以红外波的方式发给家居，从而实现了对智能家居的控制。2.2.红外发送模块红外线发光二极管由红外辐射效率高的材料（常用砷化镓GaAs）制成 PN结，外加正向偏压向PN结注入电流激发红外光。光谱功率分布为中心波长830950nm，半峰带宽约 40nm左右。其最大的优点是可以完全无红暴，（采用 940950nm波长红外管）或仅有微弱红暴（红暴为有可见红光）而延长使用寿命。光是一种电磁波，它的波长区间从几个纳米（1nm=10-9m）到 1 毫米（mm）左右。人眼可见的只是其中一部分，我们称其为可见光，可见光的波长范围为380nm 780nm，可见光波长由长到短分为红、橙、黄、绿、青、兰、紫光，波长比紫光短的称为紫外光，波长比红光长的称为红外光。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 5 页这里主要通过接收服务器主机发出的信号，使之在P1.0 和 P1.2 两引脚上产生一个 38KHz的红外波，主要起调制作用。如图2-1 所示，电路中调节RP1就能改变红外的发射与接收距离。图 2-1 红外发送电路图2.3 无线模块主要用的是 nRF905无线模块，它具有体积小，性能好等优点。如图2-2所示。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 6 页图 2-2 nRF905实物图1.模块介绍 NRF905无线模块特点：(1)433Mhz 开放 ISM 频段免许可证使用。(2)最高工作速率 50kbps，高效 GFSK 调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合。(3)125 频道，满足多点通信和跳频通信需要。(4)内置硬件 CRC 检错和点对多点通信地址控制。(5)低功耗 1.9-3.6V 工作，待机模式下状态仅为2.5uA。(6)收发模式切换时间 0;j-)for(k=i;k0;k-);/定义延时微秒函数void delay_us1(uint i)while(i-);/定义毫秒函数 void delay_ms(uint i)uint j,k;for(j=200;j0;j-)for(k=i;k0;k-);名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 31 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 29 页 void init_timer()/定时器初始化 EA=1;TMOD=0 x12;/定时器 0 方式 2即 8 位自动重载模式/定时器 1为工作方式 1(0001 0010)ET0=1;TH0=0 xEC;/定时 13.2us,0.013ms,38K 红外波，晶振 22.1184 11.592M最低 36us 24M 晶振需要跳动 26.4 次对应 E6 TL0=0 xEC;ET1=1;TH1=(65536-46080)/256;/22.1184MHZ 约为 25MS 46080 TL1=(65536-46080)%256;TR1=1;TR0=1;/数据处理-加密-串口字符数据转换成需要的16进制格式void shujuchuli()/中断void timer0(void)interrupt 1 TR0=0;count+;/led=led;/红外管状态=取反后的红外管状态/TH0=0 xED;/定时 13.2us,0.013ms,38K 红外波，晶振 22.1184 11.592M最低 36us 24M晶振需要跳动 26.4 次对应 E6 /TL0=0 xED;led=led;/红外管状态=取反后的红外管状态名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 32 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 30 页 TR0=1;/这里可以改为=0不取反另用 ne555 产生 38K信号与 p1.7 口的信号相与后接 IR/ir=irout;/红外发射管控制脚=红外管状态 /数据发送-前 35 位-3 void fasong_3()uchar i;for(i=0;i 3;i+)/set_count=hi;/设定中断次数,发送 0.8ms 38k红外波（编码中的0.56ms低电平）/led0=1;/红外发送标志 /count=0;/中断计数led0=0;/红外发送标志=1 delay_us1(hi);led0=1;/红外发送标志/while(count 1;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 33 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 31 页 /数据发送-前 35 位void fasong_8()uchar i;for(i=0;i 1;/发送数据void fasong()/ET1=0;/前导码-高 9.2ms 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 34 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 32 页led0=0;/红外发送标志=1 delay_us(116);led0=1;/红外发送标志/前导码-低 4.2ms delay_us(54);ircode=shuju10;fasong_8();ircode=shuju11;fasong_8();ircode=shuju12;fasong_8();ircode=shuju13;fasong_8();ircode=shuju14;fasong_3();/最后一段 led0=0;/红外发送标志=1 delay_us1(hi);led0=1;/红外发送标志/发送中间暂停 20ms delay_us(250);/led=1;/红外发射管控制脚=1 /delay_ms(20);/延时 20ms（编码中的 20ms高电平）前导码/后 32 位 前导码/发送数据ircode=shuju15;fasong_8();ircode=shuju16;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 35 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 33 页 fasong_8();ircode=shuju17;fasong_8();ircode=shuju18;fasong_8();/最后一段 led0=0;/红外发送标志=1 delay_us1(hi);led0=1;/红外发送标志/发送中间暂停 40ms led0=1;delay_us(250);delay_us(250);/下一段-/前 35/前导码-高 9.2ms led0=0;/红外发送标志=1 delay_us(116);led0=1;/红外发送标志/前导码-低 4.2ms delay_us(53);ircode=shuju20;fasong_8();ircode=shuju21;fasong_8();ircode=shuju22;fasong_8();ircode=shuju23;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 36 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 34 页 fasong_8();ircode=shuju24;fasong_3();/最后一段 led0=0;/红外发送标志=1 delay_us1(hi);led0=1;/红外发送标志/发送中间暂停 20ms delay_us(250);/led=1;/红外发射管控制脚=1 /delay_ms(20);/延时 20ms（编码中的 20ms高电平）前导码/后 32 位 前导码/发送数据ircode=shuju25;fasong_8();ircode=shuju26;fasong_8();ircode=shuju27;fasong_8();ircode=shuju28;fasong_8();/最后一段 led0=0;/红外发送标志=1 delay_us1(hi);led0=1;/红外发送标志/发送中间暂停 40ms delay_us(250);delay_us(250);名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 37 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 35 页/主函数void main(void)cuankou1=0;init_timer();count=0;/中断计数 flag=0;/红外发送标志 led=0;led0=1;hi=40;/0.8ms low=120;/1.42ms low1=44;/0.42ms/while(cuankou1)/扫描串口 shujuchuli();cuankou1=1;if(cuankou1=1)delay_ms(100);fasong();delay_ms(100);cuankou1=0;/shujuchuli();void timer1(void)interrupt 3 TH1=(65536-46080)/256;/22.1184MHZ 约为 25MS=0.025s TL1=(65536-46080)%256;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 38 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 36 页智能家居控制系统市场前景经调查现在中国电脑用户有4 亿之多，移动手机用户高达12 亿。我们这套基于物联网的智能家居系统是通过手机APP平台，电脑做服务器，再通过无线模块红外遥控进行对家电的控制。对于现在居住在城市的家庭来说大部分家庭都有电脑，手机那就是毋庸置疑的了，这就是最大的问题已经变得不是问题，还有就是我们的无线控制模块性价比高，一般的家庭都有能力购买。我们采用的是NF905具有上千米的传输距离，穿透能力强，可提供20 个以下的节点，对于一般的家庭也够用了。而且适用于多对多的控制（家里有手机的人都可以下个APP对家里的所有电器进行控制）中国的上班一族也占有全国的40%，当自己去上班忘记了家里的家用电器没关或者煤气泄漏等。都可以通过手机联网对家用电器、煤气远程管理。上班本来就很累了下班回家还的去做饭，热水等。当我们有了这套系统之后就不用担心这些问题了。我们可以在下班前提前发条命令把饭煮好、把水热好等。平民化将是智能家居控制器的发展趋势，系统也将逐步迈向绿色化。最终，我想全人类的梦想是智能家居控制系统将囊括所有的家事杂物，让我们真正的享受舒适温馨的家庭生活。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 39 页，共 40 页 -2014年四川省高职院校物联网大赛设计论文第 37 页总结经过我们团队在一个月的时间里，经过我们的不懈努力，最终完成了智能家居的控制系统设计，在这次设计中，我体会到了只有实践才是检验真理的唯一标准，在前期，我们也遇到了很多很多的困难，最后在老师的指导下，在自己的努力下，都完成了本次任务。在这整个制作的过程中，我们学到了很多很多的知识，但也更加清晰的认识到了自己还有许多不足不懂得地方，这些都还值得我们下来在好好的学习，我们在制作的过程中主要分以下几步进行的。一：方案的拟定；二：硬件电路的设计制作与调试；三：软件部分的编写；四：综合性的调试与运用。在制作的过程中，我们遇到了很多很多的困难，首先在硬件电路的设计和包括制PCB板等，都遇到过困难，起初由于我们布的线太细了，导致在实验室制板的时候出现了问题，同时我也深刻的认识到PCB布局排版的重要性，布局美观合理才能达到一种很好的效果。而软件编程上也遇到了很多的问题，这些都需要我们慢慢的去解决。通过这次的比赛，我们都学到了很多的知识，同时也明白了团队的合作也非常重要，最后我相信每一次进步一小点，汇聚起来就会是超大步！名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 40 页，共 40 页 -