“智能家居”之环境监控系统设计.pdf

文章编号：（）“智能家居”之环境监控系统设计王晴（江西青年职业学院 经管系，江西 南昌 ）摘要：随着国家科学技术的日益发展，智能家居监控系统也逐渐走入百姓的日常生活。而为了营造一个安全、健康、舒适的生活环境，需要智能家居系统来随时监控身边的居住环境，并且能够实现升级改进，系统是基于此而设计的。主要设计任务是利用 完成对监测范围内环境参数的信息采集，采集信息包括温度、有毒气体、湿度、风速和光照强度等环境参数，并对监控的信息通过 液晶进行显示。依据系统整体结构，基于单片机制作完成环境检测系统的硬件电路设计，编写完成系统软件设计，通过程序调试最终实现系统设计的要求。关键词：环境监测；液晶；串口中图分类号：文献标识码：伴随随着我国经济的快速发展，温度、湿度、光照强度等环境因素对我们的生存环境和社会活动影响越来越大。人们的生存环境也正在逐渐遭受破化。为了改善人类的生存环境，避免环境的恶化，环境的监测显得尤为重要。对环境参数的实时监测，已经引起了我们国家和社会的广泛关注。因此，开发低成本、高性能的“智能家居”之环境监控系统检测设备，已经成为一项非常迫切的任务 。国内环境监测的研究较慢，但是随着我国对这一技术的不断研究，环境监测手段从单一逐渐发展到多种监测手段，如生物、物理、生态监测等。对收集到的数据处理，也要达到智能化采集 。环境监测多采用现代化的监测设备，这不仅可以提高数据分析的准确度和精密度，而且可以为环境管理提供了更可靠的数据支持。环境监测与预警信息化系统是以国内污染源的自动监控系统为基础，该系统中实时的监控、分析与预警功能能够有效的促进污染源自动监控、提升环保信息化管理水平 。本项目是基于单片机来建立“智能家居”环境监测系统，包括硬件设计、软件设计、数据采集程序设计、系统调试等。收稿日期：作者简介：王 晴（），女，江西南昌人，教授，硕士 系统设计性能指标概述一种基于单片机的环境系统 （包括温度、风速、有毒气体和光照强度等采集参数），并对采集的信息处理同时可进行远程的数据传输，其设计目标如下：）实现对温度、有毒气体、风速和光照强度采集；）实现信息的本地显示和数据的远程传输；）通按键设置报警上下限值；）实现超限报警；）实现系统的硬件电路设计和软件程序设计。硬件设计系统电路采用分模块的程序设计方法 ，包括单片机电源电路、控制电路、数据通信电路以及显示电路等。本文将对系统的硬件电路设计原理进行分析，并且说明了电路中的各个元器件的工作原理。具体实现原理如图 所示。电路 的 工 作 原 理 主 要 是 通 过 用 单 片 机 作为最核心的主控芯片，用 电源芯片为整个设计电路进行供电工作，然后通过各种传感器对室内环境进行采集数据，将收集到的数据通过传输模块传到主控室，进行数据分析，如果报警模块会发出警报，可能是采集到的数据位于设定的值之上，并能在液晶显示模块上显示，从而告诉第 卷 第 期兰州石化职业技术学院学报 年 月 ，人们室内环境的情况，并进行及时的处理。图 主流程图 软件设计主函数首先初始化单片机的各个部件的参数，其中包括 口、定时器、。程序初始化完成以后，就进入轮询状态，在循环中不断轮流询问按键是否被按下，如果有的话则进入按键处理程序。等到按键处理完后，然后等待是否到了 定时时间。如果定时时间到了，则开始测量传感器输出值，处理后进行显示和数据的远程发送，其程序设计如图 所示。图 系统设计流程图 数据采集程序设计 温度传感器采集程序设计当单片机收到了 的脉冲应答回复，则继续发送跳过 命令和温度读取命令。接着对数据进行重复检验，如果满足了 字节和 校验也正确则移入温度暂存器。有毒气体和风速采集程序设计单片机对 的操作步骤如下：第一步是向 端输入脉冲，用 端输入通道功能。第二步，在第个时钟脉冲信号下降沿之前，将 端拉高，发送起始信号。第三步，在第 、个时钟脉冲信号下降沿之前将 端输入位数据选通道号；第个脉冲下降沿 端利用 读取 数据；第 个时钟脉冲信号开始以后，依次输出转换后数据的高八位，一直到第 个脉冲结束。最后将 位完整的数据输出，一直到第 个时钟脉冲信号输出，即完成了一次 转换，同时 将置高电平。光强采集程序设计光强传感器采用 ，它输出的信号将发生由高电平到低电平的跳变。当单片机检测到 口的电平跳变后，则可根据接收到的信息做出相应判断，进而实现光强的超限报警。显示程序设计程序运行到显示子程序，对于控制器发送来的信息进行显示，显示的信息主要有温度值、有害气体浓度、风速值、光强信息和系统运行的报警信息。进行显示程序首先进行初始化操作，操作完成后读“忙”状态，不如显示器处于正常状态，控制器对显示器件进行读写操作，获取显示的 地址，然后对将显示内容进行显示，显示完成后返回主程序继续执行。通讯程序设计本设计通讯的过程是对单片机串口操作的过程，选择的模块的通讯波特率为 。异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符中的位是以固定的间隔传送。通讯程序是将数据采集程序处理的数据，根据通讯协议进行打包加上起始符、帧长、从机地址、校验和结束位，通过 总线发送给主机。其中，系统通讯协议构成 位数据，一位停止而无校验，可采用 字节传送。如果用 进制表示方式进行传送，高字节在前发送，低字节在后传送，通讯链路建立后，可采用问答式传送每一帧数据，其中包括：起始符、帧长、从机地址、数据信息、校验、停止位组成。代表帧开始 （根据通讯长度选择）代表帧长 （根据从机地址定义）、数信息（采集实时值包括温度、风速和报警状兰 州 石 化 职 业 技 术 学 院 学 报 年态等）、代表 校验和 代表帧结束。系统调试 硬件调试根据原理图连接各个芯片引脚，在上电之前需要使用万用表测量板子上所有的点是否都接通，主要是电源、地和信号引脚，不能有短路、断路的情况。在焊接完成后，上电使用万用表对板子上的每一个点进行测量，需要输出 的电压必须是 左右，另外电源和地线之间的电压必须为 。硬件焊接首先焊接供电电源部分，接着用万用表测量电源芯片的输入和输出电压是否符合芯片技术要求，然后再焊接其它功能模块的芯片，这样可有效的防止因为电源不稳定而造成芯片及单片机被烧坏。软件调试软件调试应明确系统的工作过程，对于软件调试的主要方法是编写测试代码，例如 的显示，先在 上显示一个“”，如果能显示正常，则表明 驱动正常，否则就需要借助示波器测量并口的时序。另外对于一些 引脚的输出或者输入还可以借助万用表进行测量，比如某一个引脚需要输出低电平，则可以利用万用表测量该引脚的电压，如果也是 ，则表明正确，否则就需要检测程序。而对于输入设备的检测，比如按键，为了提高按键的可靠性，需要在软件中增加按键消抖的程序。对于传感器需要进行多次采用，采集应多次采用软件滤波算法配合中值滤波、峰值滤波等算法尽可能保证采集数据的准确和稳定。结束语项目设计实现了环境温度、光照强度、风速和有毒气体等环境参数的检测，总线实现了本机和主机之间的数据收发功能，经过软件和硬件的测试可以实现环境因数的检测、采集信息的显示、报警上下限值的设置、实时报警等功能。从软件和硬件两个方面对系统的组成进行了详细的说明。通过主程序设计和各功能模块程序设计能够实现对系统硬件的驱动，最后对系统中的软、硬件进行调试，同时能对设计中出现的问题进行分析，最终实现该“智能家居”之环境监控系统的功能。参考文献：余彦琼 以 单片机为基础的智能家居环境监控系统的设计探讨 科学技术创新，（）：唐天超 物联网智能化采集传输控制系统 电信快报，（）：行路致远 砥砺前行 记江北环保信息化建设 环境保护，（）：吴天健 基于单片机的环境监测系统分析 农家顾问，（）：范植华 结构化的模块程序设计方法 计算机学报，（）：（，）：，：；王晴“智能家居”之环境监控系统设计