设 计（论文）
（说 明 书）
题 目：
姓 名：
编 号：
平顶山工业职业技术学院
年 月 日
毕 业
毕 业 设 计 （论文） 任 务 书
姓名
专业
任 务 下 达 日 期 年 月 日 设计（论文）开始日期 年 月 日 设计（论文）完成日期 年 月 日 设计（论文）题目： A ·编制设计 B ·设计专题（毕业论文）
指 导 教 师
系（部）主 任
年 月 日
毕业设计（论文）答辩委员会记录
系 专业，学生 于 年 月 日 进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目： 专题（论文）题目： 指导老师：
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。
答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ，
平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语
第 页
毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
智能家居作为家庭信息化的实现方式，已经成为社会信息化发展的重要组成部分，物联网因其巨大的应用前景，将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口，对智能家居的产业发展具有重大意义。本文基于容易实现，方便操作，贴近使用的设计理念，采用单片机为控制核心，为控制终端，并采用包括红外遥控、按键、Web 界面等在内的多个控制源来控制家用电器。
Abstract
Smart Home as the implement mode of Family Information has become an important part of the social information development .The networking because of its huge prospect to develop .It will be a real way during the Smart Home`s development .Networking means a lot to the Smart Home .This article base on the design concept of trying to use easiest way to deliver handle and closing to use .We take the STC89C52 as the control core of the design .The relay as the control terminal mean .While we also use the trared remote control key webpage etc to control the home appliances .
目录
摘要..... ................................................................................................................................1
Abstract............................................. .................................................................................. 2
第1章 背景........................................................................................................................ 4
1.1智能家居的概念....................................................................................................4
1.2智能家居控制系统功能........................................................................................5
第2章 总体设计................................................................................................................ 6
2.1整体介绍................................................................................................................6
2.2系统设计思路.........................
2.3系统框图........................
2.3系统工作流程 ....................................................
2.4控制系统要求 ............................................................
2.2单片机控制系统设计分析 ......................................................
2.4远程控制系统设计分析....................................................
2.4硬件选型
2.4.4硬件方案介绍...........................................
3.1. 单片机 ...............................................
3.1.2 多频收发器..........................................
3.1.3 固态继电器 ................................................
2.5.1防火灾发生传感器 ...................................................
2.5.2可燃气体泄漏传感器…………………...…………….
2.5.3防盗传感器 .........................................................
2.5.4 信号采集设计与分析 .................................................
2.6.1 串口转以太网模块 ......................................................
2.6.2 无线网络模块 ..................................................
第3章 电路设计..............................................................................................................
3.2 控制电路设计 .....................................................
3.2.1链接检测电路 .......................................................
3.2.2 解码电路 .....................................................
3.3 电源电路设计 .........................................................
3.3.1 5V开关电源稳压器电路 ..............................................
3.3.2 其他电源稳压器电路 .................................................
第4章 软件设计 .................................................
4.1.1 主控单片机系统软件设计 .............................................
4.2.1用户界面的设计 .....................................................
第5章 系统仿真测试.....................
5.1使用的仪器仪表及工具
5.2系统硬件测试
5.3软件测试
第6章 总结 .....................................................
谢 辞 ......................................................
参考文献.....................................................
第1章 背景
1.1智能家居的概念
智能家居是以家为平台，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境。家居智能化技术起源于美国。自动化的智能家居不再是一幢被动的建筑，相反，成了帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。
智能家居是现代社会最热门的话题之一，它的目标是通过网络等信息通信技术手段实现对家居电器等的智能控制，使其能够按照人们的设定工作运行，而不论距离的远近。智能化与远程控制是智能家居的两大特点。目前，已经有越来越多的机构和个人开始了对智能家居的研究
随着网络技术的发展，特别是无线网络的发展，网络化智能家居系统可提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。
1.3智能家居控制系统功能
智能家庭控制系统的主要功能包括家庭设备自动控制、家庭安全防范二个方面。其中家庭设备自动监控包括电器设备的集中、遥控、远距离异地(通过手机以及Internet) 的监视、控制及数据采集。
(1)家用电器的监视和控制，按照预先所设定程序的要求对热水器、微波炉、音响等家用电器进行监视和控制。
(2)空调机的监视、调节和控制，按照预先所设定的程序，根据时间、温度、湿度等参数对空调机进行监视、调节和控制。
(3)照明设备的监视、调节和控制按照预先设定的时间程序，分别对各个房间照明设备的开、关进行控制，并可自动调节各个房间的照度。
(4)窗帘的控制，按照预先设定的时间程序，对窗帘的开启/关闭进行控制。
第2章 总体设计
2.1 整体介绍
本次设计以单片机为控制核心，温度，湿度等传感器为环境信息采集源，以Web 控制为辅助，来制作一个智能家居控制系统。在原有的机械式按键开关的基础上，采用无线遥控，与Web 网页远程控制，来控制家用电器，实现了远距离，多角度对家用电器进行实时控制。此外在本次设计中，采用多种传感器想结合，智能根据各传感器采集的数值进行自动化控制。并能够实现故障诊断，数据实时数据与历史数据查询等功能。
2.2系统设计思路
本设计采用MT8870系列单片机，分成电源模块、信息获取模块、报警模块、液晶显示模块四部分。总体方案的设计主要是根据被控对象的任务及工艺要求而确定的，设计方法大致如下：根据系统的要求，首先确定出系统是采用开环系统还是闭环系统，或者是数据处理系统。选择检测元件，在确定总体方案时，必须首先选择好被测参数的测量元件，它是影响控制系统精度的重要因素之一。选择执行机构，执行机构是微型机控制系统的重要组成部件之一。执行机构的选择一方面要与控制算法匹配，另一方面要根据被控对象的实际情况确定，最终画出整个系统流程图和原理图。
② 电源模块为系统提供5V 电压
②信息获取模块由门窗信号传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器等构成，实现对室内环境数据的采集
③报警模块实现对信息的预警处理，达到对家庭环境安全的监控报警
④LCD 液晶显示模块显示各传感器模块的工作状态
2.3系统框图
2.3系统工作流程
(1)硬件部分
智能家居控制系统其硬件部分主要由几大部分构成，即控制单元、传感器数据采集系统、网络模块接口和电源部分。交换网程控交换信令部分主要由MT8870和电压检测元件组成，它是系统中控制部分关键的元件，它与控制单元组成控制部分功能；传感器数据采集系统、网络模块和控制单元完成报警等信
号的处理和发送；电源部分则为各个部分提供工作电源。
(2)软件部分
软件设计部分主要由五大部分构成：即数据采集与数据分析部分、交换网程控交换信令识别与分析部分、网络模块接口程序部分、分析控制部分。其中数据采集与数据分析部分和交换网程控交换信令识别需要作实时处理；网络模块接口程序部分和分析控制部分则是根据采集和交换网交换信令进行分时操作有利于提高系统效率。
2.4.2 控制要求
本设计此系统必须具有以下单元功
通过网络对异地的电器实现控制（开/关）。
控制器可以实现自动连接断开。
控制器设置密码校验。
检测网络链接是否正常
自动链接断开
密码校验
在线修改密码
双频信号解码
输入信息分析
控制电器开关
电器状态查询
2.2单片机控制设计分析
本系统是单片机在系统检测以及工程控制方面的应用，其特点是体积小，成本低，功能强，功耗低，是微机应用产品化的最佳机种之一，它已广泛地应用在产品智能化和工业自动化上。而把单片机嵌入到工控应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。嵌入式系统一般分为四种:工控机，通用CPU 模块，嵌入式微机处理。单片机嵌入式系统具有以下特点：
3. 面对控制对象。如传感信号输入、人机交互操作, 伺服驱动等。
2. 嵌入到工控应用系统中的结构形态。
1. 突出控制功能。如对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制和有突出控制功能的指令系统
单片机有专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统，最能满足嵌入式应用要求。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统，能满足面对控制对象、应用系统的嵌入等要求，是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。
2.4.1远程控制系统设计分析
系统控制器接收远端发送来的加密信号、并对其进行解码，解码后的信号由中央处理单元采集处理。为了方便用户使用，系统设计了语音提示界面。远程控制系统一般工作在无人值守环境，所以应具有自动离线、上线、功能。为了符合 智能化要求，系统采用树莓派作为中央处理器。同时，远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。
控制器并联于路由器，不会影响路由器的正常使用。用户通过网络链接控制器，通过程控交换机向树莓派发出链接信号。控制器检测连接信号后，进入密码检测阶段，输入正确密码后选择被控电器，然后选择开启或关闭被控电器，完成后返回。
2.4.4硬件方案介绍
根据控制器与交换机所须信号不同，本设计方案结合实际情况对具体的单元功能模块作出软
件或硬件上作了以下分工
交换机所发出的各种信号音都大多数可以通过软件编程来识别。但从系统的可靠性和程序的
结构设计上分析，用硬件来解决双音频信号解码等功能相对稳定可靠。 设计中自动链接断开的控制必须使用具体硬件电路来实现。而密码校验、在线修改密码、输入信息分析、电器状态查询等
功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，易于实现。
综上所述，本设计链接检测、自动链接、控制电器、双音频解码等功能模块使用硬件电路实
现。而密码校验、在线修改密码、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。
3.1.1单片机
本设计采用树莓派为核心，树莓派的最高主频为1.2GHz, 内带512M 闪存的MCU ，它具有多达32个I/O口其512m 的闪存既可作程序存储空间也可以作数据存储空间或程序数据混合空间这些硬件特征和其强大的指令系统和其自带可编程看门狗使它能应用于不同的场合，因此是一种通用的和性能价格比高的控制器，树莓派允许用户还可以通过置位SCONF 寄存器的位0(ALE1)来降低EMI ，其中的看门狗定时器(WDT)是1个64位自运行计数器在计数器溢出时会产生复位信号。WDT 对那些易受噪声干扰电压波动或放电现象影响的系统很有用在程序跑飞或死机的情况下，WDT 可以使用户程序脱离不正常状态。WDT 不同于8052系统的定时器0定时器1和定时器2。通过软件周期性的清除WDT 计数器的值可以防止WDT 产生复位信号。片上闪存可以使用商用编程器进行编程
3.1.2 多频收发器
本设计采用MT8870多频收发器，MT8870是一种带信号过滤器的多频收发器。它包括一个带增益可调放大器的接收器和一个发送器。解码采用数字计数器技术来确定输入的的频率，并将其译成标准的四位二进制码。发送器采用开关电容D/A变换器。MT8870提供了一个标准的微处理器总线接口，可以直接与MCS-51系列MCU 和微机接口。它还可以选用呼叫进展方式工作，通过呼叫进展滤波器来检测特定通带内的信号频率，供微处理机或计数器电路分析，以确定检测到的信号性质。
3.1.3固态继电器
继电器是本系统的执行机构，本系统选用D4810型固态继电器，固态继电器(SSR)与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR 是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。 固态继电器有三部分组成:输入电路，隔离(耦合) 和输出电路。安输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。固态继电器有寿命长、可靠性高、灵敏度高、控制功率小、电磁兼容性好、 快速转换、电磁干扰小的优点。D4810型继电器输入电流为5-40mA ，电压3－30V ，额定输出电流10A ，输出电压范围宽为20-220V ，满足项目的要求。
2.5.1 防火灾发生传感器
火灾烟雾传感器是一种在消防管理、安全防范系统中常用的报警器材，它工作可靠、体积小
巧，火灾烟雾传感器是把烟雾信号转换为电信号，电路设计时可以在背后设计专用的卡口以便地固定在墙体或者天花板上，使用时通过设置在厨房的感温探测器和设置在客厅、卧室等的感烟探测器，监视各个房间内有无火灾的发生。如有火灾发生控制器发出声光和短信报警信号，通知家人及小区物业管理部门。家庭控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况，调节感温探测器和
感烟探测器的灵敏度。本系统采用NIS-09C 型烟雾传感器。
2.5.2可燃气体泄漏传感器
通过设置在厨房的可燃气体探测器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏。如有燃气泄漏家庭
控制器发出声光报警信号，并联动关闭燃气管道上的电磁阀，同时短信通知家人及小区物业管理部门。这里采用TP-2高温型一氧化碳传感器报警器需在一氧化碳浓度达到设定制值时系统应启动报警。
2.5.3防盗传感器
防盗报警的防护区域分成两部分，即住宅周界防护和住宅内区域防护。住宅周界防护是指在
住宅的门、窗上安装门磁开关，在对外的玻璃窗、门附近安装玻璃破碎探测器；住宅内区域防护是指在主要通道、重要的房间内安装被动红外探测器或被动红外探测器。当家中有人时，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器) 设防，住宅内区域防护的防盗报警设备(红外探测器或被动红外探测器) 撤防。当家人出门后，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器) 和住宅内区域防护的防盗报警设备(被动红外探测器或被动红外探测器) 均设防。当有非法侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，并短信通知家人及小区物业管理部门。另外，通过程序可设定报警装置的等级和报警器的灵敏度。
2.5.4 信号采集设计与分析
传感器是将外界信息转换成电信号的装置，其中的电信号包括数字信号和模拟信号，数字信
号可以通过电气隔离直接送给单片机或微型计算机进行处理，模拟信号则利用数据采集系统将多路被测量值转换成数字量，再经过单片机或微型计算机进行数据处理，实现实时测控。
2.6 网络模块的设计
2.6.1 串口转以太网模块
因为普通串口通信的距离就只有15M ，远远不能满足智能家居的布线、组网要求，考虑到技术问题，本设计中选用了一款RS232 串口转以太网模块，将单片机中的数据通过网络发送给网页后台程序。该模块具体的功能如下：
100m 以太网接口
1.5KV 电磁隔离
串口波特率300~115200bps
支持TCP/IP协议包括：ARP 、IP 、ICMP 、IGMP 、UDP 、TCP 、HTTP 、DHCP
工作方式：TCP Server, TCP Client, UDP, 虚拟串口、socket 控件
工作端口、目标 IP和端口均可设定
提供虚拟串口管理软件
提供通用配置函数库，方便用户使用开发应用程序
可使用配置工具进行配置
可使用网页浏览器进行配置
输入电压：5V
功耗低最大工作电流：80mA
工作温度：0～65℃
2.6.2 无线网络模块
无线网络功能可使用世面常用的无线路由器实现，且仅需接入网络即可，无需额外电路。 无线路由器是用于用户上网、带有无线覆盖功能的路由器。
无线路由器可以看作一个转发器，将家中墙上接出的宽带网络信号通过天线转发给附近的无线网络设备（笔记本电脑、支持wifi 的手机、平板以及所有带有WIFI 功能的设备）。
市场上流行的无线路由器一般都支持专线xdsl/ cable，动态xdsl ，pptp 四种接入方式，它还具有其它一些网络管理的功能，如dhcp 服务、nat 防火墙、mac 地址过滤、动态域名等等功能。[1]
市场上流行的无线路由器一般只能支持15-20个以内的设备同时在线使用。
一般的无线路由器信号范围为半径50米，现在已经有部分无线路由器的信号范围达到了半径300米。
第3章 电路设计
3.2.1振铃连接检测电路
振铃检测电路如图所示，图中二极管有2种作用：
（1）将不确定的线路供电正负变为固定的正负输出
（2）将交流的振铃信号变为脉动直流以供检测。
当没有振铃信号时，线路上的供电电压为48V （部分交换机为60V ），经四个二极管构成的全桥整流后，不足以使62V 稳压管导通，振铃信号输出端电压接近0V ，当振铃信号到来时，线路上的90V 交流振铃信号经全桥整流变换后90V 的脉动直流电，其峰值足以击穿耐压值为62V 稳压管，经电阻R1给U1提供电压，从光电耦合器输出的波形是时通时断的方波方波信号，可以直接输出至单片机的中断输入口， CPU可以根据振铃信号光电转换后的高低电平检测有无振铃。其中通过光电耦合一次侧的输入及的电流为：
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年 月 日
毕 业
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姓名
专业
任 务 下 达 日 期 年 月 日 设计（论文）开始日期 年 月 日 设计（论文）完成日期 年 月 日 设计（论文）题目： A ·编制设计 B ·设计专题（毕业论文）
指 导 教 师
系（部）主 任
年 月 日
毕业设计（论文）答辩委员会记录
系 专业，学生 于 年 月 日 进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目： 专题（论文）题目： 指导老师：
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。
答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ，
平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语
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毕业设计（论文）及答辩评语：
摘要
智能家居作为家庭信息化的实现方式，已经成为社会信息化发展的重要组成部分，物联网因其巨大的应用前景，将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破口，对智能家居的产业发展具有重大意义。本文基于容易实现，方便操作，贴近使用的设计理念，采用单片机为控制核心，为控制终端，并采用包括红外遥控、按键、Web 界面等在内的多个控制源来控制家用电器。
Abstract
Smart Home as the implement mode of Family Information has become an important part of the social information development .The networking because of its huge prospect to develop .It will be a real way during the Smart Home`s development .Networking means a lot to the Smart Home .This article base on the design concept of trying to use easiest way to deliver handle and closing to use .We take the STC89C52 as the control core of the design .The relay as the control terminal mean .While we also use the trared remote control key webpage etc to control the home appliances .
目录
摘要..... ................................................................................................................................1
Abstract............................................. .................................................................................. 2
第1章 背景........................................................................................................................ 4
1.1智能家居的概念....................................................................................................4
1.2智能家居控制系统功能........................................................................................5
第2章 总体设计................................................................................................................ 6
2.1整体介绍................................................................................................................6
2.2系统设计思路.........................
2.3系统框图........................
2.3系统工作流程 ....................................................
2.4控制系统要求 ............................................................
2.2单片机控制系统设计分析 ......................................................
2.4远程控制系统设计分析....................................................
2.4硬件选型
2.4.4硬件方案介绍...........................................
3.1. 单片机 ...............................................
3.1.2 多频收发器..........................................
3.1.3 固态继电器 ................................................
2.5.1防火灾发生传感器 ...................................................
2.5.2可燃气体泄漏传感器…………………...…………….
2.5.3防盗传感器 .........................................................
2.5.4 信号采集设计与分析 .................................................
2.6.1 串口转以太网模块 ......................................................
2.6.2 无线网络模块 ..................................................
第3章 电路设计..............................................................................................................
3.2 控制电路设计 .....................................................
3.2.1链接检测电路 .......................................................
3.2.2 解码电路 .....................................................
3.3 电源电路设计 .........................................................
3.3.1 5V开关电源稳压器电路 ..............................................
3.3.2 其他电源稳压器电路 .................................................
第4章 软件设计 .................................................
4.1.1 主控单片机系统软件设计 .............................................
4.2.1用户界面的设计 .....................................................
第5章 系统仿真测试.....................
5.1使用的仪器仪表及工具
5.2系统硬件测试
5.3软件测试
第6章 总结 .....................................................
谢 辞 ......................................................
参考文献.....................................................
第1章 背景
1.1智能家居的概念
智能家居是以家为平台，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境。家居智能化技术起源于美国。自动化的智能家居不再是一幢被动的建筑，相反，成了帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。
智能家居是现代社会最热门的话题之一，它的目标是通过网络等信息通信技术手段实现对家居电器等的智能控制，使其能够按照人们的设定工作运行，而不论距离的远近。智能化与远程控制是智能家居的两大特点。目前，已经有越来越多的机构和个人开始了对智能家居的研究
随着网络技术的发展，特别是无线网络的发展，网络化智能家居系统可提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。
1.3智能家居控制系统功能
智能家庭控制系统的主要功能包括家庭设备自动控制、家庭安全防范二个方面。其中家庭设备自动监控包括电器设备的集中、遥控、远距离异地(通过手机以及Internet) 的监视、控制及数据采集。
(1)家用电器的监视和控制，按照预先所设定程序的要求对热水器、微波炉、音响等家用电器进行监视和控制。
(2)空调机的监视、调节和控制，按照预先所设定的程序，根据时间、温度、湿度等参数对空调机进行监视、调节和控制。
(3)照明设备的监视、调节和控制按照预先设定的时间程序，分别对各个房间照明设备的开、关进行控制，并可自动调节各个房间的照度。
(4)窗帘的控制，按照预先设定的时间程序，对窗帘的开启/关闭进行控制。
第2章 总体设计
2.1 整体介绍
本次设计以单片机为控制核心，温度，湿度等传感器为环境信息采集源，以Web 控制为辅助，来制作一个智能家居控制系统。在原有的机械式按键开关的基础上，采用无线遥控，与Web 网页远程控制，来控制家用电器，实现了远距离，多角度对家用电器进行实时控制。此外在本次设计中，采用多种传感器想结合，智能根据各传感器采集的数值进行自动化控制。并能够实现故障诊断，数据实时数据与历史数据查询等功能。
2.2系统设计思路
本设计采用MT8870系列单片机，分成电源模块、信息获取模块、报警模块、液晶显示模块四部分。总体方案的设计主要是根据被控对象的任务及工艺要求而确定的，设计方法大致如下：根据系统的要求，首先确定出系统是采用开环系统还是闭环系统，或者是数据处理系统。选择检测元件，在确定总体方案时，必须首先选择好被测参数的测量元件，它是影响控制系统精度的重要因素之一。选择执行机构，执行机构是微型机控制系统的重要组成部件之一。执行机构的选择一方面要与控制算法匹配，另一方面要根据被控对象的实际情况确定，最终画出整个系统流程图和原理图。
② 电源模块为系统提供5V 电压
②信息获取模块由门窗信号传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器等构成，实现对室内环境数据的采集
③报警模块实现对信息的预警处理，达到对家庭环境安全的监控报警
④LCD 液晶显示模块显示各传感器模块的工作状态
2.3系统框图
2.3系统工作流程
(1)硬件部分
智能家居控制系统其硬件部分主要由几大部分构成，即控制单元、传感器数据采集系统、网络模块接口和电源部分。交换网程控交换信令部分主要由MT8870和电压检测元件组成，它是系统中控制部分关键的元件，它与控制单元组成控制部分功能；传感器数据采集系统、网络模块和控制单元完成报警等信
号的处理和发送；电源部分则为各个部分提供工作电源。
(2)软件部分
软件设计部分主要由五大部分构成：即数据采集与数据分析部分、交换网程控交换信令识别与分析部分、网络模块接口程序部分、分析控制部分。其中数据采集与数据分析部分和交换网程控交换信令识别需要作实时处理；网络模块接口程序部分和分析控制部分则是根据采集和交换网交换信令进行分时操作有利于提高系统效率。
2.4.2 控制要求
本设计此系统必须具有以下单元功
通过网络对异地的电器实现控制（开/关）。
控制器可以实现自动连接断开。
控制器设置密码校验。
检测网络链接是否正常
自动链接断开
密码校验
在线修改密码
双频信号解码
输入信息分析
控制电器开关
电器状态查询
2.2单片机控制设计分析
本系统是单片机在系统检测以及工程控制方面的应用，其特点是体积小，成本低，功能强，功耗低，是微机应用产品化的最佳机种之一，它已广泛地应用在产品智能化和工业自动化上。而把单片机嵌入到工控应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统。嵌入式系统一般分为四种:工控机，通用CPU 模块，嵌入式微机处理。单片机嵌入式系统具有以下特点：
3. 面对控制对象。如传感信号输入、人机交互操作, 伺服驱动等。
2. 嵌入到工控应用系统中的结构形态。
1. 突出控制功能。如对外部信息的捕捉、对控制对象实时控制和有突出控制功能的指令系统
单片机有专门为嵌入式应用系统设计的体系结构与指令系统，最能满足嵌入式应用要求。单片机是完全按嵌入式系统要求设计的单芯片形态应用系统，能满足面对控制对象、应用系统的嵌入等要求，是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。
2.4.1远程控制系统设计分析
系统控制器接收远端发送来的加密信号、并对其进行解码，解码后的信号由中央处理单元采集处理。为了方便用户使用，系统设计了语音提示界面。远程控制系统一般工作在无人值守环境，所以应具有自动离线、上线、功能。为了符合 智能化要求，系统采用树莓派作为中央处理器。同时，远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路。
控制器并联于路由器，不会影响路由器的正常使用。用户通过网络链接控制器，通过程控交换机向树莓派发出链接信号。控制器检测连接信号后，进入密码检测阶段，输入正确密码后选择被控电器，然后选择开启或关闭被控电器，完成后返回。
2.4.4硬件方案介绍
根据控制器与交换机所须信号不同，本设计方案结合实际情况对具体的单元功能模块作出软
件或硬件上作了以下分工
交换机所发出的各种信号音都大多数可以通过软件编程来识别。但从系统的可靠性和程序的
结构设计上分析，用硬件来解决双音频信号解码等功能相对稳定可靠。 设计中自动链接断开的控制必须使用具体硬件电路来实现。而密码校验、在线修改密码、输入信息分析、电器状态查询等
功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单的多，易于实现。
综上所述，本设计链接检测、自动链接、控制电器、双音频解码等功能模块使用硬件电路实
现。而密码校验、在线修改密码、信息分析、电器状态查询等功能模块使用软件编程完成。
3.1.1单片机
本设计采用树莓派为核心，树莓派的最高主频为1.2GHz, 内带512M 闪存的MCU ，它具有多达32个I/O口其512m 的闪存既可作程序存储空间也可以作数据存储空间或程序数据混合空间这些硬件特征和其强大的指令系统和其自带可编程看门狗使它能应用于不同的场合，因此是一种通用的和性能价格比高的控制器，树莓派允许用户还可以通过置位SCONF 寄存器的位0(ALE1)来降低EMI ，其中的看门狗定时器(WDT)是1个64位自运行计数器在计数器溢出时会产生复位信号。WDT 对那些易受噪声干扰电压波动或放电现象影响的系统很有用在程序跑飞或死机的情况下，WDT 可以使用户程序脱离不正常状态。WDT 不同于8052系统的定时器0定时器1和定时器2。通过软件周期性的清除WDT 计数器的值可以防止WDT 产生复位信号。片上闪存可以使用商用编程器进行编程
3.1.2 多频收发器
本设计采用MT8870多频收发器，MT8870是一种带信号过滤器的多频收发器。它包括一个带增益可调放大器的接收器和一个发送器。解码采用数字计数器技术来确定输入的的频率，并将其译成标准的四位二进制码。发送器采用开关电容D/A变换器。MT8870提供了一个标准的微处理器总线接口，可以直接与MCS-51系列MCU 和微机接口。它还可以选用呼叫进展方式工作，通过呼叫进展滤波器来检测特定通带内的信号频率，供微处理机或计数器电路分析，以确定检测到的信号性质。
3.1.3固态继电器
继电器是本系统的执行机构，本系统选用D4810型固态继电器，固态继电器(SSR)与机电继电器相比，是一种没有机械运动，不含运动零件的继电器，但它具有与机电继电器本质上相同的功能。SSR 是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的点，磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单项可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。 固态继电器有三部分组成:输入电路，隔离(耦合) 和输出电路。安输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TTL/CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交直流输出电路等形式。交流输出时，通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出时可使用双极性器件或功率场效应管。固态继电器有寿命长、可靠性高、灵敏度高、控制功率小、电磁兼容性好、 快速转换、电磁干扰小的优点。D4810型继电器输入电流为5-40mA ，电压3－30V ，额定输出电流10A ，输出电压范围宽为20-220V ，满足项目的要求。
2.5.1 防火灾发生传感器
火灾烟雾传感器是一种在消防管理、安全防范系统中常用的报警器材，它工作可靠、体积小
巧，火灾烟雾传感器是把烟雾信号转换为电信号，电路设计时可以在背后设计专用的卡口以便地固定在墙体或者天花板上，使用时通过设置在厨房的感温探测器和设置在客厅、卧室等的感烟探测器，监视各个房间内有无火灾的发生。如有火灾发生控制器发出声光和短信报警信号，通知家人及小区物业管理部门。家庭控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况，调节感温探测器和
感烟探测器的灵敏度。本系统采用NIS-09C 型烟雾传感器。
2.5.2可燃气体泄漏传感器
通过设置在厨房的可燃气体探测器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏。如有燃气泄漏家庭
控制器发出声光报警信号，并联动关闭燃气管道上的电磁阀，同时短信通知家人及小区物业管理部门。这里采用TP-2高温型一氧化碳传感器报警器需在一氧化碳浓度达到设定制值时系统应启动报警。
2.5.3防盗传感器
防盗报警的防护区域分成两部分，即住宅周界防护和住宅内区域防护。住宅周界防护是指在
住宅的门、窗上安装门磁开关，在对外的玻璃窗、门附近安装玻璃破碎探测器；住宅内区域防护是指在主要通道、重要的房间内安装被动红外探测器或被动红外探测器。当家中有人时，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器) 设防，住宅内区域防护的防盗报警设备(红外探测器或被动红外探测器) 撤防。当家人出门后，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器) 和住宅内区域防护的防盗报警设备(被动红外探测器或被动红外探测器) 均设防。当有非法侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，并短信通知家人及小区物业管理部门。另外，通过程序可设定报警装置的等级和报警器的灵敏度。
2.5.4 信号采集设计与分析
传感器是将外界信息转换成电信号的装置，其中的电信号包括数字信号和模拟信号，数字信
号可以通过电气隔离直接送给单片机或微型计算机进行处理，模拟信号则利用数据采集系统将多路被测量值转换成数字量，再经过单片机或微型计算机进行数据处理，实现实时测控。
2.6 网络模块的设计
2.6.1 串口转以太网模块
因为普通串口通信的距离就只有15M ，远远不能满足智能家居的布线、组网要求，考虑到技术问题，本设计中选用了一款RS232 串口转以太网模块，将单片机中的数据通过网络发送给网页后台程序。该模块具体的功能如下：
100m 以太网接口
1.5KV 电磁隔离
串口波特率300~115200bps
支持TCP/IP协议包括：ARP 、IP 、ICMP 、IGMP 、UDP 、TCP 、HTTP 、DHCP
工作方式：TCP Server, TCP Client, UDP, 虚拟串口、socket 控件
工作端口、目标 IP和端口均可设定
提供虚拟串口管理软件
提供通用配置函数库，方便用户使用开发应用程序
可使用配置工具进行配置
可使用网页浏览器进行配置
输入电压：5V
功耗低最大工作电流：80mA
工作温度：0～65℃
2.6.2 无线网络模块
无线网络功能可使用世面常用的无线路由器实现，且仅需接入网络即可，无需额外电路。 无线路由器是用于用户上网、带有无线覆盖功能的路由器。
无线路由器可以看作一个转发器，将家中墙上接出的宽带网络信号通过天线转发给附近的无线网络设备（笔记本电脑、支持wifi 的手机、平板以及所有带有WIFI 功能的设备）。
市场上流行的无线路由器一般都支持专线xdsl/ cable，动态xdsl ，pptp 四种接入方式，它还具有其它一些网络管理的功能，如dhcp 服务、nat 防火墙、mac 地址过滤、动态域名等等功能。[1]
市场上流行的无线路由器一般只能支持15-20个以内的设备同时在线使用。
一般的无线路由器信号范围为半径50米，现在已经有部分无线路由器的信号范围达到了半径300米。
第3章 电路设计
3.2.1振铃连接检测电路
振铃检测电路如图所示，图中二极管有2种作用：
（1）将不确定的线路供电正负变为固定的正负输出
（2）将交流的振铃信号变为脉动直流以供检测。
当没有振铃信号时，线路上的供电电压为48V （部分交换机为60V ），经四个二极管构成的全桥整流后，不足以使62V 稳压管导通，振铃信号输出端电压接近0V ，当振铃信号到来时，线路上的90V 交流振铃信号经全桥整流变换后90V 的脉动直流电，其峰值足以击穿耐压值为62V 稳压管，经电阻R1给U1提供电压，从光电耦合器输出的波形是时通时断的方波方波信号，可以直接输出至单片机的中断输入口， CPU可以根据振铃信号光电转换后的高低电平检测有无振铃。其中通过光电耦合一次侧的输入及的电流为：