单片机在智能家居中的应用

2018-02-19曹煜祺

信息记录材料 2018年7期

曹煜祺

（河北农业大学机电工程学院河北保定 071000）

1 引言

随着时代的发展，人们的物质精神生活都得到了极大的丰富，对于居住水平的要求也日益增高，智能家居正是顺应人民需求的产物。智能家居产品主要包括家中及周围安全的监控及报警和家中设备的自动控制。如今，人们的安全防范意识普遍提高，当家中有盗贼入侵、煤气发生泄露、火灾等意外情况发生时，家中情况第一时间反馈至户主以减少损失显得尤为重要，由此需要智能门锁、监控设备、传感器等与通信平台相互配合实现家居的智能化。此外，全球范围的能源危机让节能减排意识早已根植于大众心中，但是当家中没人时，许多持续运转的电器会造成巨大的能源浪费如反复加热的电热水器、持续供热的电暖气、长期待机的家电等。当家庭成员即将回家时通过与家中设备相连的平台进行智能控制，由此实现便利节能的家居生活。智能家居的广泛应用也将为残障人士的生活提供便利，极大地改善他们的生活水平。单片机凭借其体积小、高效能、稳定性好等优点在各个领域有着广泛的应用。在智能家居中，单片机作为基本的电子部件发挥着极大的作用。

2 智能家居

2.1 智能家居的概念

智能家居，或称智能住宅(smart-home)，是以建筑物为平台，集住宅设备、家电、网络通信和自动化为一体，将系统结构、服务管理等结合在一起的安全、高效、舒适、便利、环保的家居环境。其利用先进的计算机和网络通信等技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，实现家居生活的智能化。

2.2 智能家居的发展

1975年第一个适用于通用家庭自动化的电子设备通信协议x10被开发出来，利用电力传输线路进行信号控制。第一栋智能建筑于1984年出现在美国，随后，经济较发达的欧美、东南亚也相继开展了智能家居的研究[1]。根据维基百科上的划分，智能家居的发展被分成三代：第一代为使用代理服务器的无线技术，如紫蜂协议（ZigBee）；第二代为家用电气设备的自动控制；第三代为智能机器人，能实现与人类的智能互动。智能家居概念进入中国已近二十年时间，智能家居产业正向着更加专业和多元方向发展。

3 单片机在智能家居中应用

3.1 单片机的概念

单片机与可编程逻辑器件（PLC）、个人电脑、笔记本电脑等同属于微型计算机，内部含有中央处理单元（CPU）、内部数据存储器(RAM)、程序存储器（ROM）、串行通信口、定时器/计数器、时钟晶振、中断系统等部件。单片机广泛应用于人们的日常生活与工业领域中：小孩子玩的高级玩具、公交感应卡片、数字时钟、智能饭煲、智能电表等地处处可见单片机的身影；工厂里精密的仪器控制、传感器等也处处离不开小小的单片机。在智能家居中，单片机就如同大脑一般对家中环境进行着控制，与用户的交流反馈，对家中设备的精确控制等。

3.2 单片机与通信

利用通信技术，用户的指令由客户端被传递到被控设备上，来实现对家中设备的智能控制。客户端可以是遥控器、电脑或是更加便携的移动终端如手机和平板电脑。文献2提出了一种Android手机作为客户端，利用32位STM32F103-48单片机作为处理器。WiFi模块通过外部串口与单片机相连，接收用户用手机发出的指令。

3.3 单片机与温度检测

利用传感器进行温度数据的采集。电压信号经放大电路放大至单片机工作电压范围内，经A/D转换器，将电压信号转化成数字信号。温度结果一方面通过显示屏或客户端显示，另一方面，实时的温度数值将与设定的温度值作比较进行温度调节。单片机内部晶振频率大小决定机器周期长短，每一机器周期进行一次温度数据的采集、处理、显示、调节，借此实现温度的实时监测与控制。