以STC12C5A60S2 单片机为基础的智能家居环境监控系统的设计探讨

余彦琼

（郑州理工职业学院，河南 郑州451150）

伴随社会经济的持续、快速发展，人们生活水平得到大幅提升，智能家居在此背景下，呈现出较好的发展势头；而作为智能家居体系中重要构成的环境监测控制系统，无论是在完善人们生存环境方面，还是在改善现代人居生活品质上，均开始发挥出举足轻重的作用。鉴于此，本文基于当前常用的单片机（STC12C5A60S2），设计出了一款实用度更高的智能家居环境监控系统。针对此系统而言，其不仅能实时采集室内的光照度、温湿度数据，而且还能借助传感器，对所采集到的各种数据或预设置参数，开展有目的性的对比，最后借助单片机实施编程控制，最终便可达到合理配设智能家居的目的。

1 系统方案设计

智能家居环境监控系统的中央控制器为单片机（型号为STC12C5A60S2），由多模块构成，如电源模块、照明模拟模块、键盘模块、光照度检测模块、温湿度检测模块、显示模块等。为了能合理化降低系统成本，便于维护与维修，并达到提高系统稳定性的目的，系统最终选择了模块化这一设计方式。针对此系统而言，其主要功能是将所采集到的各种数据（由传感器采集），对比于预设参数值，然后借助单片机系统程度，对各个模块的实际运行情况进行控制。需要指出的是，可借助此系统当中的光照度传感器模块、温湿度传感器模块，对家具环境的各种数据进行实时采集；而对于键盘模块而言，则能用于光照度范围及温湿度大小的设定。针对显示模块来讲，可用作光照度等级、温湿度以及舒适度的显示。而对于模拟模块来分析，其主要用作设备启、停的仿真模拟；针对LED 报警提示模块来讲，其主要用作闪烁报警提示，即当光照度及温、湿度数据大于事先设定好的既定值，此时便会发生此类警报。

2 系统设计

2.1 硬件设计

针对STC12C5A60S2 单片机而言，由于其有着比较高的集成度，通常情况下，仅需一块单片机外加一些相配套的外围电路，便能够实现对硬件的设计工作。

（1）最小控制系统。对于STC12C5A60S2 来讲，其作为一种能够支持SPI 在线编程且超低功耗、较强抗干扰能力、较快运行速度的单片机类型，在其内部，不仅设置有波特率发生器（串行口支持独立）2 个、定时器（2 个）、PWM控制器（2 个），而且还设置有SPI 接口1 个、10 位AD 转换器及3 路可编程时钟输出，如图1 所示。现阶段，此单片机凭借自身功能健全、价格低廉等优点，已经被广泛应用在电子行业当中。

（2）温湿度传感器电路。对于温湿度传感器电路来讲，其选用的是数字式温湿度传感器DHT11（DHT 系列）。对于此传感器而言，内部设置有温湿度复合传感器，具有对数字信号输出进行校准的工作，但需要指出的是，在整个架构当中，仅设置有1个单总线制串行输出接口，因而能使整个系统集成电路变得更为快捷、简单、实用。但受限于传感器所具有的特殊的单总线控制特性，使得其无论是在发射还是接收，都必须是三态特性，所以，外部连接拉电阻，其日常运行中，会保持一种高电平状态。

（3）光照度传感器电路。针对光照度传感器所选用的电路而言，实际就是光照传感器BH1750（BH 系列），从根本上来讲，其乃是一种数字型光强度传感器集成电路（两线式串行总线接口）。此种集成电路能够依据所收集到的光线强度数据，对键盘背景灯、液晶的亮度进行调节，而且还能根据现实需要，借助自身高分辨率的优点，对更大范围内的光强度变化进行探测。

（4）液晶显示电路。针对系统所采用的液晶显示电路而言，所选用的是LCD12864，其实为一种采用2 线或者3 线串行多种接口、4/8 位并行方式，以及低功耗、低电压的一种电路形式，在其内部，配置有点阵图形液晶显示模块（国标一级、二级简体中文字库）；因此，其在具体的显示分辨率上，能够达到128×64，另外，在其内部还设置有16* 8 点ASCII 字符集128 个以及16*16 点汉字8192 个；借助此模块方便且简单的操作指令，以及灵活、多变的接口方式，便能建立先进且实用化程度高的全中文人机交互图形界面，并且还能将6*16 点阵以及8*4 行的汉字给清晰显示出来，最终便可显示图形。需要说明的是，因此模块所采用的液晶显示方案相比于图形点阵液晶显示模块，不管是在显示程度上，还是在硬件电路结构上，均更为简洁，因而更具实用性，且模块价格也会更低。

（5）风扇及照明模拟电路。对于此电路来讲，所选用的是8050 三极管（NPN 系列），其基本原理就是借助三极管所对应的开关工作状态。需要强调的是，如果出现智能家居环境温湿度的监测值不同于预设数值，此时，单片机便会将PWM1 信号输出，用马达控制风扇，以此进行智能调节；在对室内光照度进行监测时，如果光线比较暗，此时，单片机会将PWM2 信号输出，对室内照明进行有效控制，并且还能根据现实需要，以一种智能化方式调节室内灯照明度。

（6）键盘电路。针对键盘模块电路而言，其主要由两部分组成，其一是最小控制系统，其二是4 个轻触式按键S1～S4，而在设定键盘功能时，主要有如下设置，当第一次按下按键S1 时，会提示修改预设值，而按下S2、S3 或S4 键时，便可进行对应参数的设置，当完成设置之后，再次按下S1 键，便可成功设置各类参数。还需要指出的是，当按下S2 键时，便可设置任一参数；而按下S3 键与S4 键，可完成与之相对应的加1 或者减1 操作。但需要强调的是，如果没有按下S1 键，而是按下其它键，那么会维持原先状态而继续运行，数据显示保持不变。

（7）电源电路。需要指出的是，无论是单片机，还是外围电路，均需直流5V 的工作电压，并且都由变压器次级线圈而进行对外输出，最终经滤波及稳压等操作而获得。此外，不仅有上述电路模块，还需其他模块，比如风扇、液晶显示等，各个功能模块借助I/O 接口与单片机连接，而单片机会对此些信号数据进行集中处理，且及时作出回应。

图1 最小控制系统电路

2.2 软件设计

在软件方面，所采用的是8052 内核，在其内部，不仅设置有外部RAM 数据存储器（1280 字节），而且还内置有程序存储器（64K FLASH），另外，在系统开发上，选用的是C 语言。在设计软件时，所采用的是比较新型的模块化设计方法，设计模块有控制电路程序、温湿度传感器DHT11 程序、初始化程序、主程序、数据处理显示程序、光照度传感器BH1750 程序等。此外，在设计过程中，可划分任务，使之成为若干模块，以此来进行处理，这样能为系统稳定运行提供切实保障。图2 为此系统程序的基本流程。

3 系统调试

针对STC12C5A60S2 单片机而言，其能够对智能家居环境系统的运、停进行实时监测与控制，并且还能在LCD 上实时显示所监测到的数据。如果监测到智能家居环境温湿度数值不同于预设置数值，那么此时的单片机，便会输出PWM1 信号，控制风扇，以此开展智能调节；如果经监测发现室内有着比较暗的光线，此时单片机也会将PWM2 信号输出，对室内照明加以控制，这便是室内灯照明度的智能调节。

图2 系统程序的基本流程

综上，伴随人工智能领域的不断发展，许多新技术、新理念在家居领域中开始应用，有力推动着智能家居领域的发展与繁荣。本文基于STC12C5A60S2 单片机，成功开发出一种能够智能化监测、控制光照度、温湿度的智能家居环境系统，并且还借助传感器及C 语言编程，实现精准测量智能家居环境参数的目的。最终调试得知，此系统所测数据准确，与当前智能家居环境的发展与控制要求相符。