基于单片机的智能家居环境监控系统设计相关探究

摘要：

随着社会发展和经济水平提升以及科学技术进步，人们的生活质量得到大幅提升，家居环境中各种现代化、自动化、智能化功能设备的应用越来越广泛。智能家居系统是确保人居环境智能化的关键，直接影响着家居智能化的体验质量。本篇文章讲述了智能家具系统的总体设计理念和相关模块的设计思路以及设计方法，从单片机控制板、采集传感器输出信号、环境信息监测、接收节点再到自动控制、无线传输等角度进行系统设计的相关研究。

关键词：

单片机;智能家居;环境监控系统;设计研究

中图分类号：

TU855;TP368.1;TP277

文献标识码：

A

文章编号：

1672-9129（2020）15-0048-01

如今已是高速发展的信息化时代，在先进的信息技术、计算机技术、大数据技术、无线传输技术基础上，无论人们的生活还是工作或是经济生产都开始实现自动化、智能化。传统单纯意义上生存居住空间的住宅已经逐渐无法满足人们日益上涨的物质生活追求。人们开始追求以往仅仅能够在影视作品中出现的自动化、智能化的家用电器系统，而智能家居环境监控系统的设计正是这样一种能够满足人们对智能化现实的需求。人们可以利用智能手机通过无线通信采集环境参数，包括温度、湿度传感器、光敏电阻等等[1]。

1基于单片机的智能家居环境监控系统总体方案设计

主机：发送端选用STC89C52RC单片机、LCD12864显示模块、nRF24L01无线模块组成。

从机：信号发射端由STC89C52RC单片机、nRF24L01无线模块、各部分环境参数采集模块组成。

2基于单片机的智能家居环境监控系统模块设计

2.1主控系统芯片。本设计选用的STC89C52RC单片机软件编程能够实现轻松实践多数功能，有着较为清晰的机构和较大的自由度，在调试和维护方面有着较高的便利性，同时其可读性和移植性较强，另外其体积较小，在硬件搭建方面较为简便。本次系统设计中所采用的是一台主机搭配两台从机模式，共同组成为2级分布式环境参数擦亮，具有多路环境参数数据采集的功能。此外，STC89C52RC的应用较为广泛，在整体技术水平方面有着较为成熟的应用经验，整体开发难度不高[2]。

2.2环境监控参数传感模块。环境监控参数传感器模块采用环境参数传感器DHT11，是属于数字信号输出，功能穩定性较强且易于MCU处理和控制，能够降低传统参数测量所需的外围电路。此传感器的物理和化学特性较为稳定，能够满足工业环境参数搜集要求，且线性更佳。在0-100℃的温度范围内可以将最大线性误差控制在1℃以内。其单总线数据传输提升了信号的精准度和稳定性。此外，在实际的运用中DHT11数字环境监控参数传感器在进行测量时其环境参数的电路搭建也较为简单，编程较为容易。

2.3无线通信模块。本次系统设计中所采用的是NRF24L01通信模块，这一模块的耗能较低且体积小、运转速度较快，能够传输数千公里，成本较低，SPI总线通信方式电路操作更为简单便利[3]。

2.4显示模块。本系统设计选择LCD12864作为主液晶显示，其显示较为丰富，且响应快，成本投入较为经济，编程技术较为成熟。

3硬件与软件设计

3.1硬件设计。采用低压高性能的8位单片机，含8K闪存，兼容标准MCS-51指令系统，片内设置8位通用CPU和2K字节的EEPROM存储空间。

单片射频收发机：片内自动生成报头和CRC校验码，硬件集成OSI链路层，SPI速率为0-10Mb/s，数据传输率为1Mb/s、2Mb/s，设置为自动应答和自动发射[4]。

温湿度传感器：采用专用数字模块采集技术和温湿度传感技术，由电阻式感湿元件和测温元件，与高性能8位单片机连接。校准系数以程序形式存储与OTP内存中。信号传输距离可达20m。

3.2软件设计。无线发射模块软件：初始化后通过SPI总线配置激活nRF24L01发射模式，并将目标地质与数据写入无线通信模块缓冲区，设定为一定延时后发射信号数据。

无线接收模块软件：将无线通信模块设置为接收模式，等待数据传输，接收方检测有效地质和CRC时将数据包存储，状态寄存器中断标志位RX-DR置高，使IRQ引脚转为低电平，并通知单片机进行数据的获取[5]。

通过测试，本设计采用的STC89C52RC采集和处理数据，通过传感器手机非电信号。系统中采用直接数字输入型环境参数传感器，实现了数字环境陈述计无线监测系统。整体运行效果良好，当检测板有浓度超出设定值时，警报器及时作出相应，且对应LED点亮，当某项超标，12864中相对应项同时发出闪烁，指导数据正常后再次进入检测状态。

结语：简单来讲，智能家居环境监控系统是通过传感器采集环境参数并转换为电信号，经过微计算机或微处理器处理之后转换为环境参数显示给用户。环境参数检测设备通常是由传感器和信号处理器电路组成，一般来讲，传统有线监控系统需要进行布线，这极为不利于后期的维护，也影响家居内部环境的美观性，同时会带来一定安全隐患。而基于单片机的智能家居环境监控系统设计能够利用无线模块来采集环境参数，为人们提供自动化、智能化服务。

参考文献：

[1]鲁成洋，何坚强.基于单片机的智能家居环境监控系统设计[J].智能机器人，2019，000（005）：P.59-62.

[2]许发翔，林龙泽，颜锦.基于单片机的智能家居控制系统设计[J].数字化用户，2019，025（027）：204.

[3]马潇宇.基于单片机的智能家居控制系统设计[J].电脑知识与技术，2020，v.16（06）：245-246+248.

[4]李慧娜，叶迪.基于单片机的智能家居照明系统的设计与实现[J].许昌学院学报，2019，38（02）：132-136.

[5]程望斌，刘硕卿，汤姗姗，等.基于单片机的智能家居防火防盗系统设计[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2019，32（01）：43-46.

作者简介：高勇，1986.6，男，汉，重庆，本科，职称：助教，研究方向：单片机、嵌入式系统的开发与研究。