目 录
摘 要 .................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................ III 第1章 绪 论 ...................................................................................................... 1
1.1 课题背景及意义 ..................................................................................... 1 1.2 目前的研究现状 ..................................................................................... 2 1.2.1 国外的发展现状 .............................................................................. 2 1.2.2 国内的发展现状 .............................................................................. 3 1.3 本论文的主要内容 ................................................................................. 4 第2章 智能家居系统总体结构的设计 .............................................................. 7
2.1 智能家居系统的设计要求 ..................................................................... 7 2.2 智能家居系统的功能 ............................................................................. 7 2.3 智能家居系统的总体结构 ..................................................................... 8
2.4 主控芯片STM32介绍 ........................................................................... 9 2.4.1 STM32的内核简介 .......................................................................... 9 2.4.2 中断管理 ........................................................................................ 10 2.4.3 系统的滴答定时器 ........................................................................ 11 2.4.4 电源控制 ........................................................................................ 12 2.4.5 时钟 ................................................................................................ 13 2.4.6 通用和复用功能IO ....................................................................... 13 2.4.7 中断和事件 .................................................................................... 14 2.4.8 模拟/数字转换(ADC) .................................................................... 15 2.4.9 定时器 ............................................................................................ 16 2.5 本章小结 ............................................................................................... 17 第3章 智能家居系统硬件电路的设计 ............................................................ 19
3.1 控制芯片电路的设计 ........................................................................... 19 3.2 稳压电源设计 ....................................................................................... 23 3.2.15V稳压芯片7805简介 .................................................................. 23 3.2.2 LM7805特性 .................................................................................. 24
3.2.3 LM7805典型应用电路 .................................................................. 24
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3.2.4 LM1117简介 .................................................................................. 24 3.2.5 LM1117特性 .................................................................................. 25 3.2.6 LM1117典型应用电路 .................................................................. 25 3.3 一氧化碳传感器电路的设计 ............................................................... 26 3.4 WIFI模块电路的设计 ........................................................................... 26 3.5 单片机与PC机通信电路 .................................................................... 29 3.6 本章小结 ............................................................................................... 30 第4章 智能家居系统程序的设计 .................................................................... 31
4.1 程序语言的选择 ................................................................................... 31
4.2 软件开发环境及程序实现 ................................................................... 31 4.2.1开发环境 ......................................................................................... 31 4.2.2新建工程 ......................................................................................... 31 4.2.3基于STM32_V3.5固件库的程序开发......................................... 32 4.2.4固件库重要头文件解析 ................................................................. 32 4.3 程序的设计思路 ................................................................................... 33 4.4 主函数程流程图 ................................................................................... 33 4.5 本章小结 ............................................................................................... 34 第5章 硬件电路的制作与调试 ........................................................................ 35
5.1 ALTIUM DESIGNER软件简介 .................................................................. 35 5.2 ALTIUM DESIGNER软件界面 .................................................................. 35 5.3 系统主控部分PCB图 ......................................................................... 36 5.4 系统主控部分电子元件的焊接 ........................................................... 38 5.5 系统运行效果图 ................................................................................... 39 5.6 本章小结 ............................................................................................... 39 结 论 .................................................................................................................. 41 参考文献 .............................................................................................................. 43 致 谢 .................................................................................................................. 45 附录1 ................................................................................................................. 47 附录2 ................................................................................................................. 51 附录3 ................................................................................................................. 55 附录4 ................................................................................................................. 65
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第1章 绪论
第1章 绪 论
1.1 课题背景及意义
进入21世纪后，数字化技术取得迅猛发展并渗透到各个领域，电子信息技术，控制技术的日益提升，社会信息化的逐步加快，促使人们的生活、工作、学习以及通讯的关系日渐紧密，信息化社会在改变人们生活习惯和工作方式的同时，也对我们的传统住宅提出了挑战。我们很容易的发现，人们对住房的要求早已不再只是简单的物质空间，更为关注的是一个高度安全、舒适以及美观方便的居住环境，先进的通信设施，完备高效的信息终端，自动、智能的家电，网络化的资源管理及购物方式等等。如今社会人们日益增长的需求使得家居智能化已经成为一种趋势。
智能家居[1]系统的概念起源于上世纪70年代的美国，随后，传播到欧洲、日本等国并且得到了很好的发展。在我国，智能家居这一概念推广比较晚，智能家居系统进入我国的时间大约在90年代末，至今已存在相当数量的智能化小区及住宅，发展速度非常惊人。所谓的智能家居系统是现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物。它能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境和安全进行监控、报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境[2]。智能家居系统将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器以及家庭保安装置通过有线或无线的方式连接起来，并进行集中或异地的监控、管理，保持家庭住宅环境的舒适、协调和安全。与普通的家居相比，智能家居不仅具备传统的居住功能，提供舒适温馨，高效安全的高品位生活环境，还将一个被动静止的居住环境提升为一个有一定智慧协助能力的体贴的生活帮手，进一步优化住户的生活质量。
当智能家居提供与外界信息交互的通道后，可以实现与外部世界信息沟通，满足远程控制。检测和减缓信息的需求满足人们生活需要的个性化智能系统，优化了生活方式，提高家居的安全性。随着信息化进程的快速发展，人们生活条件的改善，智能家居也将会做到实用、易用、人性化，最终目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求，真正提高
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燕山大学里仁学院本科毕业设计（论文）
人们的生活品质，营造更加舒适的家居生活[3]。
许多国家先后提出了不同的智能家居方案，例如，早期新加坡模式的智能化家居系统包括：安防报警、可使对讲、三表抄送、监控、家居控制、智能布线箱、宽带网络接入等。而现今的智能化家居系统拥有更加优越切复杂的配置。例如网上购物、远程报警、紧急求助等新功能就是根据现在社会的发展和人们日益暴涨的需求而开发设计的。随着科技的提高，经济的发展，人们的物质生活水平的提高，对家居环境的要求也越来越高，作为家居智能化的核心部分——智能家居控制系统也越发显得重要。家居智能化控制系统的开发和建设是未来国家、经济发展的必然趋势。因此研究智能家居控制系统有着重大的现实意义。
1.2 目前的研究现状
1.2.1 国外的发展现状
1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是对一座旧式大楼的一定程度的改造完成的。它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务[4]。2000年，新加坡有将近30个社区的约5000用户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达4万户。2003年，网络化家居的建设带来了高达4500亿美元的市场价值，这其中有3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟。
在智能家居系统的研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先的地位。近年来，以美国微软公司和摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居系统的研发中。例如:微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM公司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳得技术抢占智能家居市场[5]。此外，日本、韩国、新加坡等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的研究和开发，对家居市场更是跃跃欲试。
目前市场上出现得智能家居控制系统主要有[6]：
(1) X-10系统（美国），该系统是利用电力线作为网络平台，采用集
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第1章 绪论
中控制方式实现。这套系统的功能较为强大，与其它家居控制系统如ABB、C_BUS等比起来更容易接收，使用也相对简单。因为实现同样的功能，X-10家居控制系统是利用220v电力线将发射器发出的X-10信号传送给接收器从而实现智能化的控制，因此采用这套系统不需要额外的布线，这也是这套系统的最大的一个优势，因为其它系统基本上都需要布低压线，在墙上或地面开槽、钻孔，施工难度大、费用高、工期长。但由于缺乏在国内市场推广的条件且价格昂贵，该系统在国内应用极少。
(2) EIB系统（德国），该系统采用预埋总线及中央控制方式实现控制功能。但由于其工程要求非常复和严苛，并且价格比较高，因此一直无法打开国内的市场。
(3) 8X系统（新加坡），该系统采用预处理总线跟集中控制方式来实现功能。它的优点在于利用的产品对系统进行扩展，系统较为成熟，比较适合中国国情。但是由于系统架构、灵活性及产品价格等方面还难以达到要求，所以目前在国内还较少应用。
1.2.2 国内的发展现状
20世纪90年代后期，我国的智能小区日益兴起。众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。在97香港回归之际，在建设部“97跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，揭开了全国智能小区发展的序幕。1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段[7]。随着网络信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，并且信息网络技术体系研究及产品开发也已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。据建设部要求，截止今年，我国将有70%以上的家庭拥有Internet入网设备，大中城市中50%的住宅要实现智能化。我国的智能家居化相对于国外起步较晚，所以尚未形成一定的国家标准。目前，主要采用国外的一些技术和产品，但也有一些企业推出了自己的产品，主要有：
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