第2章 智能家居分析及系统设计

（2）利用单片机和GSM通信模块，将温湿度，烟雾等传感器采集的环境数据，以短信息的形式发送到用户手机中。实现远程的监测的目的，并且在单片机上加一个带中文字库的LCD显示模块，将发送的内容以及实时的温湿度等情况显示在屏幕上，更好的演示实现的功能。

（3）用户通过发送预设的字符到GSM模块上的SIM卡，利用GSM模块和单片机的程序，通过识别字符，然后智能控制单片机上的继电器的开启关闭，实现远程的控制。

2.2.1 系统设计要求

本设计的目标是设计出一个完整的智能系统，基于STM8单片机控制，收集处理传感器模块的数据，输出控制信号，达到智能监测，智能调控，自动维护室内环境使之保持在正常范围，从而实现方便，快捷，安全的目的。 对于所选用的传感器，要求温湿度传感器能在室内温度0℃～50℃的室内极限情况下能正常工作。要求温度传感器分辨率为1℃，湿度传感器分辨率为1RH%。要求烟雾传感器能灵敏的检测到煤气，甲烷，液化气，烟雾等可燃性气体，以此来预防室内的可燃性气体的泄漏或者火灾的发生[20]。要求监测甲醛的传感器，能够对室内的甲醛情况实现精确的显示。

对于防盗这方面，有两种解决的办法，一种是用红外传感器实现报警功能，另一种就是摄像头抓拍，由于本次设计会用到远程通信模块，所以摄像头抓拍更完美些。

本次设计要实现远程监测的目的，需要室内模块和外界用户的手机实现通信，要求信息的互传能够快捷方便，任何时候都能得到室内的情况。并且能够简单的控制功能，即用户可以通过手机等设备远程控制室内的设备，达到远程控制的目的。

本系统的设计要求可概括为以下几点：

（1）精度和可靠性高。要求采集数据的传感器，能够精确的感知室内环境的变化情况，并且实时的将采集到的数据以数据信号的方式稳定的传给单片机。

（2）高安全性。安全性是系统的最基本的性能,产品的安全性越高,产品可以

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无故障工作的时间就越长。只有高安全性才能防止误动作,造成不必要的财产损失。本次设计的主要的目的就是保护室内一切正常。

（3）低成本。在实现系统功能的前提下,成本越低,利用价值也越大。这也是设计产品的重要因素。对于远程通信模块，选择的种类比较多，所以尽量能做到物尽其用，避免不必要的浪费。

2.2.2 系统整体结构

本次设计是以单片机作为控制主芯片，通过模拟信号采集模块中的温湿度、相关传感器采集室内环境信息，然后将之传输给单片机，经过单片机的处理后，显示在显示屏上。同时，单片机将根据初始的设置，可以对传感器采集回来的环境因子进行判断，进而合理的调控负载动作部分执行相应的动作输出，从而实现环境因子的自动检测和调节控制的目的。系统整体结构如图2-1所示。

温湿度传感器LCD显示烟雾传感器单片机GSM通信模块用户手机甲醛传感器摄像头图 2-1 系统整体结构图

2.3 本章小结

本章首先论述了室内环境参数因子对家庭成员安全和财产安全的影响，包括温度、湿度、烟雾、甲醛和防盗五个主要因素，并通过查阅资料得出了适合家庭成员健康生活的温湿度参数范围以及有害烟雾的控制范围，为室内环境温湿度及有害气体监控系统的设计提供了参考依据；其次，对室内的环

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第2章 智能家居分析及系统设计

境温湿度及有害烟雾气体监控系统进行了总体设计，确定了系统的设计目标，以温湿度、烟雾、甲醛为环境监测控制对象，以排风扇、空调、加湿器等为环境控制调节设备，并且确立了以单片机为处理主核心的自动监控系统设计的总体方案，并对系统进行了总体设计。本章节的内容将是后续工作的重要依据和纲要。

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第3章 智能家居的硬件系统设计

本章主要介绍智能家居系统硬件部分的设计，根据智能家居系统设计目标的要求，在实现系统性能目的的情况下，然后综合考虑价格、实用性和使用寿命等一系列相关因素，选择性价比高的器件来搭建硬件系统。本章的硬件设计主要是从传感器的选择、数据采集部分、单片机的选择、显示部分和调控驱动负载几个部分分别进行介绍。

3.1 传感器的选择

传感器是和人们感觉器官相对应的元器件，提供整个闭环系统的干扰信号和输入信号来源，传感器的特征包括：数字化、微型化、智能化、系统化、多功能化、网络化，其不仅仅推动了整个传统产业的改变和更新换代的步伐，而且还可能创建新型的工业领域，从而有望成为21世纪的经济新增长点。传感器的微型化是基于微电子机械系统（MEMS）技术，并且已经成功应用在硅器件上制成硅压力传感器[21]。它的主要性能指标为:重复性、线性度、迟滞性、分辨力与灵敏度。在挑选相关传感器时，这几项指标并不都需要达到最好，而是应根据现实情况，在保证主要功能指标达到要求的前提下，可靠性好，价格合适，从而使整机性价比达到最优。

本次设计中数据采集部分使用到的传感器主要包括温湿度传感器、烟雾传感器和甲醛传感器，下面将对各传感器的选择和参数做详细的介绍，以及所选传感器的使用方法和注意事项。

3.1.1 温湿度传感器

伴随着科学技术的迅猛发展，越来越多的温湿度传感器开始走入人们的视野，而且其体积也是越来越小，精准度越来越高，集成化程度也是越来越高，使用起来也越来越便捷。由于湿度和温度不论是从基础的物理量本身还是在对于人们的实际生活都有着较为密切的关系，因此温湿度一体的传感器就相应的产生。这里所说的温湿度传感器是指能将湿度量与温度量转换成能够容易被识别测量处理的电信号的装置或设备。现在市场上的大多数温湿度传感器是用来测量相对湿度量和温度量。据了解，目前温湿度传感器主要分

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