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室内建筑智能环境控制器设计毕业设计.rar

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    编号:20180914220236215    类型:共享资源    大小:205.07MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    室内 建筑 智能 环境 控制器 设计 毕业设计
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    毕业论文室内建筑智能环境控制器设计王生广 稂水科 张欣吉 林 建 筑 大 学 2016 年 5 月毕业论文室内建筑智能环境控制器设计学 生:王生广 稂水科 张欣指 导 教 师:许 亮 专 业:信科所 在 单 位:电气与计算机学院答 辩 日 期:2016 年 5 月0摘要随着我国经济的发展和社会信息化进程的加快,智能家居已经成为社会信息化发展的重要组成部分,人们对家居生活的智能化需求越来越高,智能家居系统已经快速地走进到普通老百姓的生活中,为人们的生活增添了许多便捷和乐趣。 通过研究建筑物理环境的影响因素,提出各环境要素的智能控制需求,在此基础之上采用智能控制理论研究各环境要素的控制原理,重点研究建筑环境内声、光、电等内容,如何设计、检测和控制建筑内光环境、热湿环境、人居环境等。同时 LED 是目前大力推广的高效节能照明光源,设计 LED 照明的调光和调色,实现在公共区域根据光照度自动调光,在办公区域或家居内根据不同情景模式实现 LED 照明调光和调色,改变传统照明调光调色难和能源浪费问题。本文基于容易实现,方便操作,使用的设计理念主控芯片使用的是 STM32为系统的上位机,其它各个功能模块采用 STC89C52 单片机作为控制芯片,从而实现主控芯片对整个系统的控制。利用 ILI9382 屏与 stm32 最小系统实现显示功能,该屏上需要显示情景模式的切换、光照度手动调节、点播歌曲的显示、环境监测数据的显示等等。采用了并口的输出模式,起到了光照度与光色彩的调节,也可以利用模拟百叶窗进行光照调节。采用的是温度传感器、湿度传感器、光照度传感器等等采集环境信息,然后利用系统的处理功能显示在 tft 屏上。关键字:智能家居 STC89C52 单片机 STM32 单片机 传感器12AbstractWith the acceleration of China's economic development and the social informationization process, the smart home has become an important part of the development of the information society, people of household intelligent demand more and more high, the smart home system has quickly into the lives of ordinary people, for the people's life add many convenience and fun. Through the research on construction of the physical environment factors, put forward the demand for intelligent control of the environmental factors, based on the intelligent control theory to study the environmental factors control principle, focus on the construction of environmental sound, light, electricity and other content, how to design, detection and control of buildings within the ambient light, heat and wet environment, living environment etc.. At the same time, the LED is currently vigorously promote energy efficient lighting, LED lighting design of dimming and color to achieve in the public area according to the illumination automatic dimming, in the office or home LED lighting dimming and color according to the realization of different scenarios, change traditional lighting dimming color hard and energy waste problem. In this paper, based on the easy implementation, convenient operation, close to use the design philosophy of main control chip STM32 system PC and various other modules use 51 MCU as the control chip, main control chip of the system to achieve control. Use md050TFT screen and STM32 minimum system to achieve the display function, the screen needs to show the scene mode switch, light illumination manual adjustment, on demand songs display, environmental monitoring data display, and so on. The parallel output mode, the regulation of light intensity and light color, can also use simulation shutters of light regulation. The use of temperature sensors, humidity sensors, light sensors and so on to collect environmental information, and then use the system to display the function of the system on the TFT screen. Key word: Smart home STC89C52 single chip microcomputer STM32 single chip microcomputer sensor 3目录第一章 绪论 .........................................................41.1 智能家居简介 ................................................41.2 智能家居控制系统功能 ........................................5第二章 总体设计 .....................................................62.1 整体介绍 ....................................................62.2 系统设计方案 ................................................62.3 功能设计 ....................................................72.3.2 湿湿度控制 .............................................72.3.3 灯光控制 ...............................................72.3.4 光线控制 ...............................................82.3.5 远程控制 ...............................................92.3.6 模式控制 ...............................................9第三章 硬件设计 ....................................................103.1 上位机介绍 .................................................103.1.1 STM32 单片机介绍 ......................................103.1.2 无线模块 ..............................................133.1.2 显示模块 ..............................................143.1.3 PM2.5 数据收集模块 ....................................153.2.7 音乐模块 ..............................................173.2 下位机模块介绍 .............................................183.2.1 STC89C52 单片机介绍 ...................................183.2.2 串口模块 ..............................................223.2.3 温湿度传感器模块 ......................................233.2.4 光照模块 ..............................................243.2.5 报警模块 ..............................................253.2.6 继电器模块 ............................................263.2.7 键盘模块 ..............................................273.2.8 显示模块 ..............................................28第四章 软件系统设计 ................................................294.1 kile for STM32 介绍 .........................................294.2 kile for C52 介绍 ...........................................314.3 protel DXP 介绍 ............................................334.4 通信协议 ...................................................364.5 总控制流程图 ...............................................37第五章 环境实例搭建 ................................................385.1 环境实例选择 ...............................................385.2 各个功能模块分解图 .........................................385.3 整体实物图 .................................................40第六章 总结 ........................................................41参考文献 ...........................................................42附录:下位机原理图 .................................................434第一章 绪论1.1 智能家居简介智能家居的概念在美国被第一次提出,但迄今为止,国内关于智能家居的正式概念,还没有一个统一的定义。在 2004 年,第十八届中国(天津)2004IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议上,对其进行了比较贴切的解释。它依靠 3C 技术(Computer Technology、Communication Technology 以及 Control Technology), 将与生活息息相关的所有设备(如电视机、投影仪、音响等家庭影院系统,灯光照明、电动窗帘、空调、热水器等环境控制系统,周界报警、煤气报警、视频监控等安全防范系统等)通过家庭内部网络集中管理起来,以实现用户在家控制和出差在外时远程控制,让全屋设备都变成如管家般聪明的智能家居设备。我国于 2007 年 7 月正式实施《智能建筑设计标准》(GB/T50314-2006),其中对智能建筑的定义是“以建筑物为平台,兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等,集结构、系统、服务、管理及优化组合为一体,向人们提供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境”随着这些年的发展,智能家居已经在各地开始普及,有一些房地产开发商对楼盘进行了智能家居标准化配置,以吸引客户购房。他们希望在外就能通过智能家居系统控制家里的设备,如空调、热水器等,回到家中就可以享受冷热适中的室内温度,聪明的热水器已经放好热水;在家中可以一键控制所有的电器,使智能家居系统按住户的生活习惯调节成最舒适的生活环境。自从世界上第 1 幢智能建筑 1984 年在美国出现后,美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案,智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛的应用。在国内,比较权威的是住建部发表的《居住小区智能化系统建设要点与技术导则》,里面对智能化小区进行的三级分类,从此国内的智能家居销售开始出现井喷现象。国外智能家居的发展较早,如美国、英国、德国、意大利和新加坡等经济比较发达的国家各自提出了各种智能家居的方案,也涌现了很多著名的智能家居企业,如美国的霍尼韦尔、Control4、快思(Crestron)以及 AMX(安玛思)等,如欧洲的罗格朗、Bticino 以及 JUNG 等,新加坡的 Nico 等。为了实现智能建筑安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境,智能建筑需要具有一定的建筑环境并设置相应的智能化系统。但是在我国智能建筑建设中,存在重形式,轻效果的现象,在智能建筑工程建设中,盲目设置各种智能化系统,以建筑智能子系统的多少作为建筑智慧程度的评价标准,忽视5了智能化系统建设的目的是创建安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境,致使建成的智能化系统没有起到预期的作用。另外,在智能建筑专业学科建设方面,虽然我国越来越多的高校开设了“建筑电气与智能化”本科专业,但智能建筑尚未形成学科,我国智能建筑从教学到研究缺乏完整的理论体系,实际建设的智能建筑缺乏科学的理论做指导,尚未形成完善的评价体系和指标,这也是导致建成的智能建筑达不到预期要求的一个原因。随着社会的发展,智能家居在本文国越来越普及,为了规范和支持这种发展趋势,国家出台了一系列的政策促进智能家居的发展。对于中国智能家居发展的方向在 2006 年召开的“国际智能家居高峰论坛”上,专家学者进行了深入的探讨,基本确立了以住宅为平台,以计算机技术为核心,通过通讯技术的支撑,对家居环境进行一体化管理的发展方向。这些都标示着本文国的智能家居产业绝对是朝阳行业,未来有非常大的发展空间,智能家居在智能建筑中的地位也将越来越受重视。1.2 智能家居控制系统功能智能家庭控制系统的主要功能包括家庭设备自动及手动控制、家庭安全防范等方面。家庭设备自动监控包括电器设备的集中、遥控、远距离的监视、控制、数据采集及记录。(1)在公共区域根据光照度自动 LED 调光,在办公室区域或家居内根据不同情景模式(如就餐模式、娱乐模式、读书模式等等)需要,实现不同模式下彩色 LED 照明调光和调色,改变传统照明调光调色难和能源浪费问题;(2)根据照度有效对百叶窗的开启/关闭控制;(3)对家居背景音乐的点播和控制,实现音乐的随意收听和关闭;(4)实现时钟和日历的实时显示;(5)实现对室内环境如温度、湿度、光照度、PM2.5 等实时测试和显示;(6)实现对室内燃气泄漏或管道压力超限及时预计或报警;(7)智能家居系统具备无线控制功能,可通过智能家居系统软件控制无线灯光控制器,实现基本的控制功能;(8)智能家居系统支持无线中继功能,可通过无线中继装置对信号进行无线中继,能成功的扩大控制信号的覆盖范围;(9)智能家居系统具备可视化、图形化的操作界面,保证系统的易操作的特点,让家里的老年人都能使用。6第 2 章 总体设计2.1 整体介绍本设计主控芯片使用的是 STM32 为系统的上位机,其它各个功能模块采用STC89C52 单片机作为控制芯片,从而实现主控芯片对整个系统的控制。利用ILI9328 屏与 STM32 最小系统实现显示功能,该屏上需要显示情景模式的切换、光照度手动调节、点播歌曲的显示、环境监测数据的显示。采用了并口的输出模式,起到了光照度与光色彩的调节,也可以利用模拟百叶窗进行光照调节。在 STM32 最小系统版的基础上搭建音乐编码器,实现音乐的播放功能,这样就达到了音乐点播功能。利用数码管与平面玻璃的美化,实现万年历的展示,并且可以实时的显示时间。采用的是温度传感器、湿度传感器、光照度传感器等等采集环境信息,然后利用系统的处理功能显示在 tft 屏上。此外在本次设计中,采用多种传感器想结合,智能根据各传感器采集的数值进行自动化控制。2.2 系统设计方案室内环境智能能控制系统由 1 个主控节点和 5 个子节点实现。系统的结构框图如图 2.1 所示。图 2.1 系统整体框图 7主控节点包括光照度传感器、温湿度传感器、PM2.5 传感器、3.5 寸 TFT 触摸屏、音乐点播和 E31 无限模块。子节点包括光照度传感器、温度传感器、可燃气体传感器、报警模块、窗帘控制模块、LCD1602 液晶显示屏和 E31 无线模块。2.3 功能设计 2.3.2 湿湿度控制DHT11 是一款温湿度一体化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测温元件和一个 NTC 测温元件,并与一个高性能八位单片机相连接,通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实现的采集本地温度和湿度,通过 DHT11 温湿度传感器(如图 2.2)采集当前的温度和湿度信息,送到采集模块中进行转换,发送给上位机,,使室温保持在一个恒定的范围。同时为了方便控制和记录,将采集到的湿度值发送到 ILI9328 液晶屏上显示出来。图 2.2 湿度传感器 DHT112.3.3 灯光控制通过 BH1750FVI 光照传感器(如图 2.3)采集当前的光照信息,外部光照被接近人眼反应的高精度光敏二极管 PD 探测到后,通过集成放大器将 PD 电流转换为 PD 电压,由模数转换器获取 16 位数字数据,然后被逻辑和 IC 界面进行数据处理与存储。OSC 为内部的振动器提供内部逻辑时钟,通过相应的指令操作即可读取内部存储的光照数据。数据传输使用标准的 I2C 总线,传送给上位机,再由终端控制 LED 灯的亮度。同时为了方便控制和记录,将采集到的光照
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