余彥瓊

（鄭州理工職業(yè)學院，河南 鄭州451150）

伴隨社會經(jīng)濟的持續(xù)、快速發(fā)展，人們生活水平得到大幅提升，智能家居在此背景下，呈現(xiàn)出較好的發(fā)展勢頭；而作為智能家居體系中重要構(gòu)成的環(huán)境監(jiān)測控制系統(tǒng)，無論是在完善人們生存環(huán)境方面，還是在改善現(xiàn)代人居生活品質(zhì)上，均開始發(fā)揮出舉足輕重的作用。鑒于此，本文基于當前常用的單片機（STC12C5A60S2），設計出了一款實用度更高的智能家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。針對此系統(tǒng)而言，其不僅能實時采集室內(nèi)的光照度、溫濕度數(shù)據(jù)，而且還能借助傳感器，對所采集到的各種數(shù)據(jù)或預設置參數(shù)，開展有目的性的對比，最后借助單片機實施編程控制，最終便可達到合理配設智能家居的目的。

1 系統(tǒng)方案設計

智能家居環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的中央控制器為單片機（型號為STC12C5A60S2），由多模塊構(gòu)成，如電源模塊、照明模擬模塊、鍵盤模塊、光照度檢測模塊、溫濕度檢測模塊、顯示模塊等。為了能合理化降低系統(tǒng)成本，便于維護與維修，并達到提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的，系統(tǒng)最終選擇了模塊化這一設計方式。針對此系統(tǒng)而言，其主要功能是將所采集到的各種數(shù)據(jù)（由傳感器采集），對比于預設參數(shù)值，然后借助單片機系統(tǒng)程度，對各個模塊的實際運行情況進行控制。需要指出的是，可借助此系統(tǒng)當中的光照度傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊，對家具環(huán)境的各種數(shù)據(jù)進行實時采集；而對于鍵盤模塊而言，則能用于光照度范圍及溫濕度大小的設定。針對顯示模塊來講，可用作光照度等級、溫濕度以及舒適度的顯示。而對于模擬模塊來分析，其主要用作設備啟、停的仿真模擬；針對LED 報警提示模塊來講，其主要用作閃爍報警提示，即當光照度及溫、濕度數(shù)據(jù)大于事先設定好的既定值，此時便會發(fā)生此類警報。

2 系統(tǒng)設計

2.1 硬件設計

針對STC12C5A60S2 單片機而言，由于其有著比較高的集成度，通常情況下，僅需一塊單片機外加一些相配套的外圍電路，便能夠?qū)崿F(xiàn)對硬件的設計工作。

（1）最小控制系統(tǒng)。對于STC12C5A60S2 來講，其作為一種能夠支持SPI 在線編程且超低功耗、較強抗干擾能力、較快運行速度的單片機類型，在其內(nèi)部，不僅設置有波特率發(fā)生器（串行口支持獨立）2 個、定時器（2 個）、PWM控制器（2 個），而且還設置有SPI 接口1 個、10 位AD 轉(zhuǎn)換器及3 路可編程時鐘輸出，如圖1 所示?，F(xiàn)階段，此單片機憑借自身功能健全、價格低廉等優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛應用在電子行業(yè)當中。

（2）溫濕度傳感器電路。對于溫濕度傳感器電路來講，其選用的是數(shù)字式溫濕度傳感器DHT11（DHT 系列）。對于此傳感器而言，內(nèi)部設置有溫濕度復合傳感器，具有對數(shù)字信號輸出進行校準的工作，但需要指出的是，在整個架構(gòu)當中，僅設置有1個單總線制串行輸出接口，因而能使整個系統(tǒng)集成電路變得更為快捷、簡單、實用。但受限于傳感器所具有的特殊的單總線控制特性，使得其無論是在發(fā)射還是接收，都必須是三態(tài)特性，所以，外部連接拉電阻，其日常運行中，會保持一種高電平狀態(tài)。

（3）光照度傳感器電路。針對光照度傳感器所選用的電路而言，實際就是光照傳感器BH1750（BH 系列），從根本上來講，其乃是一種數(shù)字型光強度傳感器集成電路（兩線式串行總線接口）。此種集成電路能夠依據(jù)所收集到的光線強度數(shù)據(jù)，對鍵盤背景燈、液晶的亮度進行調(diào)節(jié)，而且還能根據(jù)現(xiàn)實需要，借助自身高分辨率的優(yōu)點，對更大范圍內(nèi)的光強度變化進行探測。

（4）液晶顯示電路。針對系統(tǒng)所采用的液晶顯示電路而言，所選用的是LCD12864，其實為一種采用2 線或者3 線串行多種接口、4/8 位并行方式，以及低功耗、低電壓的一種電路形式，在其內(nèi)部，配置有點陣圖形液晶顯示模塊（國標一級、二級簡體中文字庫）；因此，其在具體的顯示分辨率上，能夠達到128×64，另外，在其內(nèi)部還設置有16* 8 點ASCII 字符集128 個以及16*16 點漢字8192 個；借助此模塊方便且簡單的操作指令，以及靈活、多變的接口方式，便能建立先進且實用化程度高的全中文人機交互圖形界面，并且還能將6*16 點陣以及8*4 行的漢字給清晰顯示出來，最終便可顯示圖形。需要說明的是，因此模塊所采用的液晶顯示方案相比于圖形點陣液晶顯示模塊，不管是在顯示程度上，還是在硬件電路結(jié)構(gòu)上，均更為簡潔，因而更具實用性，且模塊價格也會更低。

（5）風扇及照明模擬電路。對于此電路來講，所選用的是8050 三極管（NPN 系列），其基本原理就是借助三極管所對應的開關(guān)工作狀態(tài)。需要強調(diào)的是，如果出現(xiàn)智能家居環(huán)境溫濕度的監(jiān)測值不同于預設數(shù)值，此時，單片機便會將PWM1 信號輸出，用馬達控制風扇，以此進行智能調(diào)節(jié)；在對室內(nèi)光照度進行監(jiān)測時，如果光線比較暗，此時，單片機會將PWM2 信號輸出，對室內(nèi)照明進行有效控制，并且還能根據(jù)現(xiàn)實需要，以一種智能化方式調(diào)節(jié)室內(nèi)燈照明度。

（6）鍵盤電路。針對鍵盤模塊電路而言，其主要由兩部分組成，其一是最小控制系統(tǒng)，其二是4 個輕觸式按鍵S1～S4，而在設定鍵盤功能時，主要有如下設置，當?shù)谝淮伟聪掳存IS1 時，會提示修改預設值，而按下S2、S3 或S4 鍵時，便可進行對應參數(shù)的設置，當完成設置之后，再次按下S1 鍵，便可成功設置各類參數(shù)。還需要指出的是，當按下S2 鍵時，便可設置任一參數(shù)；而按下S3 鍵與S4 鍵，可完成與之相對應的加1 或者減1 操作。但需要強調(diào)的是，如果沒有按下S1 鍵，而是按下其它鍵，那么會維持原先狀態(tài)而繼續(xù)運行，數(shù)據(jù)顯示保持不變。

（7）電源電路。需要指出的是，無論是單片機，還是外圍電路，均需直流5V 的工作電壓，并且都由變壓器次級線圈而進行對外輸出，最終經(jīng)濾波及穩(wěn)壓等操作而獲得。此外，不僅有上述電路模塊，還需其他模塊，比如風扇、液晶顯示等，各個功能模塊借助I/O 接口與單片機連接，而單片機會對此些信號數(shù)據(jù)進行集中處理，且及時作出回應。

圖1 最小控制系統(tǒng)電路

2.2 軟件設計

在軟件方面，所采用的是8052 內(nèi)核，在其內(nèi)部，不僅設置有外部RAM 數(shù)據(jù)存儲器（1280 字節(jié)），而且還內(nèi)置有程序存儲器（64K FLASH），另外，在系統(tǒng)開發(fā)上，選用的是C 語言。在設計軟件時，所采用的是比較新型的模塊化設計方法，設計模塊有控制電路程序、溫濕度傳感器DHT11 程序、初始化程序、主程序、數(shù)據(jù)處理顯示程序、光照度傳感器BH1750 程序等。此外，在設計過程中，可劃分任務，使之成為若干模塊，以此來進行處理，這樣能為系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供切實保障。圖2 為此系統(tǒng)程序的基本流程。

3 系統(tǒng)調(diào)試

針對STC12C5A60S2 單片機而言，其能夠?qū)χ悄芗揖迎h(huán)境系統(tǒng)的運、停進行實時監(jiān)測與控制，并且還能在LCD 上實時顯示所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)。如果監(jiān)測到智能家居環(huán)境溫濕度數(shù)值不同于預設置數(shù)值，那么此時的單片機，便會輸出PWM1 信號，控制風扇，以此開展智能調(diào)節(jié)；如果經(jīng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)室內(nèi)有著比較暗的光線，此時單片機也會將PWM2 信號輸出，對室內(nèi)照明加以控制，這便是室內(nèi)燈照明度的智能調(diào)節(jié)。

圖2 系統(tǒng)程序的基本流程

綜上，伴隨人工智能領(lǐng)域的不斷發(fā)展，許多新技術(shù)、新理念在家居領(lǐng)域中開始應用，有力推動著智能家居領(lǐng)域的發(fā)展與繁榮。本文基于STC12C5A60S2 單片機，成功開發(fā)出一種能夠智能化監(jiān)測、控制光照度、溫濕度的智能家居環(huán)境系統(tǒng)，并且還借助傳感器及C 語言編程，實現(xiàn)精準測量智能家居環(huán)境參數(shù)的目的。最終調(diào)試得知，此系統(tǒng)所測數(shù)據(jù)準確，與當前智能家居環(huán)境的發(fā)展與控制要求相符。