论文总字数：16433字

目 录

摘要 1

Abstract……………………………………………………………………………………………………………………………………….2

1 绪论 3

1.1 课题应用背景 3

1.2 单片机的发展 3

1.2.1 单片机的基本概念 3

1.2.2 单片机的发展过程 3

1.2.3 单片机的特性 4

1.2.4 单片机的应用 4

1.2.5 单片机的发展趋势 4

1.3 课题的研究内容 4

2 系统方案设计 5

2.1 光强度检测方案的选择与论证 6

2.2 温湿度测量方案的选择与论证 6

2.3 单片机的选择与论证 6

2.4 显示模块的选择与论证 7

3 硬件设计 8

3.1 MSP430 单片机概述 8

3.2 温湿度采集电路 10

3.2.1 DHT11传感器简介 10

3.2.2 DHT11与单片机的连接 11

3.3 光强度检测电路 11

3.3.1 BH1750简介 11

3.3.2 BH1750的通讯步奏 12

3.3.3 BH1750与单片机的连接 13

3.4 液晶显示电路 13

4 系统的软件设计 15

4.1 软件开发环境介绍 15

4.2 程序设计 16

4.3 IIC 时序控制 17

5 调试与检测 17

5.1 硬件的焊接 17

5.2 实物调试 18

5.2.1 光强度检测电路的调试 19

5.2.2 液晶显示电路的调试 19

5.3 调试结论 20

6 总计与展望 20

6.1 总结 20

6.2 展望 21

参考文献： 22

一种智能家居控制系统的设计

顾培培

, China

Abstract：In today's society, with the rapid development of economy and the improvement of living standards, people's lives tend to be more and more convenient and intelligent.So smart home came into being.The development of Electronic Science and Technology is able to enrich people's lives, improve people's quality of life, and human's development can not be separated from the development of Electronic Science and Technology, the two are interdependent and indispensable.This paper introduces a design of smart home control system based on MSP430 MCU.The design consists of the micro-controller chip, humidity sensors,a light intensity sensor, a temperature sensor,a smoke sensor, a infrared sensor,a liquid crystal display, light emitting diode, a buzzer alarm, a fan and other components. Real-time data can be done to detect the current light intensity, temperature and humidity, and displayed on a liquid crystal display screen, and a light control circuit according to the light intensity data obtained by measuring whether the light-emitting diode emitting automatic control, temperature and humidity control circuit according to the measurement obtained temperature and humidity control relays or open fan. Combining with the current situation,the design can mainly be used in home life and offices.

Key words：MSP430；light intensity；temperature and humidity；Liquid crystal display (LCD)

1 绪论

1.1 课题应用背景

智能家居（Smart Home）是以住宅为平台的兼具艺术性、舒适性、安全性、便利性并且能实现环保节能的家庭居住环境，拥有建筑、自动化，智能化等优势。美国是智能家居技术的发源地，其中X-10技术是最具代表性的技术，通过X-10通信协议，网络系统中的所有设备设施就可以实现资源及信息的共享。因为它布线简单、功能机动、容易扩展，所以被人们普遍接受和应用。到现在为止，X-10技术产品的销售量已经有两亿多个，仅在美国，在使用的家庭就有超过600万个。和普通家居相比较，自动化的智能家居不仅仅是一个有居住作用的建筑，还能转变并优化人们的生活方式，使家庭更为宜居、安全、节能和高效。

智能化以及能够进行远程控制的特性使得智能家居吸引了越来越多的人包括学生、商家、科学家乃至政府的关注与学习，人们积极学习智能家居的理论知识，并且在自己力所能及的领域将其开发出来，使人们能够简单快捷的控制家用设备。

1.2 单片机的发展

1.2.1 单片机的基本概念

单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer），简称单片机。它并不仅仅是一块含有完整逻辑功能的芯片而已，而是将微处理器（Central Processing Unit，CPU）、存储器ROM(Read Only Memory，只读存储器)和RAM(Random Access Memory，随机存储器)、定时器/计数器、中断系统、输入/输出接口（I/O接口）、总线和其他多功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。

1.2.2 单片机的发展过程

单片机是20世纪最令人骄傲的发明之一，它的出现是计算机技术发展史上一个里程碑。世界上第一台单片机是由美国的Fairchild公司开发并推出的，这是4位单片机的雏形。在此之后，单片机技术在人们孜孜不倦的探索与研究下迅速发展，经过了近半个世纪的发展与积累，单片机技术日趋成熟，各大芯片制造公司纷纷推出自家研发的新型单片机，市场竞争愈加激烈，百家争鸣，百花齐放，如今单片机已经不局限于4位单片机了，而是产生了8位、16位乃至顶级的32位单片机，32位单片机与前几代单片机相比，性能极为强劲，可应用领域也更加广泛。人们的日常生产生活已经离不开单片机了。

1.2.3 单片机的特性

(1) 可靠性高，系统稳定可靠

(2) 体积小，性价比高，易于产品化，灵活性强；

(3) 低电压，低功耗；

(4) 控制功能强，能解决各类控制任务

(5) 有计算机正常运行所需组件，便于扩展，易于嵌入到其他系统；

(6) 软硬件相结合，有较高的运算速度，能够满足基本生产生活需要；

(7) 发展迅速，应用广泛；

1.2.4 单片机的应用

单片机的应用领域在很大程度上为智能化电子产品，但这并不意味单片机的应用范围狭窄，相反，单片机的应用领域十分的广阔，在我们的日常生产生活中，其实处处都有单片机的影子，无论是在家用的微波炉、电冰箱、全自动洗衣机，还是工业生产自动化过程中的实时监控，再到我们使用的公交IC卡，单片机都发挥了不可或缺的作用。综上所述，单片机不仅应用领域广泛，而且市场前景也十分的广阔。

1.2.5 单片机的发展趋势

随着科学技术的飞速发展，为了满足人们生产生活中越来越广的需要，单片机也需要不断的推陈出新，不断的进步，这样才能跟上时代跟上科技的步伐。未来，电子科技逐渐向高性能、简单化发展，因此，单片机也逐渐向微型化和多样化发展。我相信未来单片机在社会进步历程中肯定会占有一席之地。

1.3 课题的研究内容

我这次做的智能家居控制系统的核心部件是MSP430单片机，各传感器可以检测到红外线强度、光强,、烟雾及可燃性气体和温湿度，红外线传感器及烟雾传感器可以根据检测到的数据自动联动蜂鸣器报警，光控制电路部分根据光线传感器检测到的光强度数据自动调节发光二极管发光与否，温湿度控制电路根据温湿度传感器检测到的温湿度数据自主选择继电器开启加热或者风扇开启除湿，。下面是本系统的具体设计思路：

1、在自己学习研究范围之内挑选合适的红外线传感器、光强度传感器、烟雾传感器、温湿度传感器，确保足够的熟悉它们，并且熟练应用；

2、把单片机和红外线传感器、光强度传感器、烟雾传感器及温湿度传感器仔细连接好，研究编写程序，实现数据传输；

3、把单片机和微控制芯片组装好，研究编写程序，实现数据传输；

4、把测量到的数据正确显示在液晶屏幕上；

5、发光二极管可以准确根据光强数据发光或者不发光，继电器可以准确根据温度数据开启加热或者关闭，风机可以准确根据湿度数据开启除湿或者关闭，最后蜂鸣器会根据红外线和烟雾及可燃性气体的检测结果报警或者关闭；

6、制作设计好的电路图，仔细连接各传感器及部件，焊接完成得到相关实物，同时使用IAR开发平台对相应的软件进行编写，最后要对整个设计进行调试，对检测的数据做好完善的综合分析并记录。

2 系统方案设计

要做好系统方案的设计，是需要进行不断的推敲与斟酌才能最终确立方案的，首先我们对硬件部分进行相关设计，待硬件部分全部设计完成后再根据硬件设计的结果选择软件设计的方案。硬件设计包含了微控制单片机、液晶显示、蜂鸣器及红外线传感器、光强度传感器、烟雾传感器及温湿度传感器检测部分。硬件部分的电路包含了红外线检测电路、光强检测电路、烟雾及可燃性气体检测电路、温湿度检测电路、蜂鸣器报警电路。

本设计的中枢控制部分是微控制单片机，输入外设有光强度、温湿度、红外线强度、烟雾及按键，输出外设为蜂鸣器和液晶显示屏。不仅只是硬件电路，为了实现特定的功能，微控制芯片的应用系统还必须结合软件程序。经过详细对比与筛选，最终确定该系统中枢控制部分选用MSP430F149单片机。

2.1 光强度检测方案的选择与论证

方案一：为了检测光线强度，可以使用分立器件来连接相关的实物电路，但是由于分立器件较为琐碎以及分散，而且分立器件的相关知识也比较复杂，因此需要开发者对分立器件有着较高的熟悉度并且可以精准的连接整个电路，同时多出了大量亟需考虑的因素，不过由于分立器件的集成度和稳定性都比较不好，而且器件太分散导致了整个系统的体积会变的很大，不方便携带以及测试，同样的，误差在每台设备的使用中都会出现，最终会使检测的准确性受到一些甚至极大的影响。

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