功能效果演示
基於51單片機的智能家居控制環境監測智能防火火災報警系統
具體實現的功能
由STC89C52單片機+LCD1602液晶顯示屏+ADC0832模塊+蜂鳴器+DHT11温濕度傳感器 +煙霧傳感器+LED+按鍵構成
具體功能：
1、LCD1602液晶第一行顯示當前的煙霧值，第二行顯示當前的温度和濕度值；
2、可以設置煙霧、温濕度上下限報警值。共4個按鍵：復位按鍵、減鍵、加鍵、設置鍵；設定的參數具有掉電保存，保存在STC單片機的內部，上電無需重新設置；
3、當煙霧值高於設定的報警值或温度濕度超出上下限範圍，蜂鳴器和指示燈會發出聲光報警；
4、當温濕度值低於或高於設定的範圍時，相應的指示燈亮，蜂鳴器報警；
5、當同時滿足煙霧過高、温度過高、濕度過低三個條件時，控制繼電器吸合，以實現電機轉動，表示滅火。
第1章 概述
（篇幅有限，詳見文末）
第2章 系統功能需求及方案設計
2.1 系統設計需求
為了實現實時温度、濕度、煙霧顯示，及時報警，以降低火災危害，本文將實現以下設計需求：
（1）精確、實時的檢測別墅內的温濕度及煙霧值；
（2）直接、清晰明瞭的顯示測得的温濕度值及煙霧濃度值；
（4）能夠實現防火自動報警報警；
（5）操作簡單、功能完善、精確度高。
具體如圖2-1所示。
2.2 主要元器件（篇幅有限，詳見文末）
第3章 硬件設計
如圖3-1是本系統的硬件設計方案，具體地，硬件電路由以下模塊構成：
（1）單片機最小系統。用於驅動和控制其他模塊，以實現整體功能，其以STC89C51單片機為核心芯片，並輔以復位電路和晶振電路。
（2）信號採集電路。負責採集需要監測的數據，本設計中的信號採集電路由温度採集電路和煙霧採集電路、紅外採集電路構成。
（3）AD轉換電路。由ADC0832模塊構成，其與傳感器和單片機芯片相連，負責將模擬值轉換為數字量，併發送給單片機。
（4）按鍵和顯示電路。顯示電路用於顯示相關數據，按鍵電路用於控制芯片實現相關功能，直接與單片機相連。
3.1主控制器電路設計
單片機最小系統是單片機擴展開發應用中最基礎和最主要的部分，一般由以下的電路構成，是整個設計的核心其保證了基於單片機的其他功能的擴展與實現。具體如圖3-2所示。
復位電路：復位電路是單片機應用中的最基本和最重要的電路，用於處理單片機工作失靈等緊急問題。復位電路分為斷電覆位和按鍵復位，本文采用的是按鍵復位，其原理為：當單片機復位端口為高電平時，單片機中的代碼將不會被執行。一開始上電時，電容還未充滿電，復位端口為高電平，避免了直接上電就運行程序導致的程序錯誤等問題。當電容充滿電後，復位端口變為低電平，程序開始運行。另外，當按鍵按下後，單片機處於復位狀態。
晶振電路：晶振電路提供單片機所必不可少的時鐘頻率，用以提供數據傳輸和單片機的工作時序。本畢設晶振電路提供11.0592MHZ時鐘頻率。單片機芯片XTAL1(19 腳)和XTAL2(18 腳)構成單片機時鐘管腳，以此構成整個穩定的振盪電路，為單片機的正常工作提供保障；晶振電路採用2個20pf電容。3.2 LCD1602顯示模塊設計
本系統顯示温濕度和煙霧數值採用的是LCD1602液晶顯示屏。眾所周知，單片機設計中一般採用LED數碼管或者LCD液晶顯示屏來顯示數據，而LCD液晶顯示屏的特點比較突出，顯示的數據更加清晰、明瞭，且功耗較少，很適合本次設計的使用，下圖3-3所示的是LCD液晶顯示屏的管腳。其各個引腳説明：
第1腳：VSS為地電源。
第2腳：VDD接5V正電源。
第3腳：V0接10K電阻後接電源正極。
第4腳：RS為寄存器選擇，高電平狀態下為數據寄存器、低電平狀態下為指令寄存器。
第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。
第6腳：E端為使能端，當其由高電平轉換為低電平時，液晶模塊開始執行代碼。
第7～14腳：D0～D7為數據輸入端。第15腳：背光源正極。
3.3温濕度傳感器模塊設計
温度傳感器的端口1接地，2端口和端口3接10K上拉電阻後接電源和單片機，採集的數字信號直接送單片機。用於處理和顯示。液位傳感器及流量傳感器需要通過排針外接，具體連接如圖3-4所示。
3.4煙霧傳感器模塊設計（篇幅有限，詳見文末）
3.5 繼電器控制電路（篇幅有限，詳見文末）
第4章 軟件設計
根據本文設計需求，在第三章硬件電路設計的基礎上，需要通過軟件編程實現的具體功能：
（1）驅動各個模塊工作，實現温度的採集與顯示，實現煙霧濃度的採集與AD轉換顯示；
（2）按鍵設置功能。實現温濕度報警閾值設置、煙霧報警閾值設置、電機驅動等功能；
（3）報警功能實現。實現温度温度過高、温度過低、濕度過高、濕度過低、煙霧濃度過高的聲光報警；
（4）繼電器控制電機。當同時滿足煙霧過高、温度過高、濕度過低三個條件時，控制繼電器吸合，以實現電機轉動，表示滅火。其設計流程如圖4-1所示。
部分程序代碼（完整詳見文末）
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
#define uchar unsigned char // 以後unsigned char就可以用uchar代替
#define uint unsigned int // 以後unsigned int 就可以用uint 代替
sfr ISP_DATA = 0xe2; // 數據寄存器
sfr ISP_ADDRH = 0xe3; // 地址寄存器高八位
sfr ISP_ADDRL = 0xe4; // 地址寄存器低八位
sfr ISP_CMD = 0xe5; // 命令寄存器
sfr ISP_TRIG = 0xe6; // 命令觸發寄存器
sfr ISP_CONTR = 0xe7; // 命令寄存器
sbit dianji = P1^6; //電機IO定義
sbit ADC_CLK =P2^6; //SCL定義為P1口的第3位腳，連接ADC0832SCL腳
sbit ADC_DAT =P2^7; //DO定義為P1口的第4位腳，連接ADC0832DO腳
sbit ADC_CS=P2^5; //CS定義為P1口的第4位腳，連接ADC0832CS腳
sbit LcdRs_P = P1^2; // 1602液晶的RS管腳
sbit LcdRw_P = P1^3; // 1602液晶的RW管腳
sbit LcdEn_P = P1^4; // 1602液晶的EN管腳
sbit KeySet_P = P3^2; // “設置”按鍵的管腳
sbit KeyDown_P = P3^3; // “減”按鍵的管腳
sbit KeyUp_P = P3^4; // “加”按鍵的管腳
sbit Buzzer_P = P1^5; // 蜂鳴器
sbit DHT11_P = P1^1; // 温濕度傳感器DHT11數據接入
sbit LedTH_P = P2^0; // 温度過高報警指示燈
sbit LedTL_P = P2^1; // 温度過低報警指示燈
sbit LedHH_P = P2^2; // 濕度過高報警指示燈
sbit LedHL_P = P2^3; // 濕度過低報警指示燈
sbit LedLG_P = P2^4; // 煙霧過高報警指示燈
uchar temp; // 保存温度
uchar humi; // 保存濕度
uint light; // 保存煙霧
uchar gIndex=0; // 串口接收索引
uint Value[20]={0}; // 串口數據緩存區
uchar AlarmTL; // 温度下限報警值
uchar AlarmTH; // 温度上限報警值
uchar AlarmHL; // 濕度下限報警值
uchar AlarmHH; // 濕度上限報警值
uint AlarmLG; // 煙霧報警值
/*********************************************************/
// 單片機內部EEPROM不使能
/*********************************************************/
void ISP_Disable()
{
ISP_CONTR = 0;
ISP_ADDRH = 0;
ISP_ADDRL = 0;
}
/*********************************************************/
// 從單片機內部EEPROM讀一個字節，從0x2000地址開始
/*********************************************************/
unsigned char EEPROM_Read(unsigned int add)
{
ISP_DATA = 0x00;
ISP_CONTR = 0x83;
ISP_CMD = 0x01;
ISP_ADDRH = (unsigned char)(add>>8);
ISP_ADDRL = (unsigned char)(add&0xff);
// 對STC89C51系列來説，每次要寫入0x46，再寫入0xB9,ISP/IAP才會生效
ISP_TRIG = 0x46;
ISP_TRIG = 0xB9;
_nop_();
ISP_Disable();
return (ISP_DATA);
}
/*********************************************************/
// 往單片機內部EEPROM寫一個字節，從0x2000地址開始
/*********************************************************/
void EEPROM_Write(unsigned int add,unsigned char ch)
{
ISP_CONTR = 0x83;
ISP_CMD = 0x02;
ISP_ADDRH = (unsigned char)(add>>8);
ISP_ADDRL = (unsigned char)(add&0xff);
ISP_DATA = ch;
ISP_TRIG = 0x46;
ISP_TRIG = 0xB9;第5章 仿真實現
5.1 仿真實現
5.1.1 仿真電路圖
本系統用protues8.7設計的仿真原理圖如圖5-1所示。
根據第四章軟件設計的思路，結合仿真需求，我們將仿真設計的C代碼利用KEIL5編寫好，並進行詳細地註釋。接着，我們點擊“create HEX file”，並再次編譯程序，這樣就會生成HEX燒錄文件，具體如圖5-2所示。
接着，我們打開仿真原理圖，並將生產的“HEX”文件燒錄到單片機芯片中，點擊開始仿真，就可以實現相關仿真了，我們將在下一節中具體展示仿真的結果。
5.1.2 仿真結果（詳見開頭效果展示）
（1）温濕度值與煙霧值的顯示
（2）温濕度報警閾值和煙霧報警閾值的設置
（3）火災自動報警
（5）自動滅火
5.2 測試情況分析
經過以上一系列的仿真測試，本文設計的“基於51單片機的智能家居控制系統”能夠完成了2.1節的系統需求，具體仿真實現了以下功能：
（1）温濕度值測量及顯示穩定、精確；煙霧值測量及顯示穩定、精確；
（2）可以通過按鍵設定温濕度報警閾值，且測得的温濕度超過設定的閾值時，報警指示燈閃爍，蜂鳴器報警；可以通過按鍵設定煙霧報警閾值，且測得的煙霧濃度超過設定的閾值時，煙霧報警指示燈閃爍，蜂鳴器報警；
（3）當同時滿足煙霧過高、温度過高、濕度過低三個條件時，控制繼電器吸合，以實現電機轉動，表示滅火。
