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1、四川理工学院毕业设计（论文）智能家居系统设计学 生：魏 大 海学 号：070210专 业：自动化班 级：2023.3指导教师：方 四川理工学院自动化与电子信息学院六月摘 要围绕“智能家居系统”这一课题，本次设计运用了STM32单片机、AT89S51单片机、nRF24L01无线收发模块和GSM模块TC35I等重要器件，并通过编写相应的软件，实现了具有短信收发控制与报警功能的“智能家居系统”。该系统运用了现有的GSM网络，以收发短消息的远程控制的方式实现防火、防盗等家庭所规定的安全监控和报警以及家庭电气远程智能控制等功能。系统具有传输质量高、稳定性好、抗干扰能力强、易于扩展，可随意布控的特点，人机
2、交互界面选用TFT显示，触摸屏输入，操作界面全图形化，使用更方便，操作更人性化，使其更具有市场竞争优势。关键词：智能家居系统； GSM网络；STM32；AT89S51；TC35I；NRF24L01；TFTABCTRACTSmart HomeSystemBase on Smart Home System, in this design, STM32 MCU, AT89S51 microcontroller, nRF24L01 wireless transceiver module and GSM module TC35I and other major components is used an
3、d to achieve control with text message and alarm functions is achieved by writing software. The system uses the GSM network to receive the remote control Send short message, to achieve fire safety, security and other requirements of the family and home security monitoring and alarm electrical remote
4、 intelligent control. The advantage of system is transmission of high quality, good stability, anti-interference ability, easy to expand. The system has man-machine interface of TFT display, touch screen input, full graphical user interface, more convenient and more user-friendly operation. All of t
5、hese make it more competitive.Key words: Smart Home System；GSM network；STM32; AT89S51；TC35I；NRF24L01；TFT目录摘 要IABCTRACTII第1章 引言11.1 智能居家系统的定义11.2 智能家居的国内外发展状况21.2.1 国外智能家居发展现状21.2.2 国内智能家居发展状况及特点31.3 课题研究的意义和内容4第2章 智能家居系统硬件设计72.1 智能家居系统的工作原理72.1.1 智能家居系统的组成72.1.2 智能家居系统工作原理82.1.3 智能家居系统的功能特点82.2 主控制系
6、统的控制器选择及其外围电路设计92.2.1 主控制器（STM32F103）介绍92.2.2 主控制器的外围电路设计122.3 辅助控制系统的控制器选择及其外围电路设计172.3.1 辅助控制器（AT89S52）介绍172.3.2 辅助控制器的外围电路设计182.4 GSM通信模块设计222.4.1 通信模块TC35I简介222.4.2 电平转化电路设计242.5 无线射频通信模块设计242.5.1 无线射频模块芯片的选择242.5.2 无线射频收发模块nRF24L01设计262.6 系统供电模块设计282.7 其他外围电路介绍292.7.1 继电器电路292.7.2 红外遥控接受电路302.7
7、.3 红外热释传感器30第3章 智能家居系统软件设计323.1 软件设计分析流程323.1.1主控制系统的软件设计模块323.1.2辅助控制系统的软件设计模块343.2 TFT触摸屏驱动程序设计353.3 短消息收发介绍与程序设计373.3.1 短消息的收发模式383.3.2 与短消息有关的AT指令393.3.3 短消息接受子程序设计403.3.4 短消息发送子程序设计423.4 无线射频模块（nRF24L01）通信的实现433.4.1 nRF24L01的初始化配置433.4.2 nRF24L01工作模式设立443.4.3 nRF24L01与解决器的SPI通信实现443.4.4 nRF24L0
8、1数据发送程序设计463.4.5 nRF24L01数据接受程序设计493.5 其他辅助程序设计52第4章 硬件设计制作与软件调试554.1硬件原理图设计与PCB制作554.2软件设计与调试59第5章 结束语62致 谢64参考文献65附 录66第1章 引言1.1 智能居家系统的定义随着电子技术在现实生活中的广泛应用，人们越来越感受到电子产品为生活所带来的各种便利，特别是在20世纪80年代，智能家居的出现更为人们享受生活提供了一个广阔的平台。 智能家居是一个系统，也是一个过程。它是运用先进的网络通讯技术、电力自动化技术、计算机技术、无线电技术，将与居家生活有关的各种设备有机地结合在一起，通过网络化
9、的综合管理，让居家生活更轻松。智能家居不仅具有传统的居住功能，并且不再是被动的，是具有能动性智能化的工具，提供全方位的信息互换功能，优化我们的生活方式和居住环境，帮助我们有效地安排时间，节约各种能源，提供优质、高效、舒适、安全的生活空间智能家居的原型最早起源于美国。时至今日，智能家居在美国已走过了将近30个年头。目前，美国有全球最大的智能化住宅群。此外，在欧美、日本、新加坡等地，智能家居也日渐兴起。 智能家居不再是一幢被动的建筑，相反的，它成了帮助住户提高时间运用率的工具，使家居生活更为舒适、安全、高效和节能。网络化的智能家居系统可提供遥控、家电（热水器，空调等）控制、灯光控制、室内外遥控、窗
10、帘自动收放、防盗报警、远程控制、可编程定期控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。 随着家庭智能化在世界范围内的普及，智能家居在上个世纪末悄然走进了中国市场。但是，通常媒体上常见的有关智能家居的介绍，事实上却误导了人们对智能家居的结识，使人们不知道如何将其与自己的家庭联系起来。 目前通常把智能家居被定义为运用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统。也就是说，一方面，它们都要在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络的操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的
11、控制和监测。另一方面，它们都要通过一定的媒介平台，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制监测和互换信息的需求。最后，它们的最终目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。由此可见，智能家居是一个系统层次概念，它涵盖了在建筑环境层次可以影响人们生活的诸多方面，就实际应用而言往往有以下系统：可视对讲系统：如有客人访问，可按动大门上的按键，主人在家里通过液晶显示屏能很清楚的看到室外情况，免去陌生人的打扰。除此以外，各个家居之间也可实现可视对讲。家庭安防系统：运用现代通信、计算机等先进技术，通过对各类探测器及相关解决设备的综合使用，达成对家庭安全提供保障。
12、网络通讯系统：通常语音通信系统、有线电视系统及数据通信系统被统称为信息网络系统。智能照明系统：通过安装智能控制器，对客厅、起居室及卧室内的灯具开关进行遥控，或者通过通讯网络实现照明的远程控制。家电控制系统：如煤气开关阀门、空调、电热水器及电饭堡等的远程控制，当主人外出要回到家时或在办公室办公时，都可通过电话或手机遥控家中的家用电器。1.2 智能家居的国内外发展状况1.2.1 国外智能家居发展现状世界上最早的智能建筑是1984年在美国诞生的，之后加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后开始开发智能建筑和智能家居产品。并且也使世界其他国家的众多公司参与竞争智能家居这个市场。目前已出现
13、在市场上的智能家居类产品重要有：(1)美国的X-10系统，该系统是通过电力线以50Hz或（60Hz）为载波作为网络平台，采用集中控制方式实现多种功能。该产品在美国占据市场主流。 (2) 新加坡的8X系统，该系统采用预埋总线及中央控制方式实现各种功能，同时运用产品可对系统进行扩展。 (3) 德国的EIB系统，该系统采用的预埋总线及中央控制方式实现控制功能。由于智能家居的诱人的前景和巨大的市场，加之随着欧洲电子全面普及化工作的开展，以及以韩国、日本、中国为代表的的亚洲电子技术的飞速发展，人们生活水平的不断提高以及智能电子技术不断的成熟，智能化控制已经成为未来生活潮流发展的最新方向。所以吸引了众多的
14、国内外公司去争食智能家居市场。1.2.2 国内智能家居发展状况及特点中国人口众多，城市住宅建设也多选择密集型的住宅社区方式，因此很多房地产商会站在整个社区智能化的角度来看待家居的智能化，也就出现了目前一统天下、无所不包的“智能社区”的模式。但是在国内，随着建筑智能化行业协会的成立及技术水平的不断提高，产品在市场上已逐步推广了，前期重要集中在一些分散的智能家庭控制子系统的研究上，如三表抄送系统、门禁系统、可视对讲系统等。但是现在智能家居已经不是一个单独的产品，也不是传统意义上的“智能社区”概念，而是基于社区的多层次家居智能化解决方案，它综合运用计算机、网络通讯、家电控制、综合布线等技术，将家庭智
15、能控制、信息交流及消费服务、社区安防监控等家居生活有效地结合起来，在传统“智能社区”的基础上实现了向家的延伸，发明出高效、舒适、安全、便捷的个性化住宅空间。但是由于中国的居住模式和文化与发达国家有很大的区别，所以智能家居在中国的发展也体现出其独具的特点。1智能化家居系统在国内的发展特点：(1)市场潜力大，我们知道现在的房地产业在全国的发展都很火爆，作为其下游产业，智能家居市场前景非常乐观。(2)智能家居产业处在引导期，没有一个统帅品牌和领军公司，市场处在无序竞争期。这个产业各自为政，没有一个统一标准，各种技术力量反复投入，致使在这个基础上的家庭网络产品五花八门，但多数产品是大同小异，行业内各公司的竞争处在无序状态。(3)智能家居行业市场远未成熟，大规模的价格战、广告战和服务战还没有爆发，市场份额较为分散，市场的认知和接受限度较低，市场尚处在一个需要逐步哺育和引导的阶段。与产品的服务供应商的争先恐后相比，智能家居产品进入用户终端的步伐略显迟缓。(4)面对着巨大智能家居市场的需求，市场区域也存在着不均衡的状态。以华东、华南等经济较发达的地区为重要的市场需求区域，而西南、西北地区的市
