單片機在智能家居中的應用

曹煜祺

（河北農業大學機電工程學院 河北 保定 071000）

1 引言

隨著時代的發展，人們的物質精神生活都得到了極大的豐富，對于居住水平的要求也日益增高，智能家居正是順應人民需求的產物。智能家居產品主要包括家中及周圍安全的監控及報警和家中設備的自動控制。如今，人們的安全防范意識普遍提高，當家中有盜賊入侵、煤氣發生泄露、火災等意外情況發生時，家中情況第一時間反饋至戶主以減少損失顯得尤為重要，由此需要智能門鎖、監控設備、傳感器等與通信平臺相互配合實現家居的智能化。此外，全球范圍的能源危機讓節能減排意識早已根植于大眾心中，但是當家中沒人時，許多持續運轉的電器會造成巨大的能源浪費如反復加熱的電熱水器、持續供熱的電暖氣、長期待機的家電等。當家庭成員即將回家時通過與家中設備相連的平臺進行智能控制，由此實現便利節能的家居生活。智能家居的廣泛應用也將為殘障人士的生活提供便利，極大地改善他們的生活水平。單片機憑借其體積小、高效能、穩定性好等優點在各個領域有著廣泛的應用。在智能家居中，單片機作為基本的電子部件發揮著極大的作用。

2 智能家居

2.1 智能家居的概念

智能家居，或稱智能住宅(smart-home)，是以建筑物為平臺，集住宅設備、家電、網絡通信和自動化為一體，將系統結構、服務管理等結合在一起的安全、高效、舒適、便利、環保的家居環境。其利用先進的計算機和網絡通信等技術，將與家居生活有關的各種子系統有機地結合在一起，實現家居生活的智能化。

2.2 智能家居的發展

1975年第一個適用于通用家庭自動化的電子設備通信協議x10被開發出來，利用電力傳輸線路進行信號控制。第一棟智能建筑于1984年出現在美國，隨后，經濟較發達的歐美、東南亞也相繼開展了智能家居的研究[1]。根據維基百科上的劃分，智能家居的發展被分成三代：第一代為使用代理服務器的無線技術，如紫蜂協議（ZigBee）；第二代為家用電氣設備的自動控制；第三代為智能機器人，能實現與人類的智能互動。智能家居概念進入中國已近二十年時間，智能家居產業正向著更加專業和多元方向發展。

3 單片機在智能家居中應用

3.1 單片機的概念

單片機與可編程邏輯器件（PLC）、個人電腦、筆記本電腦等同屬于微型計算機，內部含有中央處理單元（CPU）、內部數據存儲器(RAM)、程序存儲器（ROM）、串行通信口、定時器/計數器、時鐘晶振、中斷系統等部件。單片機廣泛應用于人們的日常生活與工業領域中：小孩子玩的高級玩具、公交感應卡片、數字時鐘、智能飯煲、智能電表等地處處可見單片機的身影；工廠里精密的儀器控制、傳感器等也處處離不開小小的單片機。在智能家居中，單片機就如同大腦一般對家中環境進行著控制，與用戶的交流反饋，對家中設備的精確控制等。

3.2 單片機與通信

利用通信技術，用戶的指令由客戶端被傳遞到被控設備上，來實現對家中設備的智能控制。客戶端可以是遙控器、電腦或是更加便攜的移動終端如手機和平板電腦。文獻2提出了一種Android手機作為客戶端，利用32位STM32F103-48單片機作為處理器。WiFi模塊通過外部串口與單片機相連，接收用戶用手機發出的指令。

3.3 單片機與溫度檢測

利用傳感器進行溫度數據的采集。電壓信號經放大電路放大至單片機工作電壓范圍內，經A/D轉換器，將電壓信號轉化成數字信號。溫度結果一方面通過顯示屏或客戶端顯示，另一方面，實時的溫度數值將與設定的溫度值作比較進行溫度調節。單片機內部晶振頻率大小決定機器周期長短，每一機器周期進行一次溫度數據的采集、處理、顯示、調節，借此實現溫度的實時監測與控制。

3.4 單片機與煙霧檢測

利用單片機也可以對室內煙霧濃度進行檢測，來預防火災的發生。原理與溫度檢測大致相同，利用煙霧傳感器采集煙霧濃度數據經A/D轉換器轉換成數字信號，與設定煙霧濃度范圍相比較后進行調節至合理范圍否則觸發報警裝置。

3.5 單片機與智能門鎖

目前智能門鎖的產品主要有指紋式、感應式、密碼式[3]。相較于傳統機械門鎖，智能門鎖的防盜報警功能提高了住宅的安全系數。文獻4提出了一種基于單片機STC89C32的指紋密碼鎖系統；文獻5提出了一種基于單片機的電子密碼鎖設計。

4 結語

單片機雖然結構簡單，但仍在各個領域發揮著不可替代的作用。本文簡單的介紹智能家居的概念和單片機在智能家居的應用。智能家居在我國仍然是一個新生產業，但前景十分廣闊。

[1] 謝明生.多功能智能家居控制終端[D].華南理工大學，2013.

[2] 賈陽靜，鄒念育，雷冬鳴，等.基于Android和WIFI通信的智能家居系統設計[J].大連工業大學學報，2016(1)：67-71.

[3] 張艷秋，李達，陳琦，等.智能家居產品綜述[J].傳感器世界，2011，17(8)：13-17.

[4] 蔡興，蔡久評.基于單片機芯片STC89C52的指紋密碼鎖系統[J].江西科技師范大學學報，2016(6)：106-109.

[5] 閆荷花.基于單片機與串行通信的電子密碼鎖設計[J].電子制作，2014，24(6)：6-7.