畢業論文硬件設計范文跟智能家居系統硬件設計范文
智能家居系統現在發展很快。人們希望生活更便利。各種家用設備需要連接起來。這些設備可以自動工作。它們能相互通信。用戶可以通過手機控制設備。這樣的系統需要硬件支持。硬件設計很關鍵。它決定了系統性能。本設計完成一個智能家居控制系統的硬件部分。
系統需要控制燈光。燈光控制很常見。晚上回家自動開燈。出門自動關燈。這樣可以省電。系統需要控制窗簾。早上窗簾自動打開。晚上自動關閉。系統還要監控環境。比如溫度太高自動開空調。濕度太低自動加濕。空氣不好自動開凈化器。這些功能都需要硬件。
硬件系統采用模塊化設計。模塊化設計好處多。每個功能一個模塊。模塊之間獨立工作。一個模塊壞了不影響其他模塊。這樣系統更穩定。維修也方便。模塊之間通過總線連接。總線就像一條路。數據在總線上跑。所有模塊共享這條路。
主控制器是系統的大腦。我們選擇STM32單片機。這個單片機性能足夠。它價格便宜。資料很多。開發容易。單片機有多個IO口。IO口可以連接其他設備。單片機有串口。串口可以連接無線模塊。單片機還有AD轉換功能。AD轉換可以讀取傳感器數據。
傳感器模塊很重要。傳感器是系統的眼睛。溫度傳感器測量室溫。我們使用DS18B20。這個傳感器精度高。它直接輸出數字信號。連接很簡單。濕度傳感器測量空氣濕度。我們使用DHT11。這個傳感器同時測溫度和濕度。它也是數字輸出。光照傳感器測量光線強度。我們使用光敏電阻。光敏電阻價格低。它的電阻隨光線變化。需要配合電路使用。
執行模塊負責動作。燈光控制使用繼電器。繼電器是一個開關。單片機給小信號。繼電器控制大電流。這樣安全。繼電器連接燈泡。單片機輸出高電平繼電器吸合。燈就亮了。輸出低電平繼電器斷開。燈就滅了。窗簾控制使用步進電機。步進電機可以精確控制位置。單片機發出脈沖信號。電機轉動固定角度。這樣窗簾可以停在任意位置。
無線通信模塊實現遠程控制。我們選擇ESP8266模塊。這個模塊支持WiFi。它可以連接家庭路由器。手機通過互聯網發送命令。命令傳到路由器。路由器傳給ESP8266。ESP8266再傳給單片機。單片機控制執行模塊。這樣用戶不在家也能控制設備。
電源模塊給系統供電。整個系統需要5伏電壓。部分模塊需要3.3伏。我們使用220伏轉5伏的電源適配器。這個適配器很常見。手機充電器就是這種。然后使用穩壓芯片AMS1117。它把5伏轉成3.3伏。這樣所有模塊都有合適電壓。
電路設計使用AltiumDesigner軟件。這個軟件畫電路圖很方便。首先畫原理圖。原理圖表示元件怎么連接。電阻、電容、單片機都畫上去。線連起來表示電氣連接。然后畫PCB圖。PCB圖是實際電路板的樣子。元件要擺放在正確位置。線不能交叉。線有寬度要求。電源線要粗一些。信號線可以細一些。最后交給工廠制作電路板。
焊接元件需要小心。先焊接單片機底座。底座是塑料的。直接焊單片機不好維修。焊接溫度不能太高。太高會損壞元件。焊錫不要太多。太多可能短路。短路就是不該連的地方連上了。焊接完要檢查。看看有沒有虛焊。虛焊就是看起來焊上了實際沒連通。用萬用表測量通斷。
程序編寫使用Keil軟件。程序用C語言寫。C語言適合單片機。程序首先初始化。設置IO口方向。配置串口參數。開啟定時器。然后進入主循環。主循環一直運行。它讀取傳感器數據。檢查無線模塊有沒有新命令。根據命令和執行條件控制設備。
系統測試分步驟進行。先測試每個模塊單獨工作。給溫度傳感器加熱。看讀數會不會變。用手電筒照光敏電阻。看光照值變化。給繼電器信號。聽有沒有咔嗒聲。測試步進電機。看它轉不轉。然后測試模塊之間通信。手機發送開燈命令。看燈會不會亮。設置溫度閾值。超過閾值自動開風扇。最后長時間測試。看系統穩定不穩定。
測試中發現一些問題。有時無線連接會斷開。檢查發現是天線接觸不良。重新焊接后問題解決。步進電機有時失步。原因是驅動電流不夠。更換驅動芯片后正常。電源模塊發熱較大。增加散熱片后改善。
本設計實現了基本功能。燈光可以遠程控制。窗簾可以自動開關。環境可以自動調節。系統成本不高。普通家庭能夠承受。安裝比較簡單。用戶使用方便。系統還有改進空間。可以增加更多傳感器。比如煙霧傳感器。發生火災可以報警。可以增加門磁傳感器。有人非法進入可以通知主人。這些是以后的工作。
硬件設計需要考慮實際情況。元件要選常見的。這樣采購方便。價格也便宜。電路要留出測試點。維修時方便測量。接口要標準化。不同廠家設備可以互換。結構要牢固。放在家里不能輕易損壞。
智能家居是未來趨勢。好的硬件設計是基礎。本設計提供了一個可行方案。這個方案經過實際驗證。它工作穩定。成本可控。適合普通家庭使用。隨著技術發展，智能家居會越來越普及。