基于单片机控制的带家居环境监测功能的睡眠灯的设计
摘要
随着人们生活节奏的不断加快，人们利用科技改变生活的同时，也越来越关注自身所处环境的实际情况，希望通过一些技术手段能将日常生活中的电器和居住环境相联系，达到智能化，省时省力的效果。
本文章主要讲述的是如何将传感器与单片机结合实现监测家居环境的作用，通过各类传感器采集而来的信号经过A/D模数转换之后，再经过Arduino UNO R3进行处理将结果以数字的形式显示在OLED显示屏上，而当周围环境发生变化时，连接着Arduino UNO R3的LED灯也会作出相应的变化。
关键词：单片机、智能家居、环境监测、LED灯
Abstract
With the increasing pace of life, people use science and technology to change their lives, at the same time, they pay more and more attention to the actual situation of their own environment, hoping to connect electrical appliances and living environment through some technical means. To achieve intelligent, time-saving and labor-saving effect. This article mainly describes how to combine the sensor with the single chip microcomputer to monitor the home environment, and how to realize the monitoring of the home environment. After the signal collected by various sensors has been converted by A / D A / D, Then the result is displayed in digital form on the OLED display screen by AT89C51 microcontroller, and when the surrounding environment changes, the LED lamp connected with the MCU will also make corresponding changes.
Keywords: single chip microcomputer, smart home, environmental monitoring LED lamp
第一章绪论
1.1带家居环境监测功能的睡眠灯的背景及意义
众所周知,环境对于一个人健康的影响是非常大的。所以对于环境的关注时时刻刻都不能够放松，准确地测量它们是极其重要的。带家居环境监测功能的睡眠灯系统就是针对人们长期生活的环境里面的空气进行监测分析，让人们能够清楚地知道自己所处的环境空气的质量，并且对这些环境做出相应的应对方法。目前,我国经济正处于飞速发展中,人们的生活条件和幸福感也在逐渐增加。相对应的对家居环境的体验和要求也越来越高。所以，向着让人生活舒适的产品也越来越多，越来越发达。家里面的屋子不仅是家庭成员经常待着的地方，也是每天都要生活的场所,人们生活的健康的重要环境场所之一。但随着日常生活装修等一些的普及,装饰材料的必要性和广泛使用,家庭环境对于健康的隐患也在增加。装饰材料包括涂料这样的东西所挥发出来的有毒气体，对人体的健康威海市特别大的，而且这种危害是人肉眼看不到的，但这种危害确确实实的存在。对人们及家居的体验也有着很大影响,因此,室内环境的监测越来越受到人们的重视。根据有关部门的统计,在政府部门,因为室内环境污染造成的死亡或疾病的比例每年都在明显增加。室内装修环境空气污染是对人类健康的严重威胁的重要因素之一。目前，我国所研制出来的关于环境监测这一方面的产品不是很多，而且有的还很贵，是大多数人所不太愿意购买的。它们的主要目的就是探测室内空气中的有害气体。并且通过某种方式让人能够意识到，根据相关调查,目前紧急需要一个全面的监测环境的系统。适用于室内检测湿度和温度噪音等一系列的环境参数。有很多家庭监测设备,包括便携式的和非便携式的产品。主要常见的有智能手镯,手表等的环境监测产品,还有比较少见的有智能床垫这样子的,全面检测家居环境。面对不同的智能的产品,可以完成对不同的场景的环境的检测。虽然家庭环境监测系统已经研究开发出来,相对应的产品也陆续开始出现在市场上,但总体来说,还是缺少这样的监测家居环境专业的产品。特别是缺乏统一的产品标准和权威,严重影响了家居环境监测产品的开发。随着科学技术的进步和经济的发展,家庭环境监测变得越来越重要。关注家庭环境监测是未来国民经济发展的必然趋势。带家居环境监测功能系统的产品正好能够做到建监测环境这一点，让人们生活的更健康更安心，让那些对于健康有所隐患的环境因素都无所遁形。
1.2带家居环境监测功能的睡眠灯的国内外研究现状
睡眠监测技术首先是在国外被大范围的接受的,这几年来年来国内市场的接受度也逐渐提高。在国外,由于其相对发达的环境监测技术,相关产品的使用得到了广泛的推广。赵春阳等人研制了智能多功能空气质量监测仪。Bartholomew等人在固态传感器阵列的基础上,设计了一种基于固态传感器阵列的室内空气质量检测仪。Abel等人研究了一种用于无线传感器功能的商用环境检测器。在净化室内空气方面,该设备能快速去除室内污染气体,如煤气、一氧化碳等,并具有增湿除菌功能,从而大大提高了空气中有益成分的比例。虽然我国对环境监测系统的研究还比较晚,但向发达国家学习的精神是不可动摇的,所以现在许多学校或研究所都在研究和引进国外先进的环境监测技术。我国也有很多地方都买了国外的那些监测环境的产品用来研究，然后让我们自己国家的这一领域也能够有所进步。通过对国外先进检测技术的研究,中国这几年一直以来都在提倡自主创新，虽说起步比较晚，与国外有很大的差距，但是只要向着某一方面进步，有目标，我们自己也是可以研制出很好的产品的。而且国外的产品在我国并不是大量使用。因此,我们的主要目标主要是是自动化我们的产品,并以数字方式使用它们。本设计对于家居环境监测方面研究的内容具有重要的理论意义和重要的实用价值。
1.3带家居环境监测功能的睡眠的技术特点
本课题基于单片机设计一个睡眠灯装置,本装置能根据时间和周围光线的变化来控制灯的亮灭以及灯光的颜色变化;在夜间有照明需要时,借助红外感应开关,人们能控制睡眠灯自动亮起;同时借助单片机及用于室内光照、噪声和温湿度监测的传感器,实现家居环境参数采集和显示。而且这个睡眠灯的特点有很多,其通过小小的传感器将数据采集到显示在显示屏上,可有效的节省能源,而且他的成品是一个灯,完全对人体无害，并且使用的灯光也非常的有讲究，蓝光促进睡眠，红光用于报警，可以说是非常的人性化了。
通过温度、光照等一系列外界因素的变化所产生的模拟信号,然后通过放大电路放大后,将放大后得到的模拟信号进过(A/D)转换器转换为数字信号,最后将处理过的数字信号传输到单片机。单片机通过相应的处理后,得到当前的温度、噪声等级以数字的模式显示在OLED显示屏上显示出来,并且使灯光颜色做出相应的变化,在有照明需要的时候,通过红外感应开关来控制灯的自动亮灭,而且夜晚可以将睡眠灯调到辅助睡眠模式,报警功能采用红色的灯光,最大程度的利用好单片机的作用。
1.4带家居环境监测功能的睡眠灯的课题研究的目的和内容
经过我国科研人员与各大高校夜以继日的不辞辛劳，目前已经研制出了很多关于家居环境测量方面的产品。虽然这些产品的市场份额很低,而且其中大部分都只有一小部分是用于监测家居环境的,但是他们的价格相对与国外的一些带有家居环境监测功能的产品相对便宜。所以受欢迎的程度比很多国外的产品要大,根据我国在家居环境的有关部门的调查,我们迫切需要设计一个智能的带有内部监控系统的集成产品，专门用于监测室内有害空气成分、温度和湿度。为了测试我们的产品对于监测环境的效果,以达到帮助于改善人们的生活质量的目的。本设计的最终目的是达到有效检测空气中的温度湿度亮度噪声的目的,湿度和空气温度,还有照明,适合家庭使用的多功能产品,并实现。在监管效率方面,能够实时的检测。和实现简单,方便,廉价,眼睛可以观测到写字楼、公寓实时环境情况,还有一定必要必须采取适当的措施,以确保人们在适当的时候。可以警示到环境对于自身的危害,这样就大大降低了用户因为室内环境而造成的发病率。基础是多种类型的传感器,利用声光报警模块和显示模块、单片机处理和检测功能的有机结合,在一定程度上提高用户的安全指数。
设计的主要内容如下:
(1)传感器模块:采用温度、湿度、声音、亮度传感器,传感器将信息采集功能和信号处理功能相结合在一起,很大程度上提高了它的工作效率,这其中还用了放大电路将采集到的信号放大,能够更加精确的将数据传送至单片机进行处理,并且这也是本设计走向智能化的重要标志。还采用OLED显示技术实现对电路显示模块及传感器模块的设计。
(2)主控制器模块:采用单片机控制LED灯的亮起与熄灭,灯光颜色的变化。
(3)显示模块:将单片机处理好的数据通过一个OLED显示屏显示出来,能够直观的表现出室内目前的温度、湿度、噪音。
目录
摘要 2
Abstract 2
第一章绪论 3
1.1带家居环境监测功能的睡眠灯的背景及意义 3
1.2带家居环境监测功能的睡眠灯的国内外研究现状 4
1.3带家居环境监测功能的睡眠的技术特点 4
1.4带家居环境监测功能的睡眠灯的课题研究的目的和内容 5
第二章带家居环境监测功能的睡眠灯的总体设计 7
2.1系统结构 7
2.2系统功能 8
（1） 温度 8
（2） 湿度 8
（3） 亮度 8
（4）噪声 9
2.3系统设计要求 9
2.3.1硬件电路设计要求 9
2.3.2软件设计要求 10
第三章带家居环境监测功能的睡眠灯系统的硬件设计 11
3.1硬件的总体设计思路 11
3.2传感器模块的设计 11
3.2.1湿度传感器 11
3.2.2温度传感器 13
3.2.3噪声传感器 14
3.2.4亮度传感器 15
3.3OLED显示模块的设计 17
3.4红外感应模块的设计 19
（1）全自动感应 19
（2）光敏控制 19
3.5照明模块的设计 20
3.6单片机模块的设计 21
3.6.1各类单片机分析对比 21
3.6.2Arduino UNO R3单片机介绍 23
第四章带家居环境监测功能的睡眠灯系统的软件设计 25
4.1睡眠灯系统控制器软件程序设计 25
4.2系统主程序 26
4.3灯光控制系统 26
4.4环境检测程序 27
第五章结论与展望 29
5.1结论 29
5.2展望 29
致谢 30
参考文献 31
附录 32
参考文献
[1] 黄天宏 LED照明技术的研究和设计实例[D] 湖南大学 2005年
[2]刘引弟 基于单片机的鸡舍环境智能控制器的设计[D] 内蒙古农业大学 2013年
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[5]王荣 ，智能家居监测系统的设计与研究 [D]西安科技大学 2015年
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[7]刘真富 ，基于物联网的无线智能家居监控系统[D] 哈尔滨工业大学 2013年
[8]朱杰 ，智能温度传感器的研究[D] 中北大学 2013年
