1 绪论
1.1 全宅智能家居的概念
全宅智能家居（Smart Home）是以家庭住宅为平台，充分运用现代信息技术，兼备建筑、自动化，智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境。通过将家用电器、空气质量检测、节能环保、终端监控等结合为一体，实现在线智能检测监控，不仅提高了家庭的安全，同时也有效的提高了人们的生活质量。
1.2 全宅智能家居的国内外的发展状况
家居伴随着信息技术和物联网的高速发展，逐渐深入到大多数用户。自上世纪八十年代第一栋智能建筑出现在美国后，世界上许多发达国家先后提出了各种不同的智能家居初期设计方案，一般包括智能抄表、可视门禁、安防报警等功能，当时的智能家居产品在美洲、欧洲、以及亚洲一些发达国家和地区的市场上都有广泛的应用。1988年美国电子工业协会给出了首个家庭住宅电气设计标准《家庭自动化系统与通讯标准》，为智能家居布线系统给出了一个标准。在不同的国家智能家居的发展进程和特点也不尽相同，在智能化比较发达的日本，不仅实现了家电网络自动化之外还能实现生物特征自动识别功能、血压血糖自动检测特点是实现家居自动化，通过大量的传感器来代替传统的手动开关来操控家居设备；韩国的智能家居的特点体现在影音信息设备上，用户随时随地地可以观看或者录制自己想看的影音，并能轻松与其他用户交互。国外不同的国家智能家居的发展各有不同，虽然还打到普及阶段，但这些应用还是受到市场的欢迎，到上世纪末，美国就有超过400万户家庭安装了家庭智能化系统，而全球范围内智能家居产品总销量超过一亿户。
智能家居在中国的起步比较晚，在国内经历了十六年的发展历程，人们从最初的梦想到今天逐渐走进我们的生活发展过程并不太容易，起初，只有少数高档住宅小区配备国外比较完善的智能家庭网络，通过后来媒体的宣传，国内一部分人接触到智能家居这个概念，后来随着电信行业的快速发展，宽带的普及率不断上升，经济发达的地区已经满足了智能化系统家庭部署的基本条件，为智能家居行业的发展做好了铺垫。而智能手机和平板电脑的发展更是给智能家居带来巨大的变革，所谓一键控制在手，现如今，国内的智能家居已经进入竞争热潮，各大科技公司纷纷设计自己的控制系统和方案，比如国内最知名的智能家居企业智慧云谷，针对市场上智能家居的现状推出了智能家居控制系统的大众化版本，精英版iWiscloude-S。
1.3 我国全宅智能家居的技术研究现状
全宅智能家居虽然在我国起步较晚，但近几年来，随着物联网和检测与通讯技术
的飞速发展，我们国家开始在智能控制这方面取得巨大突破，现如今，国内的几家具有代表性的智能家居公司，智慧云谷公司在传统的检测传感器的基础上开发了属于自己品牌的智能家居传感器，实现了无线通信，并应用到独立开发的iWiscloud系统。智慧云谷基于云计算核心的物联网自动化控制系统是专门针对云计算模式进行开发，能够将多达10万以上的控制终端连接到云计算中心，可以在同一平台下对多个地区，多个控制点进行集中控制，更能够进行大范围综合计算与综合控制（比如在热网控制中进行管网平衡控制），更可以对整个城市的水、电、暖、气、公共设施进行一站式控制。IOTACS可完美取代老式的PLC系统，广泛应用于智慧城市、工业自动化控制、智慧农业、热网远程节能控制、路灯远程节能控制以及环保、电力、化工、冶金、造纸、纺织、机械加工、制造领域等各行各业。同时智慧云谷建立了一套基于物联网云计算技术能源管理控制与服务系统，由云计算数据中心、智能终端及各种管理分析软件组成，系统将热力公司换热站及公共建筑控制系统实时连接，进行数据采集、存储到云计算中心数据库中，调度管理人员可以通过智慧云谷云管控平台进行实时监控，并对运行数据进行查询、统计、分析，也可以下达控制指令，调整运行曲线参数等工作，通过智慧云谷供热控制系统，可以为热力公司提供专业高效的服务，同时也为热力公司的控制调节，节能分析提供基础平台，大大降低运行管理费用。Wiscloud开放所有控制终端、控制模块、云计算平台接口，软件企业可以用自己的软件对IOTACS进行控制，形成自己的软/硬件自动化控制产品，物联网及自动化控制企业可以将硬件接入到Wiscloud的云计算平台中，通过云计算平台进行实时通讯，实时控制，并可集合大量终端进行综合控制，并能够将历史数据保存到云计算中心，网站开发企业通过IOTACS的云计算中心及控制终端接口可以在网站上对任何的硬件进行控制。
1.4 全宅智能家居智能控制系统功能
智能家庭控制系统的主要功能包括家庭设备自动控制、家庭安全防范、家庭空气质量检测和节能环保四个方面。其中家庭设备自动监控和节能环保包括对电器设备的集中、遥控、远距离异地(通过Wifi或Internet)的监控及数据采集。
(1)家用电器的监视和控制，按照预先所设定程序的要求对热水器、微波炉、视像音响、冰箱等家用电器进行监视和控制。
(2)热能表、燃气表、水表、电度表的数据采集、计量和传送根据小区物业管理的要求所设置数据采集程序，通过传感器对热能表、燃气表、水表、电度
表的用量进行自动数据采集、计量，并将采集结果远程传送给小区物业管理系统。
(3)空调机、气暖的监视、调节和控制，按照预先所设定的程序，根据时间、温度、湿度等参数对空调机进行监视、调节和控制。
(4)空气质量的智能监测，按照正常室内的气体参数，通过二氧化碳、甲烷、一氧化碳、ＰＭ２.５等传感器的检测对风机进行智能控制开关。
(5)照明设备的监视、调节和控制按照预先设定的时间程序，分别对各个房间照明设备的开、关进行控制，并可自动调节各个房间的照度。
(6)窗帘的智能控制，通过对温度和光源的检测，实现窗帘的开启/关闭的实时控制。
1.5 本章小结
本章通过介绍全宅智能家居的概念、全宅智能家居的国内外的发展状况、我国全宅智能家居的技术研究现状以及全宅智能家居控制系统功能，阐述了处于信息化的全宅智能家居给人们的生活带来的优越和极大的方便，在开发应用时，我们可以借鉴已经成熟的智能家居产品。
2 全宅智能家居总体设计
2.1 方案整体设计
本次设计是以STC89C52单片机作为主要控制核心，通过外围温度、气体、湿度传感器采集电路，以上位机界面的状态显示，及时对室内的环境进行监测，通过控制空调、风机系统来改变室内的气体、温湿度等环境，在原来开关的基础上，设计PC上位界面来实现远程控制，可以实现远程实时控制空调机组（如风机，加湿器，风阀等），此外在本次设计中，采用多种检测传感器相结合，根据各传感器采集的数值进行自动化智能控制，可以自动开关空调、风机、窗帘，智能调节自动调节风阀开度等。并能够实现故障诊断，对特殊气体或粉尘浓度较高时提供报警提示，对所采集的数据进行记录，必要时可以表格输出。
2.2 系统模块设计
根据方案设计要求，系统中有以下几种模块：控制器模块，电源管理模块，上位机显示模块，传感器检测模块，继电器输出模块，电机控制模块，报警模块等等。根据各个模块的不同功能，设计了如下控制框图。
图2.1 单片机系统控制框图
2.3 功能设计
2.3.1 智能空调控制设计
通过温度传感器和湿度传感器采集各个室内的当前温湿度，将采集的数值通过RS485通讯，传到上位机，然后与预设定的值做比较，从而决定继电器对空调开关的控制，并把当前温湿度的值上传到上位机显示，使得室内的环境保持在一个稳定的范围内，从而实现智能空调系统的控制。
2.3.2 智能窗帘控制设计
通过光敏二极管和热敏二极管对室外的光源和热源进行判断，在某个范围内决定着窗帘是否打开或者关闭，窗帘的驱动系统采用H桥原理控制直流电
机，使得电机在控制信号的作用下能够正反转，从而达到窗帘能够关闭的打开的控制效果。
2.3.3 室内气体的检测及智能通风换气控制
在室内安装一氧化碳、二氧化碳、甲醛、甲烷等气体传感器，通过检测各个室内的气体浓度，来判断该室内是否处于适合人们居住的环境，当室内的某种气体或多种气体高于设定范围，此时则有控制器发送信号，通过继电器开启新风机系统，达到室内换气的目的。
2.3.4 室内PM2.5检测
在室内安装PM2.5的烟雾传感器，通过传感器检测室内的空气中粉尘的浓度，然后启动报警装置，并同时给一控制信号到继电器，启动家用静电除尘装置，在经过一段时间，当室内的PM2.5达到较低的适合浓度，关闭该除尘装置，从而保证室内的PM2.5以及大颗粒保持在一个较低的范围内。
2.3.5 智能终端对全宅智能家居的监控
全宅智能家居的实现在整体上一个终端界面显示出来，全面的展现了室内空气、温湿度、PM2.5、窗帘、灯光以及门禁的各个状态，然后由系统设定的参数范围，在此区间进行智能调控，该智能终端采用LABVIEW软件做一个上位机界面，及时的展现着当先每个控件的开关工作状态。
2.4 本章小结
本章从开始介绍了系统整体方案的制定，系统的结构设计，系统控制的对象，和该系统最终要实现的控制功能，让我们对全宅智能家居系统有一个全面的了解。
3 硬件设计
3.1 控制器最小系统
3.1.1 芯片内部资源
本次设计所用到的芯片是STC89C52，总共40个引脚，我们可以按其功能类别将它们分为三类：
1)电源和时钟引脚。如Vcc、GND、XTAL1、XTAL2；
2)编程控制引脚。如RST、PESN、ALE/PROG、EA/Vpp；
3）I/O口引脚。如P0、P1、P2、P3，四组8位I/O口。
引脚功能介绍：P1口（1~8脚）—准双向8位I/O，每个口可以独立控制，内带上拉电阻，这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，因此不是真正的双向I/O口。RST（9脚）—单片机的复位引脚。当输入连续两个周期以上高电平时才有效，用来完成单片机的复位初始化操作。P3口（10脚~17脚）一准双向8位I/O，每个口渴独立控制，内带上拉电阻。作为第一功能使用时就当作普通的I/O口，与P1口相似。XTAL1（18脚）、XTAL2（19脚）:外接时钟引脚。VCC（40脚）、GND（20脚）：单片机电源引脚，正常的工作电压有+5V、+3.3V。P2口（21~28脚）：准双向8位I/O口，每个口可独立控制，内带上拉电阻。PSEN（29脚）: 程序寄存器允许输入控制端，在读外部程序寄存器时该引脚低电平有效，可以实现外部程序寄存器单元的读操作。ALE/PROG（30脚）： 在单片机扩展外部RAM时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器