基于单片机红外感应智能卫生间系统仿真论文
摘 要
本篇文章针对目前我国国内目前智能家居的发展设计了一套智能卫生间系统，这个系统的控制系统是基于STC89C52RC的。该系统由人体感应模块、按键模块、温度检测模块、照明控制模块等组成。与传统的卫生间相比，智能卫生间更加的智能化。可以根据屋内有无人的判断进行节水节电的工作；平时有人忘关水龙头的行为也可以利用智能卫生间的功能做到人走断水。为了节省平时冲马桶的用水量，也可通过检测如厕量的多少从而智能的选择冲水量。通过理论与实践的结合，可知，本控制系统具有成本低、结构简单、智能化、操作简洁、性能稳定等优点，一定程度上符合现阶段智能家居的发展，对进一步对水资源、电力资源的节约提供了一个良好的解决方案。
关键词：STC89C52单片机； 红外传感； 智能卫生间； 照明系统；
2. 智能垃圾桶的整体设计
2.1系统方案总述
本系统的设计总共有六大组成部分，六大组成部分分别是水控模块，人体感应模块，单片机最小系统，光电传感器，电源电路。系统采用模块化设计的思路。
图2.1 总体设计图
我们这次设计采用的是STC89C52单片机，用它作为我们的控制芯片，系统供电电压5V左右，其他模块的电路的电源由这个主控电源提供，采用降压电路将5V的电源转换成3.3V。系统设计的模块化如图2.1所示。电源5V供给其他模块工作。单片机是系统的心脏，控制其他模块工作。红外传感器装在马桶的外壁上面，感受人体离马桶的距离。人体感应模块接受人体动作控制照明系统工作。整个系统的设计简单方便，使用起来反应快，功耗较低。
2.2功能要求
1该系统能够自动识别房间有人和无人，并且根据有人和无人的情况，分别让不同的设备开启或关闭。
2房间有人时：
a）红外检测有人时，“有人指示灯”亮，并点亮照明系统。
b）冲厕开关与GND短接时，冲厕水泵开启3秒断开；两次冲厕时间间隔10秒。
c）洗手开关与GND短接时，洗手水泵开启3–7秒断开；两次洗手时间间隔7秒。
d）内风机转，全功率工作。
3房间无人状态下：
a）红外检测无人时，“无人指示灯”亮，照明系统不工作。
b）内风机转，半功率工作。
4用一个可调电阻，来调节洗手时间（0-4秒）。
5报警开关与GND短接时，蜂鸣器响。
整个系统的控制中心就是STC89C52最小系统模块，实现对所有数据的接受与处理功能，并且发出各种所需要的指令，让卫生间变得更加智能。
2.3论文内容及安排
本论文主要论述了基于STC89C52单片机的智能卫生间系统的方案论证、硬件系统设计、软件系统设计以及软硬件联调等内容。本次设计的内容可以分为三个部分：
第一部分是硬系统件设计，包含方案的论证、所需元器件的选择等。具体的硬件电路包括人体检测电路、照明电路、键盘检测电路、电源电路、稳压电路和单片机的最小系统设计。
第二部分是软件系统设计，软件部分全部使用C语言进行编程，合理利用了C语言的特点，贯彻了模块化设计的理念，即把各个功能分离成小的子程序，在主程序中作为子程序加以调用，在调试时就可以方便定位出现问题的地方，然后测试各项子程序和主程序，分析结果能否满足预定的功能要求，并得出结论。
第三部分是进行软、硬件联调，这个是本设计的重点。目标是要协调好硬件和软件之间的关系，实现预期的功能。
论文具体内容安排如下：第一部分简明扼要的介绍了本设计的研究背景与意义、研究现状、说明本设计研究的内容、论文内容及结构安排；第二部分是本设计系统的硬件方案和软件方案阐述；第三部分主要叙述了硬件部分的系统设计，内容有单片机最小系统设计、人体检测电路设计、照明电路设计、电源电路设计、键盘电路设计；第四部分说明了软件设计部分的系统设计，内容有主程序设计、人体检测程序设计、环境光检测程序设计；第五部分则对硬件调试、软件调试和软硬件一起调试的过程和结果进行具体阐述与解释并列举实验过程中遇到的问题和解决办法。
3 硬件电路设计
3.1微控制器选择
微控制器是系统的核心，控制器的性能影响整个系统工作的稳定性和可靠性，初次设定以下三种选择方案。
第一种:主电 路选用 STC89C5 2RC这个 单片机,STC 8 9 C52RC用的就是我们熟悉的8051内核,这个芯片有很多的好处,第一个就是它可以很稳定的工作,第二个就是它的价格非常的低。它所组成的电路中里面有非常大的存储器,这存储器有一定的好处,就是我们用户可以随便使用,而且可以进行任意的操作。这个单片机器件兼容标准MCS-5 1指令系统,与80 C51具有相同的引脚结构。ST C89 C51最为突出的优点就是在它的片内集成了4KB的F1ash PEROM用来存放我们用户编写的软件程序,这个存储器的最有一个最大的优点就是,它可以进行离线的编程。也就是说我们可以编程完成之后再导入进去。而且我们编写的程序在里面,非常的安全,因为我们可以对它进行加密处理。组成结构也是非常简单的,只需要一个外加晶振电路。就可以正常的进行工作。
第二种:MSP430F149也是430单片机类型中的一种,这个单片机是我们最常使用的一种,由于它的最低功耗比较小,所以受到了广大用户的欢迎。而且这几年这种单片机。被使用在广大的电子电路中。由于51单片机的技术非常成熟,这种单片机在51单片机的基础之上进行开发的。他的价格比单片机高一点,它的内部的存储空间也是非常大的。是51单片机的五倍,价格比51单片机要贵上20元到30元。在这个单片机的内部集成的许多我们常用的模块,比如ad转换模块,我们都可以在其中找到。可以很方便用户使用。本次设计对处理器的要求速度是以不太高。所以我们没必要多花几十块钱去买这种430单片机。而且这种单片机的资料比较难找。本次设计的智能垃圾桶所需要的i口比较多,而且处理速度要求不太高,所以我们经过比较认为第一种方案更好。
STC89C52单片机的结构如图3.1所示
图3.1 STC89C52内部结构图
3.7 按键电路原理
本次设计的功能简单，不需要很多的按键对其进行操作，所以设置两个按键就能实现基本的功能。只需将单片机的引脚P36与S1相连，将引脚P37与手动按钮相连。S1可以进行模式的选择。具体连接方式如图3.10所示。
图3.10按键电路原理图
4 控制系统的软件编程设计
4.1软件编程设计概述
系统的软件设计与系统的硬件设计对应。系统设计流程图如图4.1所示。
图4.1 总流程图
5 系统调试
5.1软件调试
系统用C语言进行编程。系统软件也是采用模块化编程的思路，先实现每一步的功能，最后将每一部分组合到一起，实现整个系统的功能。
5.1.1软件开发过程
Keil C51是美国Keil Software公司出品的,这个软件可以编写c语言也可以编写其他的。语言功能非常强大,而且兼容性非常好,可以在一般的电脑上使用,也可以在操作系统非常老的系统中进行使用。这个软件包含了一些很多的编译器,链接系等等。而且可以直接在线生成我们需要的软件,我们不仅在开发51单片机上可以使用,而且在ARM上都可以进行使用。在领我们建立工程的时候可以选择。许多的单片机型号,根据我们使用的型号,我们进行对应的选择。这边写程序的第一步就是先打开这个软件,然后建立一个新的项目。选择对应的c语言源程序在界面中,我们可以进行程序的编写。具体操作流程如图15所示。
图5.1 界面图
第二步，主控芯片的选择，在Data Base上选择STC89C52芯片然后确定。如图5.2所示：
图5.2 芯片选择图
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