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基于51单片机WIFI智能家居系统设计

news 2025/9/6 6:07:33

基于51单片机WIFI智能家居系统设计

1 功能介绍

本设计以STC89C51/52单片机作为主控核心，结合ESP8266无线通信模块、DHT11温湿度传感器、LCD1602液晶显示屏、继电器电路、AT24C02存储电路以及声光报警电路构建而成，最终实现一个具备远程监控与控制功能的智能家居系统。该系统能够通过WiFi网络实时传输数据到手机端，实现用户远程操作和信息反馈，具备良好的扩展性与实用性。

系统主要功能如下：

远程控制：通过ESP8266 WiFi模块，用户可以在手机端发送特定指令实现远程控制。
- 打开继电器1 ：DKJDQ1
- 关闭继电器1 ：GBJDQ1
- 打开继电器2 ：DKJDQ2
- 关闭继电器2 ：GBJDQ2
- 获取温湿度数据：HQSJ
  系统默认WiFi连接参数为账号：DuoDuoXueZhang，密码：123456789。
环境监测：通过DHT11传感器实时测量室内温湿度，并在LCD1602液晶显示屏上显示结果，同时支持WiFi数据上传。
家电控制：设计板上设置两路继电器，能够直接控制家电设备，如电灯、风扇、空调等，继电器带有指示灯，便于观察运行状态。
报警功能：系统支持通过按键设定温湿度报警阈值，并将该阈值存储到AT24C02存储器中。当实际测得数据超过设定值时，系统触发声光报警提醒，并可通过WiFi发送警报信息。

该系统集成了监控、存储、显示、控制与报警多种功能，能够满足智能家居场景下用户的远程控制与信息获取需求。

2 系统电路设计

智能家居系统采用模块化设计思路，将各功能电路单元通过STC89C51/52单片机统一协调工作。以下分别介绍各主要模块。

2.1 主控电路（STC89C51/52单片机）

STC89C51/52作为系统主控芯片，负责接收ESP8266的数据、处理传感器输入、驱动继电器与LCD显示，并控制报警模块。单片机采用12MHz晶振电路提供时钟信号，同时配合上电复位电路，确保系统运行稳定。

2.2 ESP8266 WiFi模块电路

ESP8266模块通过串口与单片机通信，负责实现与手机端的无线数据交互。其默认连接家庭无线网络，并监听来自手机的控制指令。当接收到控制命令时，ESP8266将指令传输给单片机，由主控芯片解析并执行相应操作。

2.3 温湿度传感器电路（DHT11）

DHT11作为环境检测传感器，通过单总线与单片机通信，实时采集空气中的温湿度数据。其输出数据不仅在LCD1602液晶屏上显示，还会定时通过ESP8266模块传输到手机端，便于远程监控。

2.4 液晶显示电路（LCD1602）

LCD1602用于显示系统的实时状态信息，包括温湿度值、继电器状态和报警信息。该模块通过并口与单片机连接，采用4位数据线方式，节省IO资源。用户在现场即可直观查看系统的运行情况。

2.5 继电器驱动电路

系统设计了两路继电器输出接口，可用于控制电灯、风扇、空调等家用电器。继电器由单片机通过三极管驱动，带有状态指示灯，直观显示继电器的开关状态。通过手机指令即可实现远程开关家电。

2.6 存储电路（AT24C02）

AT24C02为I2C接口的EEPROM存储芯片，主要用于存储用户设定的温湿度报警阈值。这样即使系统掉电，参数也不会丢失。单片机在上电时会读取EEPROM中的数据，作为报警判断的基准值。

2.7 声光报警电路

系统设计了蜂鸣器与LED指示灯作为报警单元。当实际温湿度超过设定阈值时，蜂鸣器发出声响，LED灯闪烁提示用户，同时通过WiFi向手机端推送报警信息，确保用户及时获知异常情况。

2.8 按键电路

按键模块用于设置温湿度报警阈值。通过按键组合，用户可调整并确认报警值，最终存储到AT24C02中。单片机检测按键状态时需进行去抖动处理，以保证输入准确可靠。

3 程序设计

软件部分采用C语言编写，并在Keil环境下进行开发。程序结构分为初始化、主循环和各功能模块子程序。

3.1 主程序框架

主程序负责初始化各模块并进入循环运行，不断检测传感器数据、接收WiFi指令、驱动继电器、更新显示内容以及执行报警逻辑。

#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "dht11.h"
#include "esp8266.h"
#include "relay.h"
#include "at24c02.h"
#include "beep.h"
#include "key.h"void main(void)
{unsigned char temp, humi;LCD1602_Init();DHT11_Init();ESP8266_Init();Relay_Init();AT24C02_Init();Beep_Init();Key_Init();while(1){DHT11_Read(&temp, &humi);   // 读取温湿度LCD1602_Show(temp, humi);   // 显示数据ESP8266_ReceiveCmd();       // 接收WiFi指令Relay_Control();            // 控制继电器Alarm_Check(temp, humi);    // 报警检测Key_Scan();                 // 按键设置阈值}
}

3.2 WiFi通信程序设计

ESP8266通过串口与单片机通信，接收并解析手机端发来的指令，然后控制继电器或返回数据。

void ESP8266_ReceiveCmd(void)
{unsigned char cmd[10];if(UART_Receive(cmd)){if(strcmp(cmd,"DKJDQ1")==0) Relay1_On();else if(strcmp(cmd,"GBJDQ1")==0) Relay1_Off();else if(strcmp(cmd,"DKJDQ2")==0) Relay2_On();else if(strcmp(cmd,"GBJDQ2")==0) Relay2_Off();else if(strcmp(cmd,"HQSJ")==0) ESP8266_SendData(temp, humi);}
}

3.3 温湿度采集程序设计

DHT11通过单总线通信协议传输数据，程序需要实现起始信号、数据接收和校验。

bit DHT11_Read(unsigned char *temp, unsigned char *humi)
{unsigned char data[5];if(DHT11_GetData(data)){*humi = data[0];*temp = data[2];return 1;}return 0;
}

3.4 继电器控制程序设计

继电器通过单片机IO口控制三极管，从而实现开关动作。

void Relay_Control(void)
{if(relay1_state) RELAY1 = 0; // 吸合else RELAY1 = 1;            // 断开if(relay2_state) RELAY2 = 0;else RELAY2 = 1;
}

3.5 报警程序设计

通过检测当前温湿度与阈值比较，判断是否触发报警。

void Alarm_Check(unsigned char temp, unsigned char humi)
{unsigned char set_temp, set_humi;AT24C02_Read(0x00, &set_temp);AT24C02_Read(0x01, &set_humi);if(temp > set_temp || humi > set_humi){Beep_On();LED = 0;  // 点亮报警灯ESP8266_SendAlert();}else{Beep_Off();LED = 1;  // 熄灭报警灯}
}

3.6 按键设置程序设计

按键用于调整报警阈值，并存储至EEPROM。

void Key_Scan(void)
{if(KEY_TEMP == 0)   // 温度阈值增加{Delay_ms(20);if(KEY_TEMP == 0){set_temp++;AT24C02_Write(0x00,set_temp);}}if(KEY_HUMI == 0)   // 湿度阈值增加{Delay_ms(20);if(KEY_HUMI == 0){set_humi++;AT24C02_Write(0x01,set_humi);}}
}

3.7 LCD显示程序设计

LCD1602显示实时温湿度以及继电器状态，方便用户直观查看。

void LCD1602_Show(unsigned char temp, unsigned char humi)
{LCD1602_SetCursor(0,0);LCD1602_Print("Temp:");LCD1602_PrintNum(temp);LCD1602_Print("C");LCD1602_SetCursor(1,0);LCD1602_Print("Humi:");LCD1602_PrintNum(humi);LCD1602_Print("%");
}

4 总结

本设计基于STC89C51/52单片机，融合了ESP8266 WiFi模块、DHT11温湿度传感器、LCD1602液晶显示、AT24C02存储、继电器控制和声光报警模块，实现了智能家居环境下的远程监控与控制。系统能够通过手机远程获取温湿度数据、控制家电开关，同时具备阈值报警功能，整体架构清晰，功能完善。

在硬件电路层面，采用模块化设计思路，确保系统运行稳定且易于扩展。在软件设计方面，通过C语言编写驱动与功能模块，保证了程序逻辑的可读性和可维护性。整体而言，本系统为智能家居的实现提供了一个低成本、高实用性的解决方案，体现了单片机与物联网技术结合的应用价值。