基于單片機(jī)的智能家居設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

基于單片機(jī)的智能家居設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄第一章 緒論11.1智能家居簡介11.2智能家居的現(xiàn)狀41.3智能家居的發(fā)展趨勢41.4智能家居的研究意義5第二章 智能家居系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)62.1系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)62.2單片機(jī)的選擇62.2.1 STC12C5A60S2單片機(jī)簡介72.2.2 STC12C5A60S2單片機(jī)基本特點(diǎn)：72.2.3 STC12C5A60S2單片機(jī)的主要特性9第三章 系統(tǒng)硬件選擇及模塊電路設(shè)計(jì)103.1電源電路模塊的設(shè)計(jì)103.2溫度檢測模塊電路設(shè)計(jì)113.2.1 溫度傳感器器件介紹113.2.2溫度檢測模塊電路設(shè)計(jì)123.3亮度檢測模塊電路設(shè)計(jì)123.4時(shí)鐘電路模塊設(shè)計(jì)133.4.1時(shí)鐘芯片的選取133.4.2時(shí)鐘模塊電路143.5液晶顯示電路153.5.1 液晶顯示器件的選取153.5.2 LCD1602時(shí)序圖簡介183.5.3液晶顯示電路設(shè)計(jì)193.6 開關(guān)電路193.7聲光報(bào)警模塊電路203.8相關(guān)用電器工作電路223.8.1電飯鍋、飲水機(jī)、空調(diào)的應(yīng)對啟動電路模塊223.8.2窗簾開合模塊243.9串口通訊模塊293.9.1 GSM簡介293.9.2 MAX232芯片簡介293.9.3 GSM模塊電路設(shè)計(jì)30第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)334.1 C語言簡介334.2主控系統(tǒng)部分的軟件設(shè)計(jì)344.2.1按鍵開關(guān)輸入模塊電路的軟件設(shè)計(jì)344.2.2 LCD液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)35第五章 總結(jié)36致 謝37參考文獻(xiàn)38附錄1：程序清單39附錄2：電路原理總圖煙臺大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))第一章 緒論1.1智能家居簡介隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，智能家居作為一個(gè)新生產(chǎn)業(yè)，目前處于一個(gè)導(dǎo)入期與成長期的臨界點(diǎn)，市場消費(fèi)觀念還未形成，但隨著智能家居市場推廣普及的進(jìn)一步落實(shí)，培育起消費(fèi)者的使用習(xí)慣，智能家居市場的消費(fèi)潛力必然是巨大的，產(chǎn)業(yè)前景光明。 正因?yàn)槿绱?，國?nèi)優(yōu)秀的智能家居生產(chǎn)企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對企業(yè)發(fā)展環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究，一大批國內(nèi)優(yōu)秀的智能家居品牌迅速崛起，逐漸成為智能家居產(chǎn)業(yè)中的翹楚!智能家居至今在中國已經(jīng)歷了近12年的發(fā)展，從人們初最初的夢想，到今天真實(shí)的走進(jìn)我們的生活，經(jīng)歷了一個(gè)艱難的過程。智能家居很早就出現(xiàn)在人們的定義當(dāng)中，但很長時(shí)間以來都沒有真正意義上的智能家居成型，到了1984年美國聯(lián)合科技公司（United Technologies Building System）將智能信息融入建筑設(shè)備中，在整合的基礎(chǔ)上應(yīng)用到了美國康乃迪克州哈特佛市的城市地標(biāo)性建筑中時(shí)，出現(xiàn)了世界上的首棟智能化建筑，也正是從那時(shí)開始，智能化家居正式融入到現(xiàn)代生活中。智能家居控制的發(fā)展關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)理念以及經(jīng)營者的心態(tài)，市場目標(biāo)客戶真正需要什么東西，如果只注重簽單，不設(shè)身處地的為客戶著想，不兼顧智能解決未來的發(fā)展，提供片面的智能家居解決方案，而不考慮客戶的適用性，是不可取的，是急功近利的表現(xiàn)，這不僅降低了智能家居的應(yīng)用效果，還不利于整個(gè)智能家居行業(yè)的發(fā)展。智能家居控制系統(tǒng)的市場不是一般普通的商品買賣，而是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，它涉及到很多技術(shù)，涉及到人們生活的方方面面，智能家居控制系統(tǒng)的終極目標(biāo)是一種理想，更是一種理念，要想智能家居控制系統(tǒng)有很好的發(fā)展，研發(fā)機(jī)構(gòu)必須本著長遠(yuǎn)發(fā)展的心態(tài)，本著簡化、實(shí)用、性價(jià)比高、適合市場的理念，虔誠研究人們的生活、習(xí)慣、精神文化等需要，并把它看最高目標(biāo)，運(yùn)用各種技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)它。在國內(nèi)，智能家居不是單純意義上的智能產(chǎn)品，也不能被狹義的理解為小區(qū)智能化，而是基于小區(qū)的多層次家居智能化解決方案。它綜合利用主控平臺、無線連接及通信、設(shè)備管理、整體布局布線等手段，將住戶智能化管理、交互共享及消費(fèi)服務(wù)、小區(qū)安防監(jiān)控等常見家居因素協(xié)調(diào)配合并最終整合為整體，在原有小區(qū)智能化的大面上延伸到小區(qū)內(nèi)部室內(nèi)家居的具體環(huán)節(jié)，構(gòu)建出高效、舒適、安全、便捷的個(gè)性化住宅空間。近幾年，很多研發(fā)機(jī)構(gòu)和廠商已經(jīng)意識到家庭安全的重要性，把智能家居作為一個(gè)重要的方向和項(xiàng)目來研究，并紛紛投入大量人力財(cái)力，使智能家居真正的走向市場和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。智能家居是一個(gè)具有交互能力的平臺，并且通過平臺能夠把各種不同的系統(tǒng)、協(xié)議、信息和內(nèi)容控制在相對獨(dú)立的模塊單元中中進(jìn)行傳輸、交換。它具有以下特點(diǎn)：1）每個(gè)模塊化系統(tǒng)在脫離了智能家居的前提下也能實(shí)現(xiàn)原有功能。智能家居各模塊交互過程中，各個(gè)模塊化系統(tǒng)在脫離了整體化智能家居的平臺時(shí)，仍然能夠獨(dú)立完成自己在原有整體系統(tǒng)中的功能，比如跨樓通訊、室內(nèi)安全防護(hù)、多樣的設(shè)備管理、家庭消費(fèi)服務(wù)等。每個(gè)單獨(dú)的模塊在整體系統(tǒng)的平臺管理下獨(dú)立運(yùn)行的同時(shí)，平臺又能能提取各個(gè)模塊化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)的連動機(jī)制。2）品牌各異的產(chǎn)品在各有千秋的傳輸協(xié)議控制下仍能通過平臺進(jìn)行信息交流與數(shù)據(jù)傳輸。由于交互平臺的出現(xiàn)，分工明確的各模塊化系統(tǒng)在交互平臺的統(tǒng)一管理下，能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)運(yùn)作和運(yùn)行數(shù)據(jù)的共享流通，為住戶提供較大的取舍空間，并能根據(jù)業(yè)主需求真正實(shí)現(xiàn)獨(dú)具個(gè)性的智能化家居設(shè)計(jì)。而且，家居系統(tǒng)還有網(wǎng)絡(luò)關(guān)卡這一功能，通過家居互動平臺，達(dá)到在廣域網(wǎng)的連接下，實(shí)現(xiàn)遙控管理和實(shí)時(shí)控制。具有樣式各異的主流控制端口，如對RS485、RS232、IP等信號都能實(shí)現(xiàn)控制和管理，并且還可以擴(kuò)充添加國內(nèi)外時(shí)下較為流行的控制端口，如EIB、Lonwork、CE-bus、Canbus，以及無線網(wǎng)絡(luò)，如：WiFi、GPRS、藍(lán)牙等。根據(jù)業(yè)主的需求和產(chǎn)品的更新?lián)Q代及時(shí)填改各種總線接口、硬件連接端口和驅(qū)動軟件等，風(fēng)格迥異的連通方式、功能控制端口，為模塊化系統(tǒng)的多種選擇奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，只有智能家居系統(tǒng)不斷擴(kuò)大自身的兼容性和整合性，才能贏得更多不同需求的用戶和業(yè)主。3）智能終端（觸摸屏）只能作為各個(gè)模塊化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)顯示和控制信號傳出端。整個(gè)智能家居系統(tǒng)在交互平臺的協(xié)調(diào)控制下有條不紊的運(yùn)行，智能終端（觸摸屏）只作為各模塊化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)顯示和控制信號的發(fā)出端，具有多功能的智能終端配置便于操作。而且，平臺增加了智能終端的實(shí)時(shí)顯示功能，保證其在各模塊系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和相關(guān)顯示，讓業(yè)主對當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)一目了然，同時(shí)為系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化提速提供了基礎(chǔ)。在智能家居的交互平臺里，系統(tǒng)能收錄和存儲各模塊化系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對各模塊的有效運(yùn)行提供有效的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)歷史的運(yùn)行數(shù)據(jù)，總結(jié)出不同業(yè)主的的使用習(xí)慣和某種行事規(guī)律，讓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自學(xué)習(xí)，以便更好的服務(wù)業(yè)主。4）控制軟件可編程（DIY），提供信息服務(wù)。此系統(tǒng)方便用戶改變控制邏輯、控制方式、操作界面，用戶的控制邏輯、操作界面可以自定義、可以DIY。在當(dāng)前流行的家居智能控制系統(tǒng)中，信息服務(wù)是一個(gè)特別關(guān)鍵而且無法取代的重要環(huán)節(jié)，配備了信息服務(wù)后，它讓智能家居系統(tǒng)在越變越聰明的同時(shí)，更給我們的日常生活帶來了相當(dāng)一部分的實(shí)時(shí)資訊和新聞資源，使得智能家居更貼近我們的生活，就像一個(gè)勤懇的“大管家”一樣，讓智能家居變得更加真切有形，就像它不是虛擬在呆板的程序控制中，而是和我們進(jìn)行交流。這樣的智能家居或許更是現(xiàn)在越來越多的業(yè)主的追求。信息服務(wù)可以涵蓋多個(gè)方面，比如生活小常識、體育資訊、新聞匯總、奇聞趣事等，可以涉及到教育、消費(fèi)、交通、健康養(yǎng)生等多個(gè)方面，讓生活樂趣無窮，這應(yīng)該是智能家居的最高追求。最終，家居的智能化應(yīng)該不單單是控制的系統(tǒng)，而應(yīng)該更多的聯(lián)系實(shí)際生活，讓它真正融入到我們的實(shí)際信息生活中去。5）多種控制手段。在日常家居生活中，為了使我們對家庭的控制系統(tǒng)能隨時(shí)掌控、需要的信息隨時(shí)獲取，操作終端的形式非常重要，多種形式的智能操作終端是必不可少如：智能遙控器、移動觸摸屏、電腦、手機(jī)、PDA等。智能家居通過各個(gè)子系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)不同的功能，它有幾個(gè)突出的功能：1 隨時(shí)在線的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，保持時(shí)刻出于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，為將來的遠(yuǎn)程辦公奠定了基礎(chǔ)。2危險(xiǎn)防護(hù)：智能家居的危險(xiǎn)防護(hù)模塊必須24小時(shí)監(jiān)測異常情況的發(fā)生，并能及時(shí)作出反應(yīng)。比如外來人員的非法闖入、煙霧感知等，系統(tǒng)能隨時(shí)根據(jù)實(shí)際情況啟動相應(yīng)的反應(yīng)機(jī)制。假如意外情況發(fā)生，系統(tǒng)能自行控制住異常情況的進(jìn)一步惡化，并及時(shí)通知主人或相關(guān)部門，最大程度的保證主人的家居和財(cái)產(chǎn)安全。3 家用電器的遠(yuǎn)程智能遙控管理，比如對家用電飯鍋的何時(shí)啟動的遠(yuǎn)程控制，只需業(yè)主的一條短信，就能達(dá)到遠(yuǎn)程控制的效果，空調(diào)等也有類似遠(yuǎn)程控制，真正達(dá)到主人隨時(shí)控制家居狀態(tài)的目的。4互動式人性化管理：系統(tǒng)能夠利用GSM的通信模塊和語音芯片對家居內(nèi)部家用電器的語音控制，利用很多系統(tǒng)中設(shè)置的如溫度傳感器，光敏電阻等，保證家居系統(tǒng)的主控模塊及時(shí)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)的聯(lián)動響應(yīng)。5 環(huán)境自行管理。通過各種傳感器的感知，并啟動響應(yīng)機(jī)制，保證家居室內(nèi)環(huán)境的適宜。6保證智能化的娛樂機(jī)制。7高標(biāo)準(zhǔn)的居室環(huán)境。小到衛(wèi)生間、廚房，大到臥室甚至整個(gè)客廳，都能保證高質(zhì)量的環(huán)境系統(tǒng)，時(shí)時(shí)處處給主人最適宜的居住條件。8家庭信息服務(wù)：通過形式各樣的信息資源，提供給業(yè)主最周到的信息服務(wù)，讓主人在居家的同時(shí)，能夠全方位、多層面的了解各方面的有價(jià)值的信息，讓家庭信息服務(wù)不再形同虛設(shè)。9家庭理財(cái)服務(wù)：通過家庭內(nèi)部的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，業(yè)主可以實(shí)時(shí)管理自己在銀行的賬戶和理財(cái)信息，并時(shí)刻提醒業(yè)主的消費(fèi)賬單等情況，保證主人的財(cái)產(chǎn)時(shí)刻處于主人的管理之中。10系統(tǒng)的智能化維護(hù)：業(yè)主利用家庭內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)入家居制造商的相關(guān)網(wǎng)頁，對家居系統(tǒng)的安全隱患、軟件和驅(qū)動更新等進(jìn)行下載后，導(dǎo)入家庭內(nèi)部家居系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)離線的自行故障檢測和修復(fù)，以及新功能的不斷擴(kuò)建。1.2智能家居的現(xiàn)狀 現(xiàn)如今中國的智能家居市場存在參差不齊的現(xiàn)狀，各大、中、小廠家各自為政，種類繁多且互不兼容，使得智能家居市場面臨瓶頸。智能家居廠家多集中在發(fā)達(dá)的東部沿海地區(qū)，且沒有形成規(guī)?；a(chǎn)，與國外的產(chǎn)品相比而言，無論從品牌影響力還是功能實(shí)效上，都存在很大的差距。由于市場分布的不均勻，沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和內(nèi)地的許多城市雖已接收了智能家居的概念，然而北方和大部分中西部地區(qū)在相對排斥和陌生的同時(shí)，更潛藏著內(nèi)在的巨大市場潛力。 此外，由于智能家居系統(tǒng)還缺乏統(tǒng)一明確的國際標(biāo)準(zhǔn)，許多公司開發(fā)出的產(chǎn)品都是基于自己組的網(wǎng)絡(luò)和信息交換協(xié)議，很多產(chǎn)品是針對特定的組網(wǎng)環(huán)境開發(fā)的，部分核心技術(shù)沒有對外公布，技術(shù)復(fù)雜，直接導(dǎo)致了使用范圍的局限性。再者，缺乏對應(yīng)的第三方產(chǎn)品，各個(gè)接入設(shè)備之間不能兼容，互操作性差，不利于產(chǎn)品的擴(kuò)充，因而進(jìn)一步局限了產(chǎn)品的發(fā)展。再加上，有的系統(tǒng)成本過高，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的普及。 1.3智能家居的發(fā)展趨勢作為智能家居的核心系統(tǒng)的智能家居的控制系統(tǒng)，它的設(shè)計(jì)功能的完善必將推動住宅智能化的發(fā)展。而系統(tǒng)功能的集成化、用戶使用的傻瓜化以及市場的平民化將是智能家居控制器的發(fā)展趨勢，系統(tǒng)也將逐步邁向綠色化。最終，我想全人類的夢想是智能家居控制系統(tǒng)將囊括所有的家事雜物，讓我們真正的享受舒適溫馨的家庭生活。智能家居控制系統(tǒng)應(yīng)該提供高效、舒適的家居環(huán)境，確保住戶的生命財(cái)產(chǎn)安全；隨時(shí)監(jiān)測并可以遠(yuǎn)程遙控家居室內(nèi)的溫度、亮度及風(fēng)速等多個(gè)環(huán)境因素，保證最適宜的家居環(huán)境。同時(shí)檢查空氣成分，提高空氣質(zhì)量；調(diào)節(jié)音響，電視等娛樂設(shè)施，愉悅心情；合理利用太陽能，靈活應(yīng)對周遭環(huán)境的變化，盡可能的節(jié)約能耗，達(dá)到合理利用資源；提供現(xiàn)代化的通信、信息服務(wù)。 我們知道，雖然智能家居在目前已經(jīng)取得了初步的成功，但是距離真正意義上的“智能化”，還是有很長距離的。而智能家居的發(fā)展趨勢主要有以下幾個(gè)大方向：1）智能化、人性化隨著人工智能的不斷發(fā)展和機(jī)器人的出現(xiàn)，智能化已經(jīng)不再那么遙遠(yuǎn)，毋庸置疑，智能化是智能控制的必然趨勢。因此，家居的智能化也必然向智能化方向發(fā)展。同時(shí)，智能化的出現(xiàn)本來就是為了更好的服務(wù)于人們的生活，所以，更富人性化的家居系統(tǒng)也將成為智能家居未來的一個(gè)重要方向。2） 節(jié)能環(huán)保智能化的本質(zhì)之一是降低投入成本，提高產(chǎn)出效率，而節(jié)能是降低成本的關(guān)鍵。而當(dāng)前人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)的環(huán)保意識，也使得綠色、環(huán)保這兩個(gè)重要指標(biāo)成為考核未來家居的重要參考標(biāo)準(zhǔn)，甚至是首要考慮因素。在住宅實(shí)現(xiàn)了基本的智能化后，營造綠色生態(tài)的住宅，提高生活環(huán)境質(zhì)量，必然成為未來智能家居的追求目標(biāo)。3） 一體化既然作為智能家居系統(tǒng)，各模塊功能的協(xié)調(diào)配合而成的一體化，自然成了又一重要發(fā)展方向。把各個(gè)模塊智能化的功能集成，在降低成本的同時(shí)，也帶來了一體化的智能家居。4） 成本低廉化如果智能家居想開拓更大的市場，走進(jìn)更多的用戶住宅，高昂的投入費(fèi)用會成為很多家庭選擇的最大阻礙，因此，怎樣從不降低智能化家居質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)最大的低投入，讓更多的消費(fèi)者接受，也是智能化發(fā)展重要考慮方向。1.4智能家居的研究意義 隨著人們生活水平的不斷提高，生活節(jié)奏的加快，人們不斷的對居住環(huán)境提出更高的要求，越來越注重家庭生活中每個(gè)成員的舒適、安全和便利，因此從市場需求的角度來說，智能家居必然是前景廣闊。因此設(shè)計(jì)一個(gè)符合國家國情和規(guī)范的集遠(yuǎn)程控制和本地控制為一體的智能家居控制系統(tǒng)是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的，且勢在必行。 雖然智能家居經(jīng)過十幾年的蓬勃發(fā)展，很多功能已趨于完善和成熟，智能化家居系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛，然而生活中的智能家居所展現(xiàn)出的智能化，與業(yè)主所理想的智能化還存在較大差距。而這也推動了智能化技術(shù)在家居領(lǐng)域的縱深發(fā)展，并為各類智能化家居新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)增加了動力，同時(shí)新產(chǎn)品的出現(xiàn)，也大大豐富了智能家居系統(tǒng)的厚度。因此，將智能家居作為這次研究的主要內(nèi)容具有很大的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。 本文研究的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)簡捷有效智能家居控制系統(tǒng)，從溫度、光線信號的采集，到LCD實(shí)時(shí)顯示，并根據(jù)采集的信號不通采取相應(yīng)的應(yīng)對機(jī)制，以及在異常情況下實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警和遠(yuǎn)程通知家主報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)基本的智能家居功能。第二章 智能家居系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn) 智能家居系統(tǒng)首先要保證家居安全，因此要有相應(yīng)的功能模塊實(shí)現(xiàn)主人不在家情況下有無人員闖入，并決定是否出于報(bào)警狀態(tài)。在出于報(bào)警狀態(tài)時(shí)，如果監(jiān)測到人員闖入要出現(xiàn)聲光報(bào)警。與此同時(shí)，通過手機(jī)短信向主人報(bào)警。另外還要單獨(dú)具有一個(gè)家庭輔助功能，根據(jù)光線強(qiáng)弱決定是否開關(guān)窗簾，還可以定時(shí)控制家用電飯鍋，空調(diào)，飲水機(jī)等。 智能家居控制系統(tǒng)對整個(gè)家庭內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測和及時(shí)應(yīng)對的系統(tǒng)，核心部分是單片機(jī)，通過與其他個(gè)監(jiān)測模塊和執(zhí)行模塊的連接，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境的整體改變和各元件的控制。首先，主控元件對接收到的數(shù)據(jù)（如光線強(qiáng)暗，溫度高低）通過LCD顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，使室內(nèi)情況一目了然。然后根據(jù)各信號采集模塊傳送給單片機(jī)的數(shù)據(jù)，作出應(yīng)對執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)家居系統(tǒng)的智能控制。 LCD液晶顯示模塊 聲光報(bào)警模塊 人員闖入檢測相關(guān)用電器工作狀態(tài) GSM通信模塊溫度檢測，亮度檢測 單片機(jī) 圖2-1 系統(tǒng)總體框圖2.2單片機(jī)的選擇 首先將所需器件羅列，根據(jù)與單片機(jī)相連的各器件，確定整個(gè)系統(tǒng)所需與單片機(jī)連接的管腳數(shù)，通過查資料，由于檢測人員的有無模塊采用了接熱釋電人體紅外傳感器的方法，在不采用擴(kuò)展的情況下，選取了STC12C5A60S2這個(gè)單片機(jī)。因?yàn)榇藛纹瑱C(jī)增加了P4口，即ALE和NA接口有第二功用，可作為普通的I/O口使用，省去了擴(kuò)展的麻煩。而且此單片機(jī)內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換，將光敏電阻所得信號直接接在單片機(jī)的P1.0端口，這樣，在光敏電阻采集模擬信號的時(shí)候，可不用轉(zhuǎn)換成數(shù)字量而直接接入單片機(jī)，便于單片機(jī)的控制。2.2.1 STC12C5A60S2單片機(jī)簡介在眾多的51系列單片機(jī)中，要算國內(nèi)STC公司的1T增強(qiáng)系列更具有競爭力，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的具有大容量程序存儲器且是FLASH工藝的，如STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部就自帶高達(dá)60KFLASHROM,這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機(jī)支持串口程序燒寫。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動成果。重要的一點(diǎn)STC12C5A60S2目前的售價(jià)與傳統(tǒng)51差不多，市場供應(yīng)也很充足。是一款高性價(jià)比的單片機(jī)。STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘、機(jī)器周期為1T的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的全新型的 51單片機(jī)，能夠完全識別傳統(tǒng)51單片機(jī)的指令代碼，在這基礎(chǔ)上，運(yùn)行速度卻快了8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S)，2路PWM，特別適合電機(jī)控制的干擾嚴(yán)重的場合。2.2.2 STC12C5A60S2單片機(jī)基本特點(diǎn)：1. 屬于增強(qiáng)型的51單片機(jī)內(nèi)核，1T高速運(yùn)行速率，單時(shí)鐘的機(jī)器周期，全部兼容傳統(tǒng)51單片機(jī)的指令代碼； 2. 工作電壓：STC12C5A60S2的正常工作電壓范圍：5.5V-3.3V（即5V單片機(jī)）； 3. 單片機(jī)工作頻率：0-35MHz，約為傳統(tǒng)的51單片機(jī)的0420MHz； 4用戶應(yīng)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)；5. 片上集成1280字節(jié)RAM； 6. 通用I/O口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口弱上拉（傳統(tǒng)51單片機(jī)的I/O口），可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口弱上拉，推挽強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏。每個(gè)I/O口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過55mA； 7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），不需要特定的編程器，也不用專用的仿真器，可直接經(jīng)過端口（P3.0/P3.1）進(jìn)行程序的下載，速度極快； 8. 有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)；9. 內(nèi)部自帶看門狗； 10. 內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）； 11. 外部掉電檢測電路：由于低壓門檻比較器設(shè)置在P4.6端口，5V供電的單片機(jī)的比較門限為1.32V，誤差為+/-5%，3.3V供電的單片機(jī)為比較門限為1.30V，誤差為+/-3%； 12. 內(nèi)部自帶時(shí)鐘電路：外部高精度晶振時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%以內(nèi))。用戶在進(jìn)行程序下載時(shí)，可以對使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶振時(shí)鐘自行選擇，在常溫狀態(tài)下，5V單片機(jī)的內(nèi)部R/C振蕩器頻率11MHz15.5MHz，3.3V的單片機(jī)則為8MHz12MHz；如果對時(shí)鐘電路的要求精度不是太高，可以考慮使用內(nèi)部自帶時(shí)鐘，但由于制造誤差和溫漂等客觀因素的影響，所以應(yīng)該以實(shí)際為準(zhǔn)；13.16位定時(shí)器共有4個(gè)：其中，由2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位定時(shí)器的功能，另外兩個(gè)與傳統(tǒng)的51單片機(jī)相同，即16位定時(shí)器T0和T1，和做串行通訊的波特率發(fā)生器。這就是STC12C5A60S2的四個(gè)16位定時(shí)器；14. 兩個(gè)時(shí)鐘的輸出端口，信號在T0溢出時(shí)可經(jīng)過P3.4端口輸出時(shí)鐘，同樣的，在T1端口溢出的信號也可在P3.5端口輸出時(shí)鐘； 15.7路的外部中斷I/O口，傳統(tǒng)的51單片機(jī)中斷是由下降沿或低電平觸發(fā)的，而且，此單片機(jī)增加了上升沿觸發(fā)中斷的PCA模塊，外部中斷可喚醒單片機(jī)的Power Down模式，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RXD/P3.0，CCP0/P1.3(也可通過寄存器設(shè)置到P4.2 )，CCP1/P1.4 (也可通過寄存器設(shè)置到P4.3)； 16. 兩路的PWM和2路的可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA）：在實(shí)際運(yùn)用中，無論是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)外部中斷，還是作為兩個(gè)定時(shí)器，亦或是當(dāng)作兩路的D/A使用，均可實(shí)現(xiàn)； 17. 內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換模塊，8路的A/D轉(zhuǎn)換，高速的轉(zhuǎn)換速率，10位精度的ADC，都為系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換提供了良好的優(yōu)勢；18. 通用的全雙工異步串行端口(UART)，由于STC12C5A60S2系列是高速的51單片機(jī)，因此它的多端口口可以由定時(shí)器或PCA軟件實(shí)現(xiàn)； 19. STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RXD2/P1.2(可通過寄存器設(shè)置到P4.2)，TXD2/P1.3(可通過寄存器設(shè)置到P4.3)；20.工作溫度范圍：-40+85(工業(yè)級)/075(商業(yè)級)；21.封裝：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48； 當(dāng)I/O端口口不夠時(shí)，可通過74HC164/165/595進(jìn)行端口的擴(kuò)展，還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU，三線通信，還多了串口。 此單片機(jī)是國內(nèi)STC公司生產(chǎn)的1T運(yùn)算速率的增強(qiáng)型新一代51單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，運(yùn)算速度快了8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S）。內(nèi)部自帶看門狗電路，在諸多功能集一身的基礎(chǔ)上，STC12C5A60S2目前售價(jià)與傳統(tǒng)的51差不多，市場供應(yīng)充足，因此是一款高性價(jià)比的單片機(jī)。圖2-2 STC12C5A60S2引腳圖2.2.3 STC12C5A60S2單片機(jī)的主要特性Flash工藝程序存儲器，可以用電的方式瞬間擦擦、改寫，而且支持串口程序燒寫；工作頻率范圍：035MHz，相當(dāng)于普通8051的0420MHz；片上集成1280字節(jié)RAM；2個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0/T1的溢出在P3.4/P3.5輸出時(shí)鐘；4個(gè)16位定時(shí)器；如ALE、NA端口有第二功能，可以作為普通的I/O口接入元器件；36可編程I/O線；低功耗的閑置和外部掉電檢測電路；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時(shí)，復(fù)位腳可直接1K電阻 接地）； 單片機(jī)STC12C5A60S2成為本設(shè)計(jì)中智能家居系統(tǒng)的主控元件，多端口的輸入/輸出，增強(qiáng)型的51單片機(jī)等特點(diǎn)，都使得此單片機(jī)有更大的優(yōu)勢，來控制整個(gè)家居系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊的協(xié)調(diào)運(yùn)作。 第三章 系統(tǒng)硬件選擇及模塊電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件選擇決定著整個(gè)智能家居系統(tǒng)的功能和質(zhì)量，因此在選件前必須做好充分的準(zhǔn)備工作，無論是資料的查閱還是同類型器件優(yōu)缺點(diǎn)的比較及取舍，都非常重要。有時(shí)可能某個(gè)元器件的微弱誤差引起整個(gè)系統(tǒng)的失誤或失敗。所以在硬件的選取工作上一定要細(xì)致，全面比較，綜合考慮，在結(jié)合性價(jià)比的同時(shí)更主要功能的實(shí)現(xiàn)。 硬件選取后，接下來的工作就是模塊電路的連接及整合，根據(jù)所選硬件和關(guān)鍵芯片的工作原理和接線方式，進(jìn)行相關(guān)模塊電路的設(shè)計(jì)，在充分考慮可行性的同時(shí)還要注重功能實(shí)現(xiàn)的簡便快捷和準(zhǔn)確性。3.1電源電路模塊的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主控和核心單元STC12C5A60S2的工作電壓為5V直流，而常用家居電源電壓均為220V交流，因此若要整個(gè)家居系統(tǒng)正常工作，必須提供合理的電源電壓，所以需要進(jìn)行必要的電壓轉(zhuǎn)換。 常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的LM78xx 系列和負(fù)電壓輸出的LM79xx系列。由此我們我們知道，三端IC是指分別由輸入端、接地端和輸出端這三條引腳輸出的一種穩(wěn)壓用的集成電路。本設(shè)計(jì)中選用LM78xx系列，由于本設(shè)計(jì)中需用到兩個(gè)不同的直流電源，即+5V和+12V，則電路原理圖如下：圖3-1 電源轉(zhuǎn)換電路 電源電路工作原理：由于LM78xx系列的三端穩(wěn)壓器都有一個(gè)所謂的“壓損”問題，也就是穩(wěn)壓時(shí)所導(dǎo)致的輸入電壓與輸出電壓的落差值（穩(wěn)壓損耗），一般壓損為2.5V，所以要想得到想要的穩(wěn)壓值，必須使輸入端高于所需值+壓損值，綜合LM7805和LM7812的輸入電壓范圍，變壓器變壓后所得的電壓分別為9V和15V。5V電源的獲得方式如下：首先220V交流電經(jīng)過一個(gè)變壓比約為1：24的小型變壓器變?yōu)?V交流電壓，然后通過4個(gè)二極管組成的橋式整流器進(jìn)行整流，濾去大部分紋波電壓，輸出信號通過電容再次進(jìn)行濾波，防止產(chǎn)生自激振蕩。然后通過一個(gè)三段集成器LM7805得到一個(gè)5V直流電源，在輸出端再接入電容來濾除輸出端的高頻信號，改善電路的暫態(tài)效應(yīng)。最后得到一個(gè)穩(wěn)定的+5V直流電源輸出。同理，當(dāng)經(jīng)過整流橋的電流流經(jīng)LM7812時(shí)，最終經(jīng)過濾波和穩(wěn)壓，得到一個(gè)穩(wěn)定的+12V電壓輸出。3.2溫度檢測模塊電路設(shè)計(jì)智能家居的一個(gè)主要控制對象就是住戶室內(nèi)溫度，適宜的溫度為主人提供良好的家居環(huán)境，這樣一來，溫度檢測與控制模塊就成了首先應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能。在測溫電路中選取了數(shù)字溫度傳感器DS18B20。它獨(dú)特的一線接口，耐磨耐碰，體積小，并能直接輸出溫度的數(shù)字信號，便于單片機(jī)控制。3.2.1 溫度傳感器器件介紹DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器四大部分構(gòu)成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3-2 DS18B20內(nèi)部原理圖 DS18B20工作原理：DS18B20的讀寫時(shí)序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s 減為750ms。 DS18B20測溫原理是：受溫度影響很小的低溫度系數(shù)晶振，產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器1。隨溫度變化其振蕩率明顯改變的高溫度系數(shù)晶振，所產(chǎn)生的信號作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行 復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后 釋放，當(dāng)DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。3.2.2溫度檢測模塊電路設(shè)計(jì)圖3-3 溫度檢測電路 溫度檢測電路工作原理：DS18B20工作電壓為3.05.5V，所以5V電源足矣保證其正常工作。數(shù)據(jù)總線可以對其進(jìn)行供電，但完成溫度測量時(shí)間較長，為使其達(dá)到迅速測溫的要求，采用外部供電。首先，DS18B20把直接讀出的被測室溫根據(jù)實(shí)際要求通過簡單編程實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字量，然后通過DQ接口由導(dǎo)線進(jìn)入單片機(jī)的P1.1端口，單片機(jī)根據(jù)所得數(shù)字量進(jìn)行讀取，并通過導(dǎo)線傳給接在其他端口的LCD，并顯示。完成溫度的測量和顯示。3.3亮度檢測模塊電路設(shè)計(jì) 光敏電阻特性是在不同光照強(qiáng)度下，其阻值發(fā)生變化（只要是人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化）。利用這一特性，我們把光敏電阻接入電路實(shí)現(xiàn)亮度檢測。圖3-4 亮度檢測電路 亮度檢測電路工作原理：我們把光敏電阻接入電路后，光敏電阻置于窗口處，由于光線的變化，其阻值也在一定時(shí)間內(nèi)不斷變化，從而產(chǎn)生連續(xù)的電信號，通過P1.0口進(jìn)入單片機(jī)。由于單片機(jī)內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換電路，通過相應(yīng)程序，能使P1.0口傳來的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機(jī)讀取這些數(shù)字信號，就能得出相應(yīng)的光照強(qiáng)度，并決定是否啟動其他應(yīng)對措施。3.4時(shí)鐘電路模塊設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路可以簡單定義如下：1).就是產(chǎn)生象時(shí)鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路。2).任何工作都按時(shí)間順序。用于產(chǎn)生這個(gè)時(shí)間的電路就是時(shí)鐘電路。3.4.1時(shí)鐘芯片的選取 由于采用單片機(jī)計(jì)時(shí)有諸多缺點(diǎn)，比如一方面需要采用計(jì)數(shù)器，額外的占用了硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，都需要耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且，可能某些測控系統(tǒng)不支持這種中斷、查詢等。因此，在本系統(tǒng)中引入時(shí)鐘電路，芯片選擇為DS1302，則能很好地解決這個(gè)問題。DS1302是DALLAS公司生產(chǎn)的的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，它是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。它采用普通32768Hz晶振發(fā)出脈沖信號。DS1302 是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。圖3-5 DS1302封裝圖DS1302的引腳排列如上圖所示,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32768Hz晶振。RST是復(fù)位、片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送的方法。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，SCLK為時(shí)鐘輸入端。3.4.2時(shí)鐘模塊電路圖3-6 時(shí)鐘模塊電路連接圖 以DS1302為關(guān)鍵芯片的時(shí)鐘電路工作原理在上文中已經(jīng)作了詳細(xì)介紹，在此便不贅述，但仍有幾點(diǎn)需要說明。時(shí)鐘電路通過晶振提供32768Hz提供一秒一個(gè)脈沖信號，保證單片機(jī)外部的時(shí)鐘計(jì)時(shí)，并通過單片機(jī)連接到LCD顯示屏進(jìn)行顯示。正常情況下，由+5V直流電源為DS1302時(shí)鐘電路提供穩(wěn)定電源，如果發(fā)生掉電或者意外狀況，由圖中所示電池盒中的可充電電池為時(shí)鐘電路繼續(xù)供電，以保證時(shí)鐘電路正常的時(shí)鐘信號。3.5液晶顯示電路3.5.1 液晶顯示器件的選取 LCD1602屏幕為2行，每行顯示16個(gè)字符，為字符型顯示器，只能顯示數(shù)字和字符，不可以顯示漢字。 LCD12864屏幕為64行，每行顯示128個(gè)字符，為點(diǎn)陣型顯示器，可根據(jù)需求任意顯示字符，數(shù)字，漢字和圖形。綜合價(jià)格因素和實(shí)際應(yīng)用的需要，選用LCD1602為改家居系統(tǒng)的顯示器。下面詳細(xì)介紹一下LCD1602的功能實(shí)現(xiàn)和各項(xiàng)參數(shù)。u 1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個(gè)字符 芯片工作電壓:4.55.5V 工作電流:2.0mA(5.0V) 模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸:2.954.35(WH)mm圖3-7 LCD1602實(shí)物圖u LCD1602與傳統(tǒng)顯示器相比，作為輸出器件的幾個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：1） 顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器收到信號后的每一個(gè)點(diǎn)都會一直保持原有亮度和顏色，恒定發(fā)光。而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器既不會閃爍，又保證了畫質(zhì)高。2） 數(shù)字式接口 液晶顯示器的輸入輸出采用數(shù)字量，和主控芯片（SCM）的接口連接更加簡單可靠，操作也更為簡便。3） 重量輕，體積小 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。4） 功耗低 相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其他顯示器要少得多。LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖10-54所示：圖3-8 LCD1602尺寸圖LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下：表3-1 LCD1602的引腳定義引腳號引腳號電平輸入/輸出作用1Vss電源地2Vcc電源（+5V）3Vee對比調(diào)整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令1=輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0=向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)1=從LCD讀取數(shù)據(jù)6E1，10輸入使能信號，1時(shí)讀取在信息10（下降沿）執(zhí)行指令7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line0（最低位）8DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line7(最高位)15A+VccLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負(fù)極u 特殊說明：第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地時(shí)對比度最高，對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。表3-2 LCD1602信號真值表RSR/WE功能00下降沿寫指令代碼01高電平讀忙標(biāo)志和AC值10下降沿寫數(shù)據(jù)11高電平讀數(shù)據(jù)u LCD1602指令集：若想LCD1602能正常工作，必須準(zhǔn)確掌握知道其工作的指令集。1602通過D0D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。顯示模式設(shè)置：(初始化)001110000x38設(shè)置162顯示，57點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口；顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置：(初始化)00001DCBD顯示(1有效)、C光標(biāo)顯示(1有效)、B光標(biāo)閃爍(1有效)000001NSN=1(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加1&光標(biāo)加1)，N=0(讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減1&光標(biāo)減1)，S=1且N=1(當(dāng)寫一個(gè)字符后，整屏顯示左移)S=0當(dāng)寫一個(gè)字符后，整屏顯示不移動數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(0-27H，40-67H)u 其他設(shè)置：01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0)；02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0)。通常推薦的初始化過程：延時(shí)15ms寫指令38H延時(shí)5ms寫指令38H延時(shí)5ms寫指令38H延時(shí)5ms（以上都不檢測忙信號）（以下都要檢測忙信號）寫指令38H寫指令08H關(guān)閉顯示寫指令01H顯示清屏寫指令06H光標(biāo)移動設(shè)置寫指令0cH顯示開及光標(biāo)設(shè)置3.5.2 LCD1602時(shí)序圖簡介 首先來說一下操作時(shí)序時(shí)間，操作時(shí)序時(shí)間是啟動該讀寫功能必需得保持電平的時(shí)間長度，不過對單片機(jī)操作沒什么影響，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的指令周期周期大約為1us（例如晶振為12M時(shí),機(jī)器周期為12X1/12M=1us），而1602時(shí)序里都是ns級，所以只對高速類控制芯片如FPGA/CPLD等有影響。 時(shí)序圖讀寫方法：從上到下，從左到右，高電平在上，低電平在下，高阻態(tài)在中間。雙線表示可能高也可能低，視數(shù)據(jù)而定。交叉線表示狀態(tài)的高低變化點(diǎn)，可以是高變低，也可以是低變高，也可以不變。如下圖所示，圖上第一條豎線畫面在了RS和R/W上,也就是說第一個(gè)時(shí)序從這里開始,即先將RS設(shè)為高或低(高表示數(shù)據(jù)讀或?qū)?低表示指令讀或?qū)?而R/W的高低帶表是讀還是寫,本圖是寫時(shí)序圖,所以是低的。第二步就是給數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)總線上給出數(shù)據(jù)，這與第一步相隔時(shí)間沒有要求，實(shí)際上先后也沒有要求的。第三步是將使用信號E置高,這里有三個(gè)時(shí)序要求，第一個(gè)是tsp2，這個(gè)是這個(gè)看表，可以看到叫做”寫操作的數(shù)據(jù)建立時(shí)間”。時(shí)間最小是40ns，意思就是說第二步的操作，數(shù)據(jù)信號在總線上生效之后至少要等40ns，才可以給第三步是使能信號E。第三步的要求不僅如此,還有一個(gè)tsp1,同理,這里是講,R/W信號至少要生效30ns的時(shí)間后才能給使能信號.另外,使能信號上升時(shí)間tR要小于25ns.圖3-9 LCD1602寫程序時(shí)序圖 第四步，使能信號要保持Tpw=150ns以上，51單片機(jī)不用考慮,其他高速的MCU什么的就要做延時(shí)了。 第五步，使用信號下降，下降時(shí)間Tf還是小于25ns。 第六步，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)要保持Thd2的時(shí)間才能變化，RS、R/W則要保持Thd1的時(shí)間，然后就可以了。讀時(shí)序與寫時(shí)序是相同的，只是R/W中間是高電平而已。3.5.3液晶顯示電路設(shè)計(jì)圖3-10 LCD液晶顯示模塊電路 液晶顯示電路工作原理：液晶顯示器LCD1602通過714管腳的數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，單片機(jī)通過輸出高地電平來控制液晶顯示器LCD1602的46管腳配合傳送的數(shù)據(jù)決定讀/寫數(shù)據(jù)，并通過LCD顯示屏顯示出來。期間單片機(jī)是控制元件，而LCD1602為顯示和執(zhí)行元件。3.6 開關(guān)電路 為了調(diào)整LCD顯示器的數(shù)據(jù)，而又在不采用鍵盤的前提下，設(shè)計(jì)了如下圖所示的按鍵開關(guān)電路。開關(guān)電路工作原理： 開關(guān)MEU1為菜單開關(guān)，當(dāng)P3.4輸出為高電平時(shí)，按下MEU1，電路導(dǎo)通，通過系統(tǒng)預(yù)設(shè)程序決定單片機(jī)傳給LCD1602高/低電平，從而切換到寫數(shù)據(jù)過程。當(dāng)P1.2和P1.3輸出均為高電平時(shí)，兩個(gè)開關(guān)所在電路均為通路，ADE1鍵表示增加，DEC1鍵盤表示遞減，通過按下不同的開關(guān)，來調(diào)整顯示在LCD1602上的數(shù)據(jù)，修改完成后，再按一次MEU1鍵，退出寫數(shù)據(jù)階段，完成LCD顯示器上的數(shù)據(jù)修改。在三個(gè)開關(guān)上均要并聯(lián)1uF的電容，是為了去抖動，以消除按鍵開關(guān)在按下和提起時(shí)，電路出現(xiàn)明顯的抖動而干擾電路的正常運(yùn)行。圖3-11 開關(guān)模塊電路3.7聲光報(bào)警模塊電路 智能家居的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是如果監(jiān)測到有人闖入室內(nèi)，會發(fā)出聲光報(bào)警，并通過短信方式向主人報(bào)警，短信通信模塊電路會在下文中詳細(xì)闡述，本環(huán)節(jié)介紹聲光報(bào)警電路的設(shè)計(jì)及工作過程。如果想要報(bào)警，需要有檢測人員闖入的模塊，而人員闖入時(shí)的信息采集模塊有兩個(gè)選擇，一個(gè)是紅外對射管，一個(gè)是熱釋電紅外傳感器。紅外對射管的本質(zhì)是一條線，只有當(dāng)碰觸這條線時(shí)才會監(jiān)測到，而熱釋電紅外傳感器是設(shè)防的一個(gè)區(qū)域，而不僅僅是一條線。出于安全因素的考慮，我們采用熱釋電紅外傳感器。圖3-12 熱釋電紅外傳感器內(nèi)部電路圖 熱釋電紅外傳感器的工作原理：熱釋電紅外傳感器通過目標(biāo)與背景的溫差來探測目標(biāo)，其工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設(shè)置電極，在上表面覆以黑色膜，若有紅外線間歇的照射，其表面溫度上升T，其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓U。人體或者體積較大的動物都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10m左右的紅外線，當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差別，人體發(fā)射的10m左右的紅外線通過菲涅耳透鏡濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源(熱釋電元件)上，紅外感應(yīng)源在接收到人體紅外輻射時(shí)就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，進(jìn)而產(chǎn)生T并將T向外圍電路輸出，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測目標(biāo)的功能。 若實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，那么發(fā)光二極管和蜂鳴器自然缺一不可。發(fā)光二極管采用允許最大電流偏大一點(diǎn)的型號，以防止5V電源直接接在二極管兩端燒壞二極管。而蜂鳴器采用普通的蜂鳴器即可達(dá)到所需的設(shè)計(jì)要求。圖3-13 聲光報(bào)警模塊電路 聲光報(bào)警電路工作原理：為了使二極管和蜂鳴器只有在有人闖入的情況下才會出現(xiàn)報(bào)警，所以此電路中引入了PNP型三極管8550，即當(dāng)接在單片機(jī)的P1.7口輸出低電平時(shí)，電流經(jīng)過R5電阻給三極管的基極加低電平，使得三極管導(dǎo)通，如此一來，蜂鳴器和發(fā)光二極管所在電路就形成了通路?？紤]到一般發(fā)光二極管最大允許電流為20mA，限壓值為22.3V，知三極管的壓降0.7V，則二極管電阻約為2/0.02=100，所以二極管所串電阻應(yīng)約為100。另一方面蜂鳴器選擇KC1201，5V蜂鳴器，電流十幾毫安就可以發(fā)聲，但不能過大，因此本電路選用其與100的電阻串聯(lián)，這樣一來，二極管發(fā)光，同時(shí)蜂鳴器發(fā)聲，達(dá)到聲光報(bào)警的目的，其中按鍵開關(guān)K2為常閉開關(guān)，為了可以保證人為控制聲光報(bào)警電路的開關(guān)狀態(tài)，加入按鍵開關(guān)K2。3.8相關(guān)用電器工作電路 不管是光敏電阻模塊還是溫度檢測模塊，還