智能家居控制系統(tǒng)畢業(yè)論文分析

1、推南0? It f畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目:智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào):所在院系:電氣信息工程學(xué)院專業(yè)名稱:電子信息科學(xué)與技術(shù)2012 屆屆 次: 指導(dǎo)教師:23前言1設(shè)計(jì)概述1.1設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)1.2論文概述2總體設(shè)計(jì)2.1整體設(shè)計(jì)方案2.2主控芯片選擇3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1主控芯片ATmega163.2功能設(shè)計(jì)3.3電源模塊設(shè)計(jì)3.4顯示模塊3.5鍵盤模塊103.6步進(jìn)電機(jī)模塊113.7電機(jī)驅(qū)動(dòng)124軟件設(shè)計(jì)124.1原理圖繪制124.2程序編譯環(huán)境145結(jié)論16參考文獻(xiàn)172013屆本科畢業(yè)論文智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生：呂倩（指導(dǎo)教師：解萍）（淮南師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院）摘

2、要：21世紀(jì)是一個(gè)信息化的社會(huì)，它與人們的生活的關(guān)系也日益緊密。信息化的社會(huì)不僅改變了人們的生活方式，也對(duì)傳統(tǒng)住宅提出了挑戰(zhàn)。人們對(duì)家居的要求早已不只是物理空間，更為追求的是一個(gè)安全，方便，舒適的居家環(huán)境。本文詳細(xì)介紹了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)采用Atmega16單片機(jī)作為主控芯 片，各種傳感器對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而反饋給處理中心，進(jìn)而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制。其中對(duì)各類傳感器模塊進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明介紹。并通過(guò)軟件程序的設(shè)計(jì)，設(shè)置了二種工作模式，既安防模式和自動(dòng)控制模式。通過(guò)軟硬件的設(shè)計(jì)與協(xié)調(diào)工作，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的完美運(yùn)行，達(dá)到智能控制的效果，給人們帶來(lái)不一樣的享受，且能增加住

3、戶的安全感，使人們能夠全身心地投入到工作，從而提高生活質(zhì)量。關(guān)鍵詞：Atmega16;智能家居；傳感器；控制Design of intelligent home furnishing control systemStudent: Lv Qian(Faculty Adviser： Xie Ping)(College of electrical and In formatio n Engin eeri ng, Huainan Normal Uni versity)Abstract:Twe nty-first Cen tury is a society of in formatio n tech n

4、o logy, its relati onship withpeop les life in creas in gly close.Society of in formatio n tech no logy not only cha nged peop les way of life, but also a challe nge to the traditi onal reside ntial. People on the home furnishing already not just p hysical sp ace requireme nts, more is the pu rsuit

5、of a safe, convenient, comfortable home en vir onmen t.This paper in troduces the desig n of intelligent home furnishing control system, this design uses Atmega16 microc on troller as the main con trol chip, a variety of sen sors to collect data on the surrounding environment, so as to give feedback

6、 to the processing center, then carries on the real-time mon itori ng and con trol of the whole system.The detaileddescri pti on of various sen sor module.A nd the desig n of software, set two kinds of working mode, not only security mode and automatic control mode.Through the desig n and coord in a

7、ti on of software and hardware, so as to guara ntee the p erfect operation of the whole system, the intelligent control effect, bring people do not enjoy the same, and can in crease the sense of security of households, en able people to devote themselves to work, so as to improve the quality of life

8、.Key words: Atmega16;lntelligent Home Furnishing; Sensor; Control刖言隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步及對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷提高，人們?cè)谶x擇和使用電器 時(shí)，已從單一功能的家電轉(zhuǎn)向智能化家電。信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的卓越發(fā)展，使家用電 器的集中控制和遠(yuǎn)程遙控技術(shù)已不再是幻想。通過(guò)信息技術(shù)和家電控制技術(shù)的結(jié)合，實(shí)智能化的家居，已將成現(xiàn)現(xiàn)代家庭生活的信息話和自動(dòng)化，滿足人們不斷提升的生活要求，使能夠充分的享受 到生活中去。從現(xiàn)如今數(shù)字化家庭的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，遠(yuǎn)程監(jiān)控， 為未來(lái)的必然，將在一定程度上改善人們的生活水準(zhǔn) 。德國(guó)、新加坡、英國(guó)、其實(shí)，智能化住

9、宅小區(qū)早在發(fā)達(dá)國(guó)家得到實(shí)現(xiàn)。譬如美國(guó)、在1998年，新加波舉日本等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，智能化家居早被廣泛應(yīng)用于生活。辦了一場(chǎng)“家用電器與電子消費(fèi)品”國(guó)際展覽會(huì)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬，介紹了智能家居系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)功能包括安防報(bào)警功能、視頻對(duì)講功能、監(jiān)控中心功能、家電自控功能、有線 電視與電話接入以及智能家居控制面板等。利用智能家居控制器可以提供多種智能控制方案，使家居的主人更加享受家庭生 活，且使他們處理家庭事務(wù)，更快、更方便。智能家居系統(tǒng)還可以提供舒適的健康環(huán)境, 通過(guò)配置相應(yīng)的傳感器可以有效監(jiān)視室內(nèi)的溫度、濕度和亮度，進(jìn)而控制空調(diào)、窗簾和 照明系統(tǒng)的運(yùn)行，從而提供更加適宜的生活空間。另外通過(guò)各類安防

10、傳感器，提高了人 們及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理緊急情況的能力。在智能家居中配備In ternet接入功能后，貝傢居的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力將更強(qiáng)，給住戶一種前所未有的安全感，使他們更加的放心去工作，去 生活，從而提高用戶的生活質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)代生活對(duì)居住環(huán)境的便捷性、安全性、舒適性等方面的要求，以及智能家居 技術(shù)發(fā)展的方向，未來(lái)智能家居的發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)有以下幾大特點(diǎn):（1）具有功耗低，功能強(qiáng)大的嵌入式微處理器，通過(guò)嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)，使智 能家居成為囊括安防、家電控制、數(shù)字家庭的智能家居平臺(tái) ；（2）傳輸方式將逐步走向多網(wǎng)合一，安防、門禁、抄表逐漸采用統(tǒng)一的以太網(wǎng)連接。多網(wǎng)合一將在一定程度上降低建設(shè)和維護(hù)的復(fù)雜度，而且提

11、高了傳輸?shù)目煽啃裕唬?）從有線逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線。擁有無(wú)限靈活性，流動(dòng)性和可擴(kuò)展性的無(wú)線傳輸, 是有線傳輸望塵莫及的。1設(shè)計(jì)概述1.1設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)多媒體家庭智能控制系統(tǒng)，結(jié)合了多媒體數(shù)字影院系統(tǒng)、家庭監(jiān)控防盜系統(tǒng)、家庭背景音樂(lè)系統(tǒng)、燈光窗簾控制系統(tǒng)、家庭急救報(bào)警系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和自動(dòng)節(jié)能系統(tǒng) 等系統(tǒng)的功能優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)手持遙控、手機(jī)等多種方式進(jìn)行控制。采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同的家庭的習(xí)慣采用不同的組合方式，使家居智能實(shí)現(xiàn)“DIY ”，從而更好的體現(xiàn)家庭特點(diǎn)，體現(xiàn)不同的生活理念。符合人性化設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn) 了“以人為本”設(shè)計(jì)理念。1.2論文概述論文包括智能家居整體制作思路及硬件外設(shè)部分的介紹與設(shè)計(jì)。包括

12、家居模式的設(shè) 計(jì)；硬件電路的設(shè)計(jì)，主控芯片中的比較、選擇；軟件算法包括根據(jù)外圍硬件的環(huán)境來(lái) 控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。其中，第一章為引言，主要介紹了智能家居發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景；第二章為智能家居系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，主要包括主控芯片的選擇、功能模式的設(shè)計(jì)；第三章為硬件系統(tǒng) 設(shè)計(jì)，其中主要介紹了硬件電路設(shè)計(jì)，各類傳感器的功用及電源模塊、顯示模塊等；第 四章為智能家居軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，包括智能家居系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)流程，并介紹了整個(gè)軟件的 編譯環(huán)境；第五章是總結(jié)和鳴謝。2總體設(shè)計(jì)2.1整體設(shè)計(jì)方案圖1整體設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)采用ATmega16作為主控芯片，各種傳感器對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而 反饋給處理中心，進(jìn)而對(duì)整個(gè)系

13、統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與控制。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。2.2主控芯片選擇單片機(jī)按CPU的處理能力分類目前有4位、8位、16位、32位，位數(shù)越高的單片機(jī)在數(shù)據(jù)處理能力和指令系統(tǒng)方面就越強(qiáng)，AVR、51、PIC都屬于8位機(jī)。8位單片機(jī)由于內(nèi)部構(gòu)造簡(jiǎn)單、體積小、成本低廉，在一些較簡(jiǎn)單的控制器中應(yīng)用很廣。本課程設(shè) 計(jì)8位單片機(jī)已滿足要求。方案一：采用傳統(tǒng)的8位89C51單片機(jī)作為主控芯片。51單片機(jī)具有價(jià)格低廉，使 用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但其運(yùn)算速度低，功能單一，RAM、ROM空間小等缺點(diǎn)。若采用89C51 需要做RAM，ROM來(lái)擴(kuò)展其內(nèi)存空間，其硬件工作量必然大大增多。方案二：采用AVR單片機(jī)作為主控芯片，其

14、簡(jiǎn)便易學(xué)、費(fèi)用低廉、低耗、保密、I/O 口功能強(qiáng)，且AVR單片機(jī)是高速嵌入式單片機(jī)，其內(nèi)部集成了 AD轉(zhuǎn)換電路，以及 功能強(qiáng)大的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、通訊接口。綜上考慮，選用ATmega16單片機(jī)為CPU最為合適，且ATmega16單片機(jī)具有16K的flash，512字節(jié)的EEPROM，滿足我們?cè)O(shè)計(jì)的需求。3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1主控芯片ATmega16ATmega16是基于8位CMOS微控制器，低功耗AVR RISC結(jié)構(gòu)。得益于其先進(jìn)的 指令集及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間，使 ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐量可達(dá)1MIPS/MHz，故 可緩解系統(tǒng)在功耗和處理速度之間矛盾5。ATmega16具有16K字節(jié)可編程

15、閃存，512字節(jié)的EEPROM, 1K字節(jié)的SRAM，32個(gè)通用I / O端口，32個(gè)通用寄存器，邊界掃描的JTAG接口，支持片上調(diào)試和編 程，三個(gè)具有更靈活方式的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T / C），內(nèi)部/外部中斷，可編程異步串行通訊，一個(gè)通用串行連接，8路10bit可選的ADC，一個(gè)串行端口和省電模式，模式可以 通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的寄存器進(jìn)行設(shè)置選擇。當(dāng)單片機(jī)處于空閑方式時(shí)，CPU不再運(yùn)行，但USART、SRAM、T / C、SPI端口、兩線接口、A/D轉(zhuǎn)換器和中斷繼續(xù)正常工作；當(dāng)單片機(jī)處于掉電模式時(shí)，晶體振蕩器不 再振蕩，但中斷模塊以及復(fù)位系統(tǒng)正常工作，而其他所有功能都不再運(yùn)行；當(dāng)單片機(jī)處于省電模式

16、時(shí)，異步定時(shí)器正常運(yùn)行，且允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn), 但其他功能將停止運(yùn)行；當(dāng)單片機(jī)處于ADC噪聲抑制模式下，只有異步定時(shí)器以及ADC 正常運(yùn)行，其他模塊均休眠，為的是減少在 ADC轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的開關(guān)噪聲;ATmega16擁有C語(yǔ)言編譯器、宏匯編程序、程序調(diào)試器/仿真器以及仿真器等一系 列的編程工具，還會(huì)有評(píng)估板等相應(yīng)的系統(tǒng)開發(fā)工具0圖2和圖3分別為ATmega16實(shí)物圖和ATmega16引腳圖。圖2 ATmega16實(shí)物圖(XCK/TOli 戶導(dǎo) C ftl *O C iiiMTAihOt pa? E (OCEWUHU Pej C (5S1 P 字 c MOW PBS : CMI$Oi IPS

17、& 匚 fSCPB? C BETT C vcc c GND C Xt*L2 C KTALI C POO C (TXDj RD! C (WTO). PO2 C 鼬IT卄TOl : (OCIBj PO* C HOCW 心 c OCPlft P c4D11 n Hkli (AOCll)口 PAO (ADCO)njTH n pnfL nt口 n a 口 3 Mbb.pP*2 (ADC 卸 g CMKl) 剤4 (AOC4) IWS (ADCS) W (AOOJ) PA? tADCT)orcwoePC7 (TQSC2) PCS (TOflcn 代:e fTOH P T PCi |T陰 心 rsMj PC

18、1I rSDhJi *C0 (SCLI PD7 (CX3圖3 ATmega16引腳圖3.2功能設(shè)計(jì) 3.2.1雙模式設(shè)計(jì)為了適應(yīng)人們高質(zhì)量，便捷的生活需求，本系統(tǒng)采用兩種模式控制，即安防模式和自動(dòng)模式。系統(tǒng)自動(dòng)控制是指系統(tǒng)的核心部分可以根據(jù)外部傳感器所采集的環(huán)境信息（如溫 度，光照等）與用戶設(shè)定的可以使人可以較為舒適的之作比較 ，然后根據(jù)比較結(jié)果對(duì) 相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以保持著個(gè)舒適的值，為用戶提供一個(gè)良好的溫濕度環(huán)境。且設(shè)置了手動(dòng)控制模式，人為的調(diào)節(jié)環(huán)境變化。而安防模式是指在主人外出或?qū)揖釉O(shè)置了防盜防火，通過(guò)外部傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)是 否有不法人員進(jìn)入居室，以及是否發(fā)生火災(zāi)，及時(shí)通知并報(bào)警，

19、達(dá)到安全防火防盜的效 果。3.2.2溫度控制通過(guò)溫度傳感器（如圖4）采集當(dāng)前的溫度信息，送到采集模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由控 制中心進(jìn)行分析，通過(guò)與預(yù)設(shè)值的對(duì)比，決定空調(diào)的開關(guān)，使室溫保持在一個(gè)恒定的范圖4溫度傳感器 DS18B20圍。同時(shí)為了方便控制，控制中心會(huì)將采集到的溫度值發(fā)送到液晶屏上顯示出來(lái)。圖5光敏傳感器3.2.3燈光控制通過(guò)光敏傳感器（如圖5）采集當(dāng)前光線的值，通過(guò)與預(yù)設(shè)白天夜晚的值相比，讓 控制中心知道當(dāng)前的環(huán)境狀態(tài)，從而決定是開燈還是關(guān)燈，是開窗簾還是關(guān)窗簾。3.2.4聲音控制聲控?zé)羰且环N聲控電子照明裝置，由音頻放大器、選頻電路、延時(shí)開啟電路和可控硅電路組成。它提供了一種控制靈敏的聲

20、控?zé)?，它采用人嘴發(fā)出約1秒的控制信號(hào)“嘶”聲，即可方便及時(shí)地打開和關(guān)閉聲控照明裝置，并有防誤觸發(fā)而具有的自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉功 能，并設(shè)有手動(dòng)開關(guān)，使其應(yīng)用更加方便。聲控?zé)粲稍捦?、音頻放大器、選頻電路、倍 壓整流電路、鑒幅電路、恒壓源電路、延時(shí)開啟電路、可控延時(shí)開關(guān)電路、可控硅電路 組成。本次設(shè)計(jì)通過(guò)聲音傳感器（如圖6）檢測(cè)當(dāng)前是否有語(yǔ)音命令，來(lái)控制窗簾、臺(tái)燈、音響的開關(guān)等，從而達(dá)到聲控的效果。圖6聲音傳感器O ,圖7火焰?zhèn)鞲衅?13.2.5防火設(shè)計(jì)火災(zāi)煙霧傳感器是一種在消防管理、安全防范系統(tǒng)中常用的報(bào)警器材，它工作可靠、 體積小巧，火災(zāi)煙霧傳感器是把煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電路設(shè)計(jì)時(shí)可以在背后設(shè)計(jì)專

21、 用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時(shí)通過(guò)設(shè)置在廚房、臥室、書房等的煙 霧傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)視各個(gè)房間的狀況，以防火災(zāi)的發(fā)生。若有火災(zāi)發(fā)生，則控制器發(fā)出 聲光、短信等報(bào)警信號(hào)，通知家人及相關(guān)部門及時(shí)撲滅火災(zāi)，保證家居的安全。除此之 外，我們還能根據(jù)有人在家與否，調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度 10。本次設(shè)計(jì)通過(guò)火焰?zhèn)鞲衅鳎ㄈ鐖D 7）檢測(cè)室內(nèi)是否有異常明火，若檢測(cè)到有異常明火，則通過(guò)蜂鳴器報(bào)警且控制噴射閥工作。3.2.6防盜設(shè)計(jì)般家居防盜設(shè)計(jì)包含；兩部分區(qū)域的防護(hù)，住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。住宅周界防護(hù)是指在住宅門，房子的窗戶，窗戶上的玻璃等外部環(huán)境上安裝一些傳感器來(lái) 檢測(cè)環(huán)境的變化，在主通道、

22、臥室、諸如紅外探測(cè)器、達(dá)到保護(hù)家居安全的作用，例如玻璃破碎探測(cè)器；住宅區(qū)的保護(hù)是指 書房、浴室安裝一檢測(cè)各種環(huán)境信息的傳感器11，來(lái)保護(hù)室內(nèi)的安全, 溫度傳感器、煙霧傳感器、震動(dòng)傳感器等，都可以幫助居室主人更好的管理家居。本次設(shè)計(jì)通過(guò)人體紅外傳感器（如圖 8）檢測(cè)主人外出后，室內(nèi)是在否有人進(jìn)入,以及聲音傳感器，保險(xiǎn)柜的震動(dòng)傳感器（如圖 9）,都可以達(dá)到防盜檢測(cè)。若檢測(cè)到有異圖8人體紅外感應(yīng)常人員進(jìn)入，則會(huì)通過(guò)蜂鳴器報(bào)警。圖9震動(dòng)傳感器327功能設(shè)計(jì)小結(jié)通過(guò)傳感器采集當(dāng)前環(huán)境中各種信息，送到采集模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，處理芯片對(duì)其進(jìn)行分析處理。同時(shí)為了方便控制，控制芯片會(huì)將采集到的一些數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶屏上

23、顯示 出來(lái)?？偟膩?lái)說(shuō)，各類傳感器起著感受外界環(huán)境變化的作用， 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行至關(guān)重要,具體功能如下表:表1各類傳感器功能3.3電源模塊設(shè)計(jì)5V電源的要求比較高。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中1）5V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路由于本控制系統(tǒng)單元電路較多對(duì)且對(duì) 我們選用了穩(wěn)壓芯片LM2576完成12V向5V的轉(zhuǎn)變，并讓其對(duì)ATmega16控制核心和其 他5V單元的供電。我們需要注意，使用LM2576穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換還要用到大功率的電感（100uH）以及電容，這些是高儲(chǔ)能能力所必備的，從而滿足單元電路的供電 需求。LM2576為5.0V-3A開關(guān)電源穩(wěn)壓器。如下圖所示：圖10 5V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路2）其他電

24、源穩(wěn)壓器電路本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還涉及到傳感器信號(hào)采集與信號(hào)放大，其中放大器等部分需要用到12V電源，因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求增加了 7812/7912三端穩(wěn)壓IC提供的 12V電源，由220V 的交流電經(jīng)交流變壓器T降壓，變成12V交流電，低壓交流電再經(jīng)過(guò)全橋整流變成脈 動(dòng)直流17V左右為三端穩(wěn)壓提供電源，脈動(dòng)直流電經(jīng) 4700U電解電容和0.1u瓷片電容 濾波，送到穩(wěn)壓塊輸入端，進(jìn)行穩(wěn)壓，然后由三端穩(wěn)壓輸出端輸出 12V直流電壓， 12V直流電再由2200u和0.1u電容進(jìn)行濾波，輸出比較穩(wěn)定的 12V直流電壓，給模塊供電源。如下圖所示:781 2791 2圖11 12V電源穩(wěn)壓器電路22 0V3522

25、0V3.4顯示模塊方案一：采用LED數(shù)碼管顯示器。LED數(shù)碼管亮度高，醒目，但是其電路復(fù)雜, 占用資源較多，顯示信息量較小。方案二：采用漢字LCD液晶顯示器。LCD有明顯的優(yōu)點(diǎn)：微功耗、尺寸小，超薄 輕巧、顯示信息量大、字跡清晰、美觀、視覺舒適；可以用中文 LCD液晶進(jìn)行菜單顯示，使整個(gè)控制系統(tǒng)更加人性化?；谏厦娴谋容^分析，故采用LCD作為顯示模塊，而使用Nokia5110液晶（如圖12）的有如下優(yōu)勢(shì)：1）性價(jià)比高，LCD1602可以顯示32個(gè)字符，而Nokia5110可以顯示15個(gè)漢字，30個(gè)字符。Nokia5110裸屏僅8.8元，LCD1602 一般15元左右，LCD12864般5070

26、元。2）接口簡(jiǎn)單，僅8根I/O線即可驅(qū)動(dòng)，LCD1602需11根I/O線，LCD12864需12根。3）速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。4）Nokia5110工作電壓3.3V，正常顯示時(shí)工作電流 200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備。001r-d D0OrT AT 鬥0曇Q01ULSLQJ=L|圖13矩陣鍵盤匸L(J=L圖 12 Nokia5110 液晶3.5鍵盤模塊本次設(shè)計(jì)選用的是矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤,其具有四行四列（4*4） 12，需要8個(gè)IO 口,我們可以讓行線所接單片機(jī)的I/O 口作為輸出端，而列線所接的I/O口作為輸入端。當(dāng)無(wú)按鍵按下時(shí)

27、，所有的輸入端檢測(cè)到的都是高電平，行線輸出低電平。當(dāng)有按鍵按下時(shí),則輸入線就會(huì)被拉低。通過(guò)讀取輸入線的狀態(tài)就可得知是否有按鍵按下, 我們稱為掃描法，這是人們最常用的矩陣鍵盤判別方法。這種讀取方法矩陣鍵盤原理仿真圖如圖13,具體掃描過(guò)程如下:1）確定是否有按鍵按下，初始化所有行y0-y3為低水平，然后檢測(cè)列線的狀態(tài)。若有一列是低電平，則表示鍵盤有鍵按下，且按下的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個(gè)按鍵之中。如果所有的列線都沒(méi)有低電平，則鍵盤上無(wú)按鍵按下。2）確定閉合鍵的具體位置，確認(rèn)方法是依次讓行線置為低電平，即在一個(gè)線為低 電平時(shí)，其他線均為高電平。在確定一個(gè)線的位置為低電平后，然后檢測(cè)每行的

28、電平狀態(tài)。如果某列為低電平，貝U該列與此低電平行線交叉處的按鍵，即為閉合鍵。3.6步進(jìn)電機(jī)模塊本窗簾電機(jī)采用四相步進(jìn)電機(jī)，其使用單極性直流電源供電13。只要獲得正確的時(shí)序電流，步進(jìn)電機(jī)就可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。圖14是四相步進(jìn)電機(jī)工作原理圖:圖14四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)原理圖口 r 1號(hào)齒2、初識(shí)時(shí)，單刀開關(guān)Sb連通電源，而Sa、Sc、Sd斷開，B相電磁和轉(zhuǎn)子0、3 輪相對(duì)齊，此時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒輪則會(huì)與C、D相繞組的電磁極產(chǎn)生錯(cuò)位,齒輪則會(huì)與D、A相繞組的電磁極產(chǎn)生錯(cuò)位。當(dāng)單刀開關(guān)Sc連通電源時(shí)，Sb、Sa、Sd斷開,此時(shí)C相繞組的電磁力和1、齒之間電磁力開始作用，使得轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng),1、4號(hào)齒輪和C相繞組

29、的電磁極對(duì)齊。但0、3號(hào)齒輪與A、B相繞組電磁極就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)位,2、5號(hào)齒輪就與A、D相繞組的電磁極產(chǎn)生錯(cuò)位。同理，ABCD四相繞組依次輪流供電，由于 0至5號(hào)齒輪的之間的錯(cuò)位，轉(zhuǎn)子就會(huì)依次順著 ABCD方向運(yùn)轉(zhuǎn)。四相步進(jìn)電機(jī)一般有三種工作模式：?jiǎn)嗡呐摹㈦p四拍、八拍三種，它們是根據(jù)電流時(shí)序的不同來(lái)劃分的。單四拍的步距角與雙四拍的一樣14，且雙四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大，單四拍和雙四拍的步距角是八拍模式下的兩倍，故八拍模式擁有保持高轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和高控 制精度的雙優(yōu)點(diǎn)。單四拍、雙四拍與八拍工作模式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖15所示:脈沖 A相 BtS CtBDiajVLruvLRnrLTLruui_n_n_n_

30、TLjTJTrLrLrLrLrLrLrLrLrLTLJLrXJRLJL_rL_rL_rnjLrLrLnnrLrLrLannjTTLrLnn廠圖15電機(jī)工作時(shí)序與波形3.7電機(jī)驅(qū)動(dòng)本設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用ULN2003，ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列 產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)15,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。且廣泛用于單片機(jī)、儀器儀表、PLC等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中。在工作電壓為5V時(shí)，可直接與TTL和CMOS電路連接，即可直接驅(qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。ULN2003輸入為5V的TTL電平，且輸出電壓可達(dá) 50V，以及灌電流可達(dá)500mA。需要注意的是

31、，在使用ULN2003時(shí)，為了讓這個(gè)二極管起到續(xù)流作用，必須將COM引腳（pin9）接在負(fù)載的供電電源上，只有這樣才能夠形成續(xù)流回路，這是因?yàn)閁LN2003是集電極開路輸出。ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖16：圖16 ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4軟件設(shè)計(jì)4.1原理圖繪制Altium Designer 6是Altium 公司Protel系列軟件基于 Windows平臺(tái)的最新產(chǎn)品15 是Altium公司總結(jié)了多年的技術(shù)研發(fā)成果，是對(duì)Protel 99 SE以及Protel DXP不斷修改、擴(kuò)充新設(shè)計(jì)模塊和多次升級(jí)完善后的產(chǎn)物。Altium Designer 6是完全一體化的電子產(chǎn)品 開發(fā)系統(tǒng)下的一個(gè)版

32、本。Altium Designer 6是將設(shè)計(jì)流程、集體化PCB設(shè)計(jì)、可編程器件設(shè)計(jì)和基于處理器設(shè)計(jì)的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Altium Designer 6除了全面繼承包括 Protel 99SE、Protel DXP在內(nèi)的先前一系列版本的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。該平臺(tái)拓寬了板級(jí)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng) 界面，全面集成了 FPGA設(shè)計(jì)功能和SOPC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計(jì)人員能將 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的FPGA與PCB設(shè)計(jì)及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起16。由于Altium Designer 6在繼承先前Protel軟件功能的基礎(chǔ)上，綜合了 FPGA設(shè)計(jì)和嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

33、功能，Altium Designer 6對(duì)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)需求比先前的版本要高一些。圖17和圖18分別為在Altium Designer 6平臺(tái)上繪制的ATmega16原理圖和PCB圖。Lw=atRLI1I加J3Pl：亠?A2jjVAJj4iK f皿EPC；化4TTWCTe毎-9i431iWrjL=i=a=1Plq9:1丄“ T*lm叭ru71 K4.TWI 吧血 ?W-JOKt） Keg&LUjITXTAUrTAlL7CCAVMAJLfan圖17 ATmega16原理圖LOJOrViceHvccU1P6P4Olo；li_-f匸石pq4卞 氐菇 口 Q 6 Q - I j 研，盲 0 0 b b

34、0 0 iliI 空wqog吋；, i 4 qd4 ge o ibqQqd4& gar!-4呼汎一圖 18 ATmega16 PCB 圖4.2程序編譯環(huán)境 4.2.1 ICCAVR 軟件ICCAVR軟件是一種符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語(yǔ)言來(lái)開發(fā)MCU （單片機(jī)）程序的一個(gè) 工具，功能合適、使用方便、技術(shù)支持好，它主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):1. 擁有工程管理以及編輯器的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）；2. 源文件被組織成項(xiàng)目工程中，文檔的編輯和工程的構(gòu)造都是在項(xiàng)目工程中完成的,編譯的錯(cuò)誤會(huì)在在狀態(tài)窗口中顯示，且當(dāng)你點(diǎn)擊一個(gè)編譯錯(cuò)誤時(shí)，光標(biāo)則會(huì)自動(dòng)跳到該 行的錯(cuò)誤;3. 該編譯軟件可以直接生成 HEX格式的燒寫文件（

35、大多數(shù)編程器都支持 HEX格式 的文件，可以直接下載到芯片中使用）和符合AVRStudio的調(diào)試文件（COFF格式）17。4.一個(gè)純 32 位的程序，可在 Win 95、Win 98、Win ME、Win NT、Win 2000、WinXP和Win 7等環(huán)境下運(yùn)行。下圖為ICCAVR編譯環(huán)境界面：ts imaae-Ce-aft IDE far ICCAVM fPrcfe-s-s-TcrtalV. . _h Jfile- dit Search View projectTerminal Help巧呂g夠-廣 Q 印丨盤”胡zi乍i孵 issi fnki.c I廿include.Kttincrlu-

36、cio2# inc J. u. de PORT X h1# inc-J-iicicFl# inoJ-uciE1nirf24LOL -h#d4 fineSWOPOFTA_finereaOPORTA=Bitl R9er#de finedoOPORTA Bit2TPftdefinesdlnOPORTA.Bits.Eteaotttdefiiie*elkOPORTA_Eit4ttfineb-H.tkJ.cd.0PORTA_-Bits_at=tPORTA_BitO_SutBitl_ie-tttc3= finedelPORTA_Bi上2_HutttdefinchcJinl#d fineSMlklPQRTA_

37、-日it_3“#de finebAckledlPORTA_Bits19 ICCAVR編譯環(huán)境4.2.2 P rogisp ISP 下載軟件：Progisp ISP具有以下特性：1）支持所有的AVR芯片的編程，支持AT89S51,AT89S52;2）自定義串口的下載編程器的支持；3）USBASP下載器的支持；4）自定義編程熔絲 信息的支持；5）支持高壓下載器；6）支持脫機(jī)下載器實(shí)現(xiàn)脫機(jī)下載；7）支持命令行模式，可以直接嵌入其他IDE中使用；綠色軟件，無(wú)需安裝，占用資源少；8）支持自定義漢化信息提示；9）支持工程管理-可以將所有的配置數(shù)據(jù)與編程數(shù)據(jù)打包為單一文 件。圖20為Progisp的主界面:

38、Select Cbp一ATmeaa64ptwMfia肘ft-H ； 7 -USB*凹r, 一- IMBLErS邈下戟 比較去副宇 鹵芯片a際 空片檢査 0? flash 綁eepromriAih-G3274yr53E；EXOn：0/2tl4E回麹據(jù)自動(dòng)五載回枚駛FLAWCltsaij EEPHQM 回程熔匡 毎芯片提文件過(guò)扎Fla調(diào)A. EepromIT弁工程111? Flut保再Eeprom保再工程L.nvu空閑便用時(shí)間oo.Hi：tnCqpt ! ei.l tr Zhi fcnEIr.c圖20 Progisp主界面4.3整體設(shè)計(jì)功能通過(guò)按鍵選擇工作模式:1.自動(dòng)，檢測(cè)光照強(qiáng)度，自動(dòng)控制窗簾

39、的拉伸；檢測(cè)光照強(qiáng)度，自動(dòng)控制臺(tái)燈的亮滅;檢測(cè)聲音，控制臺(tái)燈的亮滅;2.安防,檢測(cè)是否有火焰產(chǎn)生，蜂鳴器報(bào)警；檢測(cè)是否有異常聲音產(chǎn)生，蜂鳴器報(bào)警;檢測(cè)是否有外來(lái)人員進(jìn)入，蜂鳴器報(bào)警;設(shè)計(jì)功能流程圖如下:圖21功能流程圖5結(jié)論通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，基本完成了預(yù)期的設(shè)計(jì)模式（自動(dòng)模式與按鍵模式）。整個(gè)設(shè) 計(jì)都在液晶5510下顯示，如圖220整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)控制都取決于我們的傳感器模塊，它們主要由聲音傳感器、紅外傳23o感器以及光敏傳感器組成。在這些傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)下，完成了我們的整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn),使主控芯片能夠得到快速且準(zhǔn)確的外界信息。設(shè)計(jì)的傳感器模塊如圖-i i-h.r.i-T.恥-.*圖22液晶顯示界面圖23傳感器模塊本次設(shè)計(jì)為了模擬顯示的窗簾，此次選擇細(xì)線上掛幾個(gè)物體來(lái)?yè)?dān)當(dāng)窗簾的角色，用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制窗簾的收縮。實(shí)際測(cè)試效果明顯，能夠根據(jù)環(huán)境中光照等信息, 窗簾開關(guān)，實(shí)物圖如下:r F圖24步進(jìn)電機(jī)控制窗簾模型通過(guò)幾個(gè)月的不斷學(xué)習(xí)與設(shè)計(jì)，本次的智能家居設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了光照強(qiáng)度檢測(cè)、 測(cè)以及紅外煙霧檢測(cè)，并達(dá)到了自動(dòng)控制窗簾拉伸，自動(dòng)控制臺(tái)燈亮滅的效果。聲音檢且在安防模式中，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)家居環(huán)境，如有異常，且會(huì)報(bào)警提醒。參考文獻(xiàn)12王鵬.基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端的家庭智能控制系統(tǒng)D.西安工業(yè)學(xué)院,2003.唐蘋.一種基于以太網(wǎng)的嵌入式數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)J.安