644522979基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、*學(xué)院嵌入式系統(tǒng)工程專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要智能家居作為家庭信息化的實(shí)現(xiàn)方式，已經(jīng)成為社會信息化發(fā)展的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)因其巨大的應(yīng)用前景，將是智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中一個比較現(xiàn)實(shí)的突破口，對智能家居的產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大意義。本文基于容易實(shí)現(xiàn)，方便操作，貼近使用的設(shè)計(jì)理念，采用stc89c52單片機(jī)為控制核心，為控制終端，并采用包括紅外遙控、按鍵、web界面等在內(nèi)的多個控制源來控制家用電器。本文的二至四章描述了整個設(shè)計(jì)的軟、硬件部分的具體實(shí)現(xiàn)，第五章是根據(jù)設(shè)計(jì)好的功能搭建了一個具體的環(huán)境實(shí)例。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、單片機(jī)、stc89c52、多源控制abstractsmart home as

2、 the implement mode of family information has become an important part of the social information development .the networking because of its huge prospect to develop .it will be a real way during the smart homes development .networking means a lot to the smart home .this article base on the design co

3、ncept of trying to use easiest way to deliver handle and closing to use .we take the stc89c52 as the control core of the design .the relay as the control terminal mean .while we also use the trared remote control key webpage etc to control the home appliances . two to four chapters of this paper des

4、cribes the design of software and hardware to achieve the specific. chapter v is based on features designed to build a specific environment instance.key word: networking、intelligent、home、microcontroller、stc89c52、 multi-source control目錄摘要.1abstract.2第1章 背景41.1智能家居的概念41.2物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)41.3智能家居控制系統(tǒng)功能5第2章 總體設(shè)計(jì)6

5、2.1整體介紹62.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案62.3功能設(shè)計(jì)：72.3.1 多源控制72.3.2 室溫控制72.3.3 燈光控制72.3.4 光線控制72.3.5 模式控制8第3章 硬件設(shè)計(jì)93.1 最小系統(tǒng)模塊93.2 串口模塊93.3 紅外接收模塊103.4 傳感器模塊103.5 lcd模塊113.6 鍵盤模塊123.7 繼電器模塊123.8 ad模塊133.9 串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊14第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)164.1 stc89c52開發(fā)工具介紹164.1.1 keil uvision2新建項(xiàng)目與編輯164.1.2 keil uvision2編譯與調(diào)試運(yùn)行184.1.3 程序燒寫194.2 單片機(jī)總控制

6、流程圖204.3 鍵盤與紅外遙控鍵位功能214.4 web軟件開發(fā)工具簡要介紹214.4.1 eclipse214.4.2 tomcat224.5 web端網(wǎng)頁界面設(shè)計(jì)22第5章 環(huán)境實(shí)例搭建255.1 實(shí)例環(huán)境選擇255.2實(shí)例環(huán)境布置255.2.1 所控電器255.2.2 布線255.2.3 控制模式265.2.4 遠(yuǎn)程控制27第6章 總結(jié)28謝辭.29參考文獻(xiàn)30附錄：單片機(jī)控制程序31第1章 背景1.1智能家居的概念 智能家居（smart home）是以家為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、自動化，智能化于一體的高效、舒適、安全、便利的家居環(huán)境。家居智能化技術(shù)起源于美國，最具代表性的是x-10技術(shù)，通過

7、x-10通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各個設(shè)備便可實(shí)現(xiàn)資源的共享。因其布線簡單、功能靈活，擴(kuò)展容易而被人們廣泛接受和應(yīng)用。至今，x-10技術(shù)產(chǎn)品的銷售已超過兩億個，僅在美國一個國家，便有超過600萬個家庭在使用。自動化的智能家居不再是一幢被動的建筑，相反，成了幫助主人盡量利用時間的工具，使家庭更為舒適、安全、高效和節(jié)能。智能家居是現(xiàn)代社會最熱門的話題之一，它的目標(biāo)是通過網(wǎng)絡(luò)等信息通信技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對家居電器等的智能控制，使其能夠按照人們的設(shè)定工作運(yùn)行，而不論距離的遠(yuǎn)近。智能化與遠(yuǎn)程控制是智能家居的兩大特點(diǎn)。目前，已經(jīng)有越來越多的機(jī)構(gòu)和個人開始了對智能家居的研究 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，

8、網(wǎng)絡(luò)化智能家居系統(tǒng)可提供遙控、家電（空調(diào)，熱水器等）控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報(bào)警、電話遠(yuǎn)程控制、可編程定時控制及計(jì)算機(jī)控制等多種功能和手段，使生活更加舒適、便利和安全。 1.2物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用rfid、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個覆蓋世界上萬事萬物的“internet of things”。在這個網(wǎng)絡(luò)中，物品(商品)能夠彼此進(jìn)行“交流”，而無需人的干預(yù)。其實(shí)質(zhì)是利用射頻自動識別(rfid)技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品(商品)的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。 物聯(lián)網(wǎng)概念的問世，打破了之前的傳統(tǒng)思維。過去的思路一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和it基礎(chǔ)設(shè)施分開

9、，一方面是機(jī)場、公路、建筑物，另一方面是數(shù)據(jù)中心，個人電腦、寬帶等。而在物聯(lián)網(wǎng)時代,鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施，在此意義上，基礎(chǔ)設(shè)施更像是一塊新的地球。故也有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)均是智慧地球的有機(jī)構(gòu)成部分。 物聯(lián)網(wǎng)把我們的生活擬人化了，萬物成了人的同類。在這個物物相聯(lián)的世界中，物品能彼此“交流”，無需人的干預(yù)?？梢哉f，這是一個智能化的世界。智能家居是物聯(lián)網(wǎng)最生活化的應(yīng)用之一：窗簾可以自動感知光線而關(guān)閉;空調(diào)更“聽話”了，天熱它會把溫度調(diào)低，太潮就會自動抽濕燈也知道節(jié)能了，房間里沒人會自動滅掉。如此等等，不一而足。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用竟已經(jīng)很廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、

10、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)繁多的應(yīng)用，造就了一個龐大的產(chǎn)業(yè)鏈，從互聯(lián)網(wǎng)、電腦、手機(jī)、天線等it通訊領(lǐng)域，到智能卡、芯片、傳感器、紅外線產(chǎn)品等工業(yè)領(lǐng)域，再到冰箱、電視機(jī)等制造領(lǐng)域，環(huán)環(huán)相扣，商機(jī)巨大。美國獨(dú)立市場研究機(jī)構(gòu)forester預(yù)測，到2020年全球“物物互聯(lián)”業(yè)務(wù)(即物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù))，與“人與人通信”業(yè)務(wù)(即互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù))之比將達(dá)到301。專家預(yù)計(jì)，中國物聯(lián)網(wǎng)整體產(chǎn)業(yè)在2015年將超過一萬億元規(guī)模，2050年傳感器在生活中將無處不在。可以想見，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到一定階段，家中的電器可以和外網(wǎng)連接起來，通過傳感器傳達(dá)電器的信號。廠家在廠里就可以知道你家中電器的使用

11、情況，也許在我們之前就知道家中電器的故障。某一天突然有維修工上門告訴家中空調(diào)有問題，我們還驚異地不相信。1.3智能家居控制系統(tǒng)功能智能家庭控制系統(tǒng)的主要功能包括家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范二個方面。其中家庭設(shè)備自動監(jiān)控包括電器設(shè)備的集中、遙控、遠(yuǎn)距離異地(通過電話或internet)的監(jiān)視、控制及數(shù)據(jù)采集。(1)家用電器的監(jiān)視和控制，按照預(yù)先所設(shè)定程序的要求對熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進(jìn)行監(jiān)視和控制。(2) 熱能表、燃?xì)獗?、水表、電度表的?shù)據(jù)采集、計(jì)量和傳送根據(jù)小區(qū)物業(yè)管理的要求所設(shè)置數(shù)據(jù)采集程序，通過傳感器對熱能表、燃?xì)獗怼⑺?、電度表的用量進(jìn)行自動數(shù)據(jù)采集、計(jì)量，并將采集結(jié)果遠(yuǎn)程

12、傳送給小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)。(3)空調(diào)機(jī)的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制，按照預(yù)先所設(shè)定的程序，根據(jù)時間、溫度、濕度等參數(shù)對空調(diào)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。(4)照明設(shè)備的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制按照預(yù)先設(shè)定的時間程序，分別對各個房間照明設(shè)備的開、關(guān)進(jìn)行控制，并可自動調(diào)節(jié)各個房間的照度。(5)窗簾的控制，按照預(yù)先設(shè)定的時間程序，對窗簾的開啟/關(guān)閉進(jìn)行控制。32第2章 總體設(shè)計(jì)2.1 整體介紹本次設(shè)計(jì)以采用stc89c52芯片為控制核心，紅外、溫度、光敏等傳感器為環(huán)境信息采集源，以web控制為輔助，來制作一個智能家居控制系統(tǒng)。在原有的機(jī)械式按鍵開關(guān)的基礎(chǔ)上，采用無線遙控器與web網(wǎng)頁遠(yuǎn)程控制,來控制家用電器（如日光燈、空調(diào)、

13、門禁等），實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離，多角度對家用電器進(jìn)行開關(guān)控制。此外在本次設(shè)計(jì)中，采用多種傳感器相結(jié)合，并由智能mcu根據(jù)所設(shè)置的情景模式來對家用電器進(jìn)行自動化控制，如自動給開空調(diào)降溫，自動開啟室內(nèi)照明，自動調(diào)節(jié)臥室光線等。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案根據(jù)設(shè)計(jì)需要，系統(tǒng)包括了核心控制模塊、web服務(wù)器設(shè)備，web html模塊、紅外遙控模塊、lcd顯示模塊、傳感器模塊、繼電器模塊、按鍵模塊、子門禁報(bào)警模塊，等等。系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。網(wǎng)頁服務(wù)器（串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口）核心控制設(shè)備（以stc8052為核心）紅外遙控按鍵lcd顯示空調(diào)數(shù)據(jù)庫信息用戶輸入信息設(shè)備狀態(tài)信息用戶控制信息pwm調(diào)控光線模式、溫度、濕度信息燈1插座傳

14、感器（溫度、光敏）繼電器窗簾燈2環(huán)境信息 圖1 系統(tǒng)整體框圖網(wǎng)頁服務(wù)器（串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口）核心控制設(shè)備（以stc8052為核心）紅外遙控按鍵lcd顯示空調(diào)數(shù)據(jù)庫信息用戶輸入信息設(shè)備狀態(tài)信息用戶控制信息pwm調(diào)控光線模式、溫度、濕度信息燈1插座傳感器（溫度、光敏）繼電器窗簾燈2環(huán)境信息 圖1 系統(tǒng)整體框圖2.3 功能設(shè)計(jì)： 2.3.1 多源控制為了適應(yīng)人們高質(zhì)量、便捷的生活需求，本系統(tǒng)采用多源控制，即紅外遙控控制、按鍵控制、web網(wǎng)頁遠(yuǎn)程控制，系統(tǒng)自動控制，這四種控制相結(jié)合。其中web網(wǎng)頁遠(yuǎn)程控制，是指在離開家以后，通過互聯(lián)網(wǎng)登錄運(yùn)行在特定服務(wù)器上的網(wǎng)站，然后去查看、管理當(dāng)前家中的電器，只需點(diǎn)擊網(wǎng)頁上

15、相應(yīng)的按鈕，就可以輕松的打開、關(guān)閉、查詢家中的電器設(shè)備，已達(dá)到遠(yuǎn)程控制的功能。系統(tǒng)自動控制是指系統(tǒng)的核心控制部分可以根據(jù)外部傳感器所采集到的環(huán)境信息（如溫度、光線強(qiáng)度、濕度等）與用戶預(yù)設(shè)的可以使人較為舒適的值作比較，然后根據(jù)比較結(jié)果對相應(yīng)的電器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以保持這個舒適的值，為用戶提供一個良好的生活環(huán)境。 2.3.2 室溫控制通過溫度傳感器（如圖2）采集當(dāng)前的溫度信息，送到核心控制設(shè)備中，由其mcu進(jìn)行分析，通過與預(yù)設(shè)值的對比，決定控溫設(shè)備的開關(guān)，使室溫保持在一個恒定的范圍。同時為了方便控制，mcu會將采集到的溫度值發(fā)送到lcd1602液晶屏上顯示出來。圖3 光敏傳感器圖2 溫度傳感器 ds

16、18b20 2.3.3 燈光控制通過光敏傳感器（如圖3所示）去采集當(dāng)前光線的值，通過與預(yù)設(shè)白天夜晚的值相比，讓核心控制設(shè)備中的mcu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)窗簾等。 2.3.4 光線控制光線的調(diào)控方法有很多。常見的有可變電阻調(diào)光、調(diào)壓器調(diào)光法、脈沖占空比調(diào)光法、脈沖調(diào)頻調(diào)光法、調(diào)節(jié)高頻逆變器供電電壓調(diào)光法等。其中相對led調(diào)光應(yīng)用較為多的是脈沖脈沖占空比調(diào)光，其優(yōu)點(diǎn)有，不會產(chǎn)生任何色譜偏移、可以有極高的調(diào)光精確度、可以和數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行控制、即使在很大范圍內(nèi)調(diào)光，也不會發(fā)生閃爍現(xiàn)象、更不可能發(fā)生過熱等問題。所以在本次設(shè)計(jì)中，采用pwm技術(shù)，用單片機(jī)輸出

17、一定占空比的矩形波，當(dāng)需要led變亮，則將占空比調(diào)大。 2.3.5 模式控制模式控制，就是將幾種電器集中在一起控制，例如把燈全關(guān)、把窗簾全開，這時如果用手動去逐一開關(guān)就會顯得比較繁瑣，如果把燈全關(guān)、窗簾全開設(shè)定為一種模式，當(dāng)有這種需要時就啟動這種模式，這樣以前繁瑣的控制就會變成一步到位，并且這種控制方式用程序?qū)崿F(xiàn)起來也較為容易。但其中的模式不必太多，以免使系統(tǒng)的操作變得復(fù)雜，在具體的設(shè)計(jì)只需將常用的幾種情況（場景）設(shè)為固定的模式來控制即可，在本次設(shè)計(jì)中有自動模式、手動模式、開關(guān)模式，其中自動模式是mcu根據(jù)預(yù)設(shè)與傳感器自動控制電器。手動模式則包括有全開模式、全關(guān)模式、睡眠模式，其中睡眠模式是開

18、空調(diào)、燈光線逐漸變暗、其他電器關(guān)。開關(guān)模式是指對電器單獨(dú)進(jìn)行開與關(guān)的控制。第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 最小系統(tǒng)模塊stc89c52芯片 共40引腳，18腳是通用i/o接口（p1.0p1.7），9腳rst復(fù)位鍵，10、11腳rxd串口輸入、txd串口輸出，1219腳:p3接口 (12,13腳 int0中斷0、int1中斷1，14,15:計(jì)數(shù)脈沖t0 t1 16,17:wr寫控制rd讀控制輸出端) ,18,19腳:晶振諧振器，20腳接地線，2128 p2接口高8位地址總線29: psen 片外rom選通端，單片機(jī)對片外rom操作時 29腳(psen)輸出低電平30:ale/prog 地址鎖存器31:e

19、a rom取指令控制器，電源+5v。圖4 最小系統(tǒng)3.2 串口模塊 串口采用max3232芯片，max232芯片是美信公司專門為電腦的rs-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。主要特點(diǎn)有：1、符合所有的rs-232c技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2、只需要單一 +5v電源供電 3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10v和-10v電壓v+、v- 4、功耗低，典型供電電流5ma 5、內(nèi)部集成2個rs-232c驅(qū)動器 6、內(nèi)部集成兩個rs-232c接收器圖5 串口模塊 max32323.3 紅外接收模塊ph102紅外接收頭有三個引腳，包括供電腳，接地和信號輸出腳。其內(nèi)部電路包括紅

20、外監(jiān)測二極管，放大器，限伏器，帶通濾波器，積分電路，比較器等。紅外監(jiān)測二極管監(jiān)測到紅外信號，然后把信號送到放大器和限幅器，限幅器把脈沖幅度控制在一定的水平，而不論紅外發(fā)射器和接收器的距離遠(yuǎn)近。交流 信號進(jìn)入帶通濾波器，帶通濾波器可以通過30khz到60khz的負(fù)載波，通過解調(diào)電路和積分電路進(jìn)入比較器，比較器輸出 高低電平，還原出發(fā)射端的信號波形。圖6 紅外接收模塊3.4 傳感器模塊溫度采集選用了ds18b20溫度傳感器，其特點(diǎn)如下：（1）在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊。（2）測溫范圍 55125，固有測溫分辨率0.5。（3）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個ds

21、18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。（4）工作電源: 35v/dc。（5）在使用中不需要任何外圍元件。（6）測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送。圖7 溫度傳感器模塊3.5 lcd模塊顯示模塊采用lcd1602，它能夠同時顯示16x02即32個字符。（16列2行）在本次設(shè)計(jì)中，第一行為提示信息，第二行為數(shù)據(jù)信息其引腳功能如下：第1腳：vss為電源地。第2腳：vdd接5v電源正極。第3腳：v0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時通過一個1

22、0k的電位器調(diào)整對比度）。第4腳：rs為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。第5腳：rw為讀寫信號線，高電平(1)時進(jìn)行讀操作，低電平(0)時進(jìn)行寫操作。第6腳：e(或en)端為使能(enable)端。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。圖8 lcd模塊3.6 鍵盤模塊鍵盤采用4*3矩陣鍵盤,鍵值讀取方法采用掃描法，端口使用p1口，其中p1.1p1.3做行線，p1.4p1.7做列線，在對行、列掃描之前，先會掃描整個p1口，當(dāng)讀到有鍵按下才，會去具體掃描行與列。圖9 鍵盤模塊3.7 繼電器模塊繼電器作為一

23、種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。本次設(shè)計(jì)中選用了4個繼電器來控制4個對應(yīng)的電器。圖10 繼電器模塊3.8 ad模塊因?yàn)閟tc89c52芯片沒有ad轉(zhuǎn)換模塊，故而采用pcf8591t芯片來實(shí)現(xiàn)ad與da轉(zhuǎn)換功能的，它有4路模擬輸入，1路模擬輸出，一個i2c-bus接口，3個給硬件地址編程的腳。通過i2c總線與處理器通信，其價格低廉，接口簡單，轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其引腳定義如下：ain0a

24、in3：模擬輸入（a/d 轉(zhuǎn)換）。 aout：模擬輸出（d/a轉(zhuǎn)換）。 a0-a2：硬件設(shè)備地址。 gnd：電源負(fù)極地。 vref：參考電壓輸入。 ext:振蕩器輸入時，內(nèi)部/外部的切換開關(guān)。 osc: 振蕩器輸入/輸出。 scl: i2c bus 時鐘輸入。 sda:i2c bus 數(shù)據(jù)輸入/輸出。 agnd:模擬地,摸擬信號和基準(zhǔn)電源的參考地。 圖11 ad轉(zhuǎn)換模塊3.9 串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊因?yàn)閞s-232串口通信的距離就只有15m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足智能家居的布線、組網(wǎng)要求，考慮到成本與技術(shù)問題，本設(shè)計(jì)中選用了一款rs232 串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊，將單片機(jī)中的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給網(wǎng)頁后臺程序。該模塊具

25、體的功能如下： （1）10m以太網(wǎng)接口； （2）1.5kv電磁隔離；（3）串口波特率300115200bps；（4）支持tcp/ip協(xié)議包括：arp、ip、icmp、igmp、udp、tcp、http、dhcp；（5）工作方式：tcp server, tcp client, udp, 虛擬串口、socket控件；（6）工作端口、目標(biāo) ip和端口均可設(shè)定；（7）提供虛擬串口管理軟件；（8）提供通用配置函數(shù)庫，方便用戶使用開發(fā)應(yīng)用程序；（9）可使用配置工具xvcom進(jìn)行配置；（10）可使用網(wǎng)頁瀏覽器進(jìn)行配置；（11）輸入電壓：5v；（12）功耗低最大工作電流：80ma；（13）工作溫度：065；圖

26、12 串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊第4章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 stc89c52開發(fā)工具介紹keil c51是美國keil software公司出品的51系列兼容單片機(jī)c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用c來開發(fā)，體會更加深刻。它是眾多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的 mcs51 架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時還支持，plm，匯編和c 語言的程序設(shè)計(jì)，它的界面和常用的微軟 vc+的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。因此很多開發(fā) 51 應(yīng)用的工程師

27、或普通的單片機(jī)愛好者，都對它十分喜歡。 4.1.1 keil uvision2新建項(xiàng)目與編輯（1）點(diǎn)擊project菜單，選擇彈出的下拉式菜單中的 new project，如圖13。接著彈出一個標(biāo)準(zhǔn) windows文件對話窗口，如圖 14，在“文件名”中輸入c程序項(xiàng)目名稱，“保存”后的文件擴(kuò)展名為 uv2，這是 keil uvision2項(xiàng)目文件擴(kuò)展名。圖13 project菜單圖14 保存（2）選擇所要的單片機(jī)，這里選擇常用的 ateml公司的at89c52。此時屏幕如15 所示。完成上面步驟后，我們就可以進(jìn)行程序的編寫了。 圖15 單片機(jī)選擇（3）首先在項(xiàng)目中創(chuàng)建新的程序文件或加入舊程序文

28、件。在 keil 中有一些程序的 demo，點(diǎn)擊圖16 中1 的新建文件的快捷按鈕，在 2 中出現(xiàn)一個新的文字編輯窗口，這個操作也可以通過菜單 filenew 或快捷鍵 ctrl+n 來實(shí)現(xiàn)。圖16 文件添加圖17 程序文件添加（4）點(diǎn)擊圖 18 中的 3 保存新建的程序。這時會發(fā)現(xiàn)程序單詞有了不同的顏色，說明keil的c 語法檢查生效了。如圖4.6鼠標(biāo)在屏幕左邊的 source group1文件夾圖標(biāo)上右擊彈出菜單，在這里可以做在項(xiàng)目中增加減少文件等操作。我們選“add file to group source group 1”彈出文件窗口，選擇剛剛保存的文件，按 add 按鈕，關(guān)閉文件窗，

29、程序文件已加到項(xiàng)目中了。這時在 source group1 文件夾圖標(biāo)左邊出現(xiàn)了一個小+號說明，文件組中有了文件，點(diǎn)擊它可以展開查看。 4.1.2 keil uvision2編譯與調(diào)試運(yùn)行 （1）圖18中 1、2、3 都是編譯按鈕，不同是 1 是用于編譯單個文件。2 是編譯當(dāng)前項(xiàng)目，如果先前編譯過一次之后文件沒有做動編輯改動，這時再點(diǎn)擊是不會再次重新編譯的。3是重新編譯，每點(diǎn)擊一次均會再次編譯鏈接一次，不管程序是否有改動。6 是有一個小放大鏡的按鈕，這就是開啟關(guān)閉調(diào)試模式的按鈕，它也存在于菜單debugstartstop debug session，快捷鍵為 ctrl+f5。圖18 編譯按鈕(

30、2)進(jìn)入調(diào)試模式，軟件窗口樣式大致如圖 19所示。圖中 1為運(yùn)行，當(dāng)程序處于停止?fàn)顟B(tài)時才有效，2 為停止，程序處于運(yùn)行狀態(tài)時才有效。3 是復(fù)位，模擬芯片的復(fù)位，程序回到最開頭處執(zhí)行。按 4 我們可以打開 5 中的串行調(diào)試窗口，這個窗口我們可以看到從 51芯片的串行口輸入輸出的字符，這里的項(xiàng)目也正是在這里看運(yùn)行結(jié)果。圖19 調(diào)試模式 4.1.3 程序燒寫 hex文件格式是intel公司提出的按地址排列的數(shù)據(jù)信息,數(shù)據(jù)寬度為字節(jié),所有數(shù)據(jù)使用16進(jìn)制數(shù)字表示, 常用來保存單片機(jī)或其他處理器的目標(biāo)程序代碼。它保存物理程序存儲區(qū)中的目標(biāo)代碼映象。一般的編程器都支持這種格式。找到test.uv2的文件就

31、可以打開先前的項(xiàng)目了。然后右擊項(xiàng)目文件夾，彈出項(xiàng)目功能菜單，選options for targettarget1,彈出項(xiàng)目選項(xiàng)設(shè)置窗口，同樣先選中項(xiàng)目文件夾圖標(biāo)，這時在project菜單中也有一樣的菜單可選。打開項(xiàng)目選項(xiàng)窗口，轉(zhuǎn)到output選項(xiàng)頁，選擇編譯輸出的路徑，設(shè)置編譯輸出生成的文件名，決定創(chuàng)建hex文件，選中它就可以輸出hex文件到指定的路徑中。這樣就可用自己的編程器所附帶的軟件去讀取并燒到芯片了，再用實(shí)驗(yàn)板看結(jié)果，也可以用仿真器在線調(diào)試。4.2 單片機(jī)總控制流程圖圖20 單片機(jī)總控制流程圖4.3 鍵盤與紅外遙控鍵位功能 鍵盤與紅外遙控鍵位功能如圖，當(dāng)開啟自動模式后412號鍵不起作用

32、。當(dāng)開啟手動模式時，5鍵對應(yīng)全開模式，6鍵對應(yīng)全關(guān)模式，7鍵對應(yīng)睡眠模式，4鍵與812號鍵不起作用。當(dāng)處于開關(guān)模式下時，5、9號鍵對應(yīng)燈1的開關(guān),6、10號鍵對應(yīng)空調(diào)的開關(guān)，7、11號鍵對應(yīng)窗簾的開關(guān)，8、12號鍵對應(yīng)插座的開關(guān)。 圖21 鍵盤功能圖4.10： 鍵位功能4.4 web軟件開發(fā)工具簡要介紹 4.4.1 eclipseeclipse 是一個開放源代碼的、基于 java 的可擴(kuò)展開發(fā)平臺。就其本身而言，它只是一個框架和一組服務(wù)，用于通過插件組件構(gòu)建開發(fā)環(huán)境。幸運(yùn)的是，eclipse 附帶了一個標(biāo)準(zhǔn)的插件集，包括 java 開發(fā)工具（java development tools，jdt

33、）。 eclipse 包括了插件開發(fā)環(huán)境，這個組件主要針對希望擴(kuò)展 eclipse 的軟件開發(fā)人員，因?yàn)樗试S他們構(gòu)建與 eclipse 環(huán)境無縫集成的工具。由于 eclipse 中的每樣?xùn)|西都是插件，對于給 eclipse 提供插件，以及給用戶提供一致和統(tǒng)一的集成開發(fā)環(huán)境而言，所有工具開發(fā)人員都具有同等的發(fā)揮場所。 這種平等和一致性并不僅限于 java 開發(fā)工具。盡管 eclipse 是使用 java 語言開發(fā)的，但它的用途并不限于 java 語言；例如，支持諸如 c/c+、cobol 和 eiffel 等編程語言的插件已經(jīng)可用，或預(yù)計(jì)會推出。eclipse 框架還可用來作為與軟件開發(fā)無關(guān)的

34、其他應(yīng)用程序類型的基礎(chǔ)，比如內(nèi)容管理系統(tǒng)。 基于 eclipse 的應(yīng)用程序的突出例子是 ibm 的 websphere studio workbench，它構(gòu)成了 ibm java 開發(fā)工具系列的基礎(chǔ)。例如，websphere studio application developer 添加了對 jsp、servlet、ejb、xml、web 服務(wù)和數(shù)據(jù)庫訪問的支持。 4.4.2 tomcattomcat是apache 軟件基金會的jakarta 項(xiàng)目中的一個核心項(xiàng)目，由apache、sun 和其他一些公司及個人共同開發(fā)而成。由于有了sun 的參與和支持，最新的servlet 和jsp 規(guī)范總

35、是能在tomcat 中得到體現(xiàn)。因?yàn)閠omcat 技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定，而且免費(fèi)，因而深受java 愛好者的喜愛并得到了部分軟件開發(fā)商的認(rèn)可，成為目前比較流行的web 應(yīng)用服務(wù)器。tomcat 很受廣大程序員的喜歡，因?yàn)樗\(yùn)行時占用的系統(tǒng)資源小，擴(kuò)展性好，支持負(fù)載平衡與郵件服務(wù)等開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)常用的功能；而且它還在不斷的改進(jìn)和完善中，任何一個感興趣的程序員都可以更改它或在其中加入新的功能。tomcat 是一個輕量級應(yīng)用服務(wù)器，在中小型系統(tǒng)和并發(fā)訪問用戶不是很多的場合下被普遍使用，是開發(fā)和調(diào)試jsp 程序的首選。對于一個初學(xué)者來說，可以這樣認(rèn)為，當(dāng)在一臺機(jī)器上配置好apache 服務(wù)器，可利用它響應(yīng)

36、對html 頁面的訪問請求。實(shí)際上tomcat 部分是apache 服務(wù)器的擴(kuò)展，但它是獨(dú)立運(yùn)行的，所以當(dāng)運(yùn)行tomcat 時，它實(shí)際上作為一個與apache 獨(dú)立的進(jìn)程單獨(dú)運(yùn)行的。4.5 web端網(wǎng)頁界面設(shè)計(jì)圖22 主頁頁面包含的功能有，系統(tǒng)管理、狀態(tài)查詢、電器管理。其中狀態(tài)查詢是實(shí)現(xiàn)查看當(dāng)前家中電器狀態(tài)的功能，當(dāng)用戶點(diǎn)擊這一選項(xiàng)時，系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)庫傳上來的信息以列表的形式將家中電器的狀態(tài)信息顯示出來。每條記錄后面會有上傳時間，根據(jù)顯示時間與實(shí)際時間先對比，如果差距大于10分鐘，則監(jiān)控出現(xiàn)了問題需要及時處理。圖23 狀態(tài)查詢界面點(diǎn)擊電器管理時，彈出的頁面與狀態(tài)查詢相似，但在列表的最后一列有修

37、改項(xiàng)，只要點(diǎn)擊修改項(xiàng)的開關(guān)鍵就可以遠(yuǎn)程控制家中電器的開關(guān)。圖24 電器管理界面系統(tǒng)管理包括電器設(shè)置、用戶設(shè)置，電器設(shè)置是可以添加電器與刪除電器的功能。用戶設(shè)置，是添加或者刪除用戶與設(shè)置用戶權(quán)限的功能，當(dāng)然這個功能是管理員才有的，權(quán)限有管理員權(quán)限、高級用戶權(quán)限、普通用戶權(quán)限，普通用戶只能查看電器狀態(tài)，高級用戶可以查看、修改、添加、刪除。圖25 系統(tǒng)管理界面第5章 環(huán)境實(shí)例搭建在實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各個模塊的功能后需要做的，也是最為重要的就是實(shí)際運(yùn)用，只有在實(shí)際運(yùn)用中達(dá)到預(yù)期效果才能說明這是一個成功的設(shè)計(jì)，因此這一章將會闡述，如何將這套系統(tǒng)搭建在一個真實(shí)環(huán)境中。5.1 實(shí)例環(huán)境選擇本次系統(tǒng)搭建選擇了一個普通

38、型的兩室一廳住宅，如圖26所示。其中要用到智能控制的地方有兩間臥室、一間客廳、一個過道（3號）、一間衛(wèi)生間、一道門。21647835圖 26 實(shí)例住宅平面圖5.2實(shí)例環(huán)境布置 5.2.1 所控電器在本實(shí)例中，所要控制的電器有8個，如圖5.1所示1號是主臥燈、2號是客臥燈、3號是過道燈、4號是衛(wèi)生間燈、5號是客廳窗簾、6號是接線板、7號是空調(diào)、8號是門禁。 5.2.2 布線因?yàn)橄到y(tǒng)沒有設(shè)計(jì)有線模塊，所以所有連接都要用到導(dǎo)線，因此在實(shí)際應(yīng)用中，本套系統(tǒng)適用于那些事先安排好且不需要經(jīng)常移動更換的電器設(shè)備，其中為了方便控制，繼電器模塊會被獨(dú)立出來，作為一個個控制終端。這樣也縮短了電器電源線的布線長度，

39、增加了系統(tǒng)的安全系數(shù)（如圖27所示）?？刂坪诵呐c服務(wù)器的連接用串口，因此控制核心會和服務(wù)器主機(jī)放在一起。另外傳感器與紅外接收頭將會被獨(dú)立出來。紅外接收頭會與遙控配套安裝?？刂平K端1電器1控制終端2電器2控制核 心（單片機(jī)）服務(wù)器網(wǎng)口圖27 布控簡圖 5.2.3控制模式在控制模式上除了以往常見的自動與手動模式，在環(huán)境實(shí)例的設(shè)計(jì)中還參考了手機(jī)中的情景模式，情景模式功能是為了方便用戶控制，根據(jù)日常大多數(shù)人的生活習(xí)慣，在實(shí)例系統(tǒng)中的設(shè)置了一些情景模式，其中包括有離開、自由、控制、睡眠、會客、全開、起夜模式、自定義。如圖28所示。切換后電器會根據(jù)傳感器采集的信息來控制電器自動動模式關(guān)所有電器、開門禁離開開臥室燈、走廊燈起夜會客情景走廊、客廳的燈開，門禁關(guān)、睡眠控制模式關(guān)閉其他電器設(shè)備、臥室燈 由亮變暗，開門禁，關(guān)窗簾打開所有電器設(shè)備全開自定義模式切換后可以手動控制電器切換后可以手動控制電器手動模式圖28 控制模式圖26 控制模式情景模式、手動模式與自動模式是同一級的，只有在情景模式下其它一些的模式如起夜模式、會客模式才會啟用，在情景模式中，離開模式是在用戶離開后除了門禁是開著其他所有的電器包括接線板都是關(guān)閉狀