基于合泰單片機(jī)的節(jié)能型智能多用途落地?zé)舻膶?shí)現(xiàn)

1、2015年重慶地區(qū)第八屆“合泰杯”大學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)競賽節(jié)能型智能多用途落地?zé)魠①惥幪?hào)：20150296重慶科技學(xué)院指導(dǎo)老師： 電氣與信息工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院參賽學(xué)生： 電氣與信息工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院E-mail：2015 年 05 月 10 日推薦精選1、摘要隨著人民生活水平的提高、生活條件的改善，人們在追求更高生活質(zhì)量的同時(shí)對(duì)家居生活中電器的要求也不斷提高。科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，家用電器主要功能不斷增強(qiáng)，輔助功能不斷出現(xiàn)，不僅要具有綠色節(jié)能的特點(diǎn)，還要有人性化的使用方法。同時(shí)人們注意到，我國日益龐大的老齡化人群引發(fā)了眾多的社會(huì)問題，特別是空巢老人在生

2、活中常因身體部分機(jī)能的退化，對(duì)火災(zāi)、燃?xì)庑孤┑燃彝ブ械囊馔馐鹿什粔蛎舾?，在家中摸黑行走意外摔倒引起悲劇的發(fā)生。市場上缺少為獨(dú)居老人提供方便的人性化多功能家居產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)就是對(duì)日常生活常見的落地?zé)艏右愿倪M(jìn)，使之能夠擔(dān)負(fù)起智能照明、綠色節(jié)能、空氣溫濕檢測、火災(zāi)燃?xì)鈭?bào)警等工作，給人們以更好的生活體驗(yàn)。通過傳感器和繼電器來控制燈的開關(guān)及明亮程度，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。另外，產(chǎn)品還具有智能檢測功能，通過對(duì)室內(nèi)溫度、濕度、煙霧、煤氣的檢測，進(jìn)行語音提示或報(bào)警。本設(shè)計(jì)使用HOLTEK單片機(jī)作為節(jié)能型智能多用途落地?zé)舻臋z測單元和控制單元的主器件，與各模塊間直接連接或間接連接控制，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)各強(qiáng)弱電模塊的控制。關(guān)鍵

3、詞：家用電器 人性化 智能 綠色節(jié)能 傳感器 HOLTEK 單片機(jī)2、前言近年來，隨著高科技的迅猛發(fā)展，家用電器的節(jié)能化、多功能及智能化日漸深入人心。為了滿足人們對(duì)上述功能的需要，故設(shè)計(jì)此節(jié)能型智能多用途落地?zé)簟８吡罫ED語音模塊顯示模塊操作區(qū)紅外釋熱傳感器煙霧傳感器溫度濕度傳感器等1、 節(jié)能化通過紅外釋熱傳感器、光敏傳感器和繼電器來實(shí)現(xiàn)對(duì)落地?zé)糸_啟及關(guān)斷的控制，運(yùn)用光敏傳感器來滿足落地?zé)裘靼党潭入S自然光線強(qiáng)度的變化而變化。其特點(diǎn)是在有人時(shí)且外界光強(qiáng)較弱時(shí)能自動(dòng)開燈，無人或外界光較強(qiáng)時(shí)關(guān)燈，整個(gè)過程不像聲控?zé)裟菢有枰藶榘l(fā)出聲響，影響家中其他人的休息。不僅節(jié)約了能源，更方便了老人和殘障人士在夜

4、晚使用。除此之外，該落地?zé)暨€可以在正常模式和空閑模式之間進(jìn)行切換，在低功耗的基礎(chǔ)上通過優(yōu)化單片機(jī)操作來獲得最佳性能/功耗比，真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。2、 功能多該落地?zé)舫怂谋韭毠ぷ髡彰鳎€有其他很多功能。作品以HOLTEK單片機(jī)為主控制元，配合其他各個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)多種功能。運(yùn)用溫濕度傳感器檢測室內(nèi)的溫度和濕度，在溫度過高且家里沒人的情況下發(fā)送短信提醒主人注意防火防暑；運(yùn)用煙霧傳感器來檢測室內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)，如果煙霧濃度過高且家里沒人，發(fā)送短信提醒主人做好救火準(zhǔn)備；運(yùn)用燃?xì)鈧鞲衅鱽頇z測是否出現(xiàn)燃?xì)庑孤?，如果檢測到室內(nèi)燃?xì)鉂舛冗^高且家里沒人，發(fā)送短信提醒主人，避免災(zāi)難的發(fā)生；運(yùn)用光敏傳感器可以實(shí)現(xiàn)智能調(diào)

5、光；通過HOLTEK匯總處理，可以在液晶屏上分別顯示各項(xiàng)檢測結(jié)果。它還有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，我們可以設(shè)置時(shí)間，設(shè)置鬧鐘，完全可以把它當(dāng)做一個(gè)鐘表來使用。最后它還有一鍵關(guān)機(jī)功能，省去拔插頭的繁瑣。3、 智能化除了它的智能開關(guān)和智能調(diào)光以外，語音模塊向用戶提供注意保暖防暑等語音提示、鬧鐘提示和進(jìn)行火情燃?xì)庑孤┑膱?bào)警，GSM模塊在特定情況下（火災(zāi)等）給用戶發(fā)送提醒短信。用液晶屏顯示時(shí)間、溫度、濕度、光線強(qiáng)度和燃?xì)鉂舛确奖阌脩舻牟樵儭Ａ硗?，可以通過人工按鍵調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度，人工調(diào)節(jié)紅外釋熱傳感器和光敏傳感器的靈敏度，來控制燈的開關(guān)和燈光的強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)用戶個(gè)性化設(shè)置。推薦精選4、 創(chuàng)新性本產(chǎn)品的主要功能是綠

6、色照明，但不僅僅局限在實(shí)現(xiàn)照明功能，還能檢測室內(nèi)的溫度、濕度、火情、燃?xì)鉂舛?，還具備報(bào)警功能。既節(jié)約能源，又有多種用途，可謂一舉多得。打破了燈只能用來照明的傳統(tǒng)觀念，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。5、 實(shí)用性家用落地?zé)羰且环N必備電器，常用于客廳臥室等場合，本產(chǎn)品將多種功能集成在一座燈上，實(shí)用性強(qiáng)。另外，避免用戶購買單一功能的產(chǎn)品，為用戶節(jié)約了花費(fèi)，經(jīng)濟(jì)性好。3、工作原理該智能落地?zé)羰且訦T66芯片為核心掌控整個(gè)系統(tǒng)。主要應(yīng)用紅外釋熱傳感器和光敏傳感器配合繼電器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)達(dá)到智能節(jié)能的效果；利用溫濕度傳感器和煙霧傳感器等通過HT66芯片上的ADC獲取外部模擬信號(hào)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)落地?zé)舻亩喙δ埽徊⑶彝ㄟ^光敏傳感器和PW

7、M調(diào)光器控制臺(tái)燈亮度，再次體現(xiàn)作品的智能和節(jié)能。除此之外，作品還使用了GSM通信模塊，在體現(xiàn)智能節(jié)能和多功能的同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程安防智能家居的功能。在軟件方面，使用HT-IDE3000集成開發(fā)環(huán)境選用c語言編程，對(duì)各個(gè)模塊分成單個(gè)文件編寫?？傊?，此落地?zé)艨赏ㄟ^單片機(jī)智能控制開關(guān)，控制光的亮度保護(hù)視力以及對(duì)室內(nèi)的濕度、溫度、煙霧濃度以及燃?xì)鉂舛鹊葦?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且顯示模塊可以實(shí)時(shí)顯示室內(nèi)當(dāng)前光線強(qiáng)度、濕度、溫度、煙霧濃度以及燃?xì)鉂舛鹊裙δ埽?dāng)濕度高于某個(gè)特定值時(shí)，可實(shí)現(xiàn)提醒主人注意室內(nèi)通風(fēng)功能；同理，當(dāng)溫度、煙霧濃度以及燃?xì)鉂舛雀哂谀骋惶囟ㄖ禃r(shí)，系統(tǒng)也會(huì)有相應(yīng)的提醒警報(bào)功能。綜上所述，此智能落

8、地?zé)艏缺Ｗo(hù)視力，又環(huán)保，集多功能為一身，從而滿足人們的需求。 3.1 電源模塊為了使用方便，系統(tǒng)工作時(shí)直接使用標(biāo)準(zhǔn)220V/50Hz交流電。而對(duì)于本落地?zé)?，它需要不同大小的直流電壓，例如HT66單片機(jī)和部分傳感器的工作電壓都不會(huì)超過5V，高亮LED燈的電壓一般在1236V左右，所以我們需要一個(gè)多路輸出直流穩(wěn)壓電源模塊來滿足系統(tǒng)對(duì)不同電壓的需求。電源模塊的需求設(shè)計(jì)思路如圖3.1所示。圖3.1 電源模塊框圖3.2 紅外釋熱傳感器模塊系統(tǒng)共用到兩個(gè)紅外釋熱傳感器模塊，工作電壓5V。兩個(gè)傳感器模塊采用的是HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊，靈敏度可調(diào)節(jié)，有信號(hào)放大和溫度補(bǔ)償電路，有效范圍為85角34米內(nèi)

9、，用于檢測周圍是否存在駐留人群。3.3 溫濕度、光線強(qiáng)度采集模塊溫濕度，光線強(qiáng)度采集：溫濕度采集是應(yīng)用DTH11模塊，光線強(qiáng)度采集是利用光敏電阻獲取外部數(shù)據(jù)。本落地?zé)羰菓?yīng)用光敏電阻，溫濕度模塊和HT66芯片上的ADC獲取外部數(shù)據(jù)，并且經(jīng)分析AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)利用PWM調(diào)光器控制臺(tái)燈亮度功能。說明：對(duì)于落地?zé)艄饩€的智能調(diào)節(jié)，提出了三個(gè)方案：1、可控硅調(diào)節(jié)可控硅又叫晶閘管。它的原理在宏觀上說來是通過調(diào)節(jié)電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)燈光的強(qiáng)弱。實(shí)現(xiàn)光敏電阻和可控硅的組合能達(dá)到智能調(diào)節(jié)燈光的目的。但是該方式在硬件電路設(shè)計(jì)上比較復(fù)雜，對(duì)于用到MCU的系統(tǒng)來說，在控制方面比較難以實(shí)現(xiàn)。2、PWM調(diào)光器調(diào)節(jié)基本思想就是利

10、用HT66單片機(jī)具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機(jī)的PWM控制寄存器來調(diào)整PWM的占空比，從而控制LED燈的充電電流，以此來調(diào)整亮度。對(duì)于HT66芯片來說，它的PWM輸出模式為我們提供了方便。3、DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)DAC0832輸入的是8位數(shù)字信號(hào)，輸出的是電流信號(hào)，而控制發(fā)光二極管亮度需要用電壓實(shí)現(xiàn)，所以這是配合外接運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流電壓轉(zhuǎn)換電路。因?yàn)镠T66本身不具備DA轉(zhuǎn)換，而且運(yùn)算放大電路更加復(fù)雜化了我們的外圍電路，所以我們決定不采用本方案。推薦精選綜上所述，我們選擇方案2，PWM調(diào)光器。 3.4 煙霧、燃?xì)鉂舛炔杉K煙霧、燃?xì)鉂舛炔?/p>

11、集是應(yīng)用氣敏元件獲取外部數(shù)據(jù)。MQ-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大，即模擬量輸出電壓隨濃度越高電壓越高。對(duì)液化氣，天然氣，城市煤氣，煙霧有較好的靈敏度。3.5 顯示模塊采用液晶顯示。QC12864B液晶顯示屏是一種具有8位并行、2線或3線串行多種接口方式的液晶顯示模塊，并帶中文字庫。該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。其工作電壓為3.05.5V，低電壓低功耗。3.6 語音模塊語音模塊采用ISD1760優(yōu)質(zhì)語音錄放芯片，其功能是在自動(dòng)

12、關(guān)燈和執(zhí)行提醒警報(bào)時(shí)進(jìn)行語音提示。ISD1760語音模塊具有語音錄制，選擇性播放的功能。4、作品結(jié)構(gòu)4.1系統(tǒng)框圖 LED燈(白光)繼電器手機(jī)熱釋感溫濕度模塊GSM通信氣敏模塊光敏電阻液晶顯示電源模塊供電HT66F70A語音報(bào)警按鍵圖4.1 系統(tǒng)框圖4.2控制關(guān)系該智能落地?zé)羰且訦T66芯片為核心掌控整個(gè)系統(tǒng)。其他如紅外釋熱傳感器、光敏傳感器，溫濕度傳感器、煙霧傳感器、GSM模塊、語音模塊和顯示模塊等為外圍器件。以HT66F70A為主，其他外圍器件為輔設(shè)計(jì)。 4.3具體實(shí)現(xiàn)推薦精選4.3.1RTCCRTCC實(shí)時(shí)時(shí)鐘其實(shí)就是利用TM定時(shí)器中斷（多功能中斷）來實(shí)現(xiàn)的，只是與其他用到的定時(shí)器中斷相比

13、，它的時(shí)鐘源來自fSUB，即內(nèi)部低速振蕩器，而不是(fsys/4)。在HT-IDE3000做配置選項(xiàng)的時(shí)候，將fSUB配置為RTC（LXT），即外部32.768KHz晶體振蕩器。這樣當(dāng)MCU進(jìn)入空閑模式0時(shí)，雖然CPU和系統(tǒng)時(shí)鐘都已關(guān)閉，但是fSUB任然開啟，我們的實(shí)時(shí)時(shí)鐘會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，給我們的工作模式的切換和實(shí)現(xiàn)低功耗功能提供了方便。具體寄存器設(shè)置為_tm1c0=0b01000000。4.3.2IO模擬UART所謂數(shù)據(jù)，其最終被電腦所認(rèn)可的都是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即位。而電腦所執(zhí)行的物理信息就是高低電平，置1或0分別代表高低電平,也就是串口通信中所說的位,如起始位用低電平,則將其置0,停止位為高電平,

14、則將其置1,各種數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位則根據(jù)情況置1或置0。至于串口通信的波特率,說到底只是每位電平持續(xù)的時(shí)間,波特率越高,持續(xù)的時(shí)間越短。如波特率為9600BPS,即每一位傳送時(shí)間為1000ms/9600=0.104ms,即位與位之間的延時(shí)為為0.104毫秒。我們經(jīng)?？梢?1.0592MHz的晶振,為什么會(huì)是這么一個(gè)奇怪的數(shù)字。用此頻率則每個(gè)指令周期的時(shí)間為(12/11.0592)us,那么波特率為9600BPS每位要間隔多少個(gè)指令周期呢？指令周期s=(1000000/9600)/(12/11.0592)=96,剛好為一整數(shù),如果為4800BPS則為96x2=192,如為19200BPS則為48。所

15、以，UART模擬，我們將字符或漢字轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)，將波特率用定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)，最后規(guī)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀格式，實(shí)現(xiàn)就不難了。我們所用波特率為19200BPS，那么定時(shí)器需定時(shí)1000/19200=0.052ms，對(duì)于用TM0定時(shí)器，我們選擇(fsys/4)作為時(shí)鐘源，那么根據(jù)公式定時(shí)時(shí)間=初值/時(shí)鐘源，我們可求得初值為104。字符串轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制我們可在網(wǎng)上資源查表可得。最后數(shù)據(jù)幀我們采用18N1，即一位起始位，8位數(shù)據(jù)，無校驗(yàn)位，一位結(jié)束位。關(guān)鍵代碼如下：定時(shí)器初始化：void time_init(void)/簡易型TM(查找TMnC0寄存器)，4分頻_tm0c0 = 0; /簡易型TM(TMnC1

16、寄存器)計(jì)數(shù)器模式；比較器A匹配 _tm0c1 = 0xc1; /*計(jì)數(shù)值的上限是3FFH，這里取計(jì)數(shù)初值為0068H，每隔104 / (fsys/4)的時(shí)間觸發(fā)一次中斷,系統(tǒng)時(shí)間為8MHz， 每個(gè)計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)4分頻后的脈沖周期為0.5uS，定時(shí)時(shí)間為52uS。*/簡易型TM(TM0 CCRA低字節(jié)寄存器)先寫低字節(jié)_tm0al = 0x61; /這里不是0x68，因?yàn)榻?jīng)調(diào)試，波特率為19200時(shí)該值為精確值，而0x68有誤差/另外，波特率9600也不是0xd0，精確值為0xce/簡易型TM(TM0 CCRA高字節(jié)寄存器)先讀高字節(jié)，再讀低字節(jié)_tm0ah = 0x00; /啟動(dòng)定時(shí)器0(TM0

17、C0寄存器的bit3位)/_t0on = 1; /定時(shí)器0比較器A匹配中斷控制位(MFI0寄存器bit1位)_t0ae = 1; /允許多功能中斷0，多功能中斷包括TM中斷(INTC1寄存器bit1位)_mf0e = 1; 發(fā)數(shù)據(jù)：void WByte(uchar input)/發(fā)送起始位，高電平到低電平的遷移uchar j=8;_t0on=1;/TR0=1;newTXD=0;Waitflag();/每到52us就發(fā)送一位，模擬保證其傳輸波特率為19200/發(fā)送8位數(shù)據(jù)位while(j-)推薦精選 newTXD=input&0x01; /先傳低位 Waitflag();/每到52us就發(fā)送一位

18、，模擬保證其傳輸波特率為19200 input=input1;/發(fā)送校驗(yàn)位(無)/發(fā)送結(jié)束位newTXD=1;Waitflag();/每到52us就發(fā)送一位，模擬保證其傳輸波特率為19200_t0on=0;/TR0=0; 4.3.3PWMHT66F70A自帶PWM輸出功能，它被設(shè)計(jì)在TM模塊。無論是CTM、STM或ETM都有PWM輸出功能，只是它們各自的頻率輸出范圍不同，因?yàn)樗鼈冇?0bit和16bit之分。例如TM0，它是10bit-CTM，它的最大初值可為1023，根據(jù)公式PWM 輸出頻率=時(shí)鐘源/初值，那么可求得在時(shí)鐘源為(fsys/4)時(shí)的最小輸出頻率為488.76Hz，超出了我們所用

19、的100300HzPWM調(diào)光模塊，所以我們選擇使用TM1，16bit-STM。16bit-STM根據(jù)PWM 輸出頻率 =時(shí)鐘源/(CCRP256)若將其頻率設(shè)置在196Hz，那么CCRP比較器的值為40，即寄存器tm2rp=0b00101000。具體代碼如下：PWM初始化：void PWM_init(void)/設(shè)置STM(TM2，16bit)輸出引腳，pc4，pd1_pcs2=0x02;_pds0=0x50;/_pcs0=0x11;_pcs2=0x40; _tmpc0=0b01110000;/設(shè)置暫停位、時(shí)鐘源、計(jì)數(shù)器開關(guān)_tm2c0=0;/_tm1c0=0;/設(shè)置PWM模式、輸出引腳功能位、輸出引腳控制位、輸出引腳極性位、周期/占空比控制位、/計(jì)數(shù)器清零條件位_tm2c1=0b10100100;/_tm1c1=0b10000001;/_tm1c2=0b10101000; STM(TM2)無該寄存器，默認(rèn)邊沿對(duì)齊模式/設(shè)置周期/_tm1al=(1024-1)&0xff;/_tm1ah=(1024-1)8;_tm2rp=0b00101000;/設(shè)置TM輸出引腳為輸出且初始化為0_pcc4=0;_pdc1=