智能家居設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 論 文題 目： 智能家居設(shè)計(jì) 智能家居設(shè)計(jì) 摘 要：近幾年，在各大公司和媒體的強(qiáng)大概念宣傳攻勢下，智能家居行業(yè)逐漸形成，可用的、接近現(xiàn)實(shí)需求的產(chǎn)品不斷增加，集成商、開發(fā)商以及裝修公司已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗(yàn)。如何建立一個(gè)高效率、低成本的智能家居系統(tǒng)已成為當(dāng)前社會一個(gè)熱點(diǎn)問題。而國家政府機(jī)構(gòu)及各大信息家電生產(chǎn)廠商不失時(shí)機(jī)地開展了中國智能家庭網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化制定工作，為中國智能家居的發(fā)展提供了一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)化平臺，指明了智能家居研究領(lǐng)域正確的發(fā)展方向。但是，此行業(yè)仍存在幾個(gè)問題。首先，定位偏高，目前智能家居的用戶是中上檔次的人群，而這類人群畢竟是少數(shù)，因此降低定位，讓智能家居進(jìn)入尋常百姓家，可擴(kuò)大市

2、場范圍；其次，切實(shí)分析用戶需求，否則就只是房地產(chǎn)開發(fā)商售樓時(shí)一個(gè)宣傳賣點(diǎn)。本文簡單介紹了智能家居國內(nèi)外的發(fā)展趨勢，主要產(chǎn)品及其技術(shù)原理，特點(diǎn)，設(shè)計(jì)規(guī)范，應(yīng)用領(lǐng)域等。III 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄1 前言 ································&

3、#183;···································1 1.1 智能家居概念············&

4、#183;············································1 1.2 智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀··

5、3;················································1 1.3 智能家居

6、的市場潛力·················································&

7、#183;· 1 1.4 智能家居的未來發(fā)展方向·············································&

8、#183;· 12 總體方案的確定··············································&#

9、183;············2 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)···································

10、3;·····················2 2.2 方案介紹···························

11、·························· 32.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和原理分析·····················

12、83;·····························32.3 方案特點(diǎn)3 各部分設(shè)計(jì)說明·················

13、83;········································7 3.1 單片機(jī)部分·······

14、3;·················································

15、3;19 3.2 遙控部分················································

16、;·············7 3.3 電源部分···································&

17、#183;························10 3.4 液晶顯示部分·······················

18、·································13 3.5 溫度傳感部分···············

19、;·········································17 3.6 房間燈部分·······

20、;··················································

21、;·194 硬件電路設(shè)計(jì)···············································&

22、#183;············5 制作、調(diào)試與分析···································

23、83;·····················20 5.1 系統(tǒng)PCB板的設(shè)計(jì)··························

24、;··························5.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試······················&

25、#183;···································5.3 系統(tǒng)軟件調(diào)試············

26、83;·····································6 結(jié)論 ···········

27、3;·················································

28、3;·····21致謝············································

29、··························22參考文獻(xiàn)·······················

30、··········································· 23附錄 程序清單·····&#

31、183;·················································&#

32、183;···· 25智能家居設(shè)計(jì)1 前言1.1 智能家居概念智能家居(Smart Hom e)是以家為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、自?dòng)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，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，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(shí)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 智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀家居智能化技術(shù)起源于80年代美國和日本，它是以家為平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)的。目前在國內(nèi)大多數(shù)智能家居化系統(tǒng)都應(yīng)用

33、在高檔住宅和高檔別墅，因此應(yīng)用在普通家庭還具有很大的開發(fā)價(jià)值。智能家居進(jìn)人中國發(fā)展已有近十年的時(shí)間，隨著人們從陌生到熟悉，從誤解到理解，智能家居的發(fā)展道路可謂非常坎坷。它經(jīng)過了早期的概念普及期到現(xiàn)在開始進(jìn)入快速的發(fā)展期。1.3智能家居的市場潛力隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，人類的生活水平有著日新月異的變化，“以人為本、舒適、便利、智能化“已成為家居系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)理念，家居智能化控制系統(tǒng)力求創(chuàng)造安全、舒適的生活環(huán)境的設(shè)計(jì)理念，成為當(dāng)今眾多開發(fā)商高度關(guān)注的賣點(diǎn)之一。以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，各種家電通過不同的互連方式進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)家用電器之間的“互聯(lián)互通”，使人們足不出戶就可以

34、更加方便快捷地獲取信息，目前數(shù)字家庭極大的提高人類居住的舒適性和娛樂性。1.4智能家居的未來發(fā)展方向智能家居是具有充滿智慧的控制系統(tǒng) ，可提供全方位的信息交互功能，優(yōu)化人們的生活方式，提高家居的安全性，節(jié)約各種能源費(fèi)用。智能家居怎樣做到實(shí)用、易用、人性化，真正提高人們的生活品質(zhì)，才是智能家居的發(fā)展方向。實(shí)用為本，才是智能家居的發(fā)展方向。2總體方案的確定2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。確定單片機(jī)控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要、最關(guān)鍵的一步。總體方案的好壞，直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能及實(shí)施細(xì)則。總體方案的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)被控對象的任務(wù)及工藝要求而確定的。本文利用51系列單片機(jī)、無線

35、單片機(jī)NRF24l01和各類家居傳感器設(shè)計(jì)制作一款智能家居控制系統(tǒng)樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試和控制軟件的編寫與調(diào)試。(1)硬件部分智能家居控制系統(tǒng)其硬件部分主要由五大部分構(gòu)成，即遙控部分、溫度傳感部分、液晶顯示部分、單片機(jī)部分和電源部分。遙控部分由無線單片機(jī)NRF24L01模塊完成主機(jī)與從機(jī)之間的信號的處理和發(fā)送；溫度傳感器數(shù)據(jù)完成對周圍環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測采集；液晶顯示對主機(jī)的指令和溫度大小等進(jìn)行顯示；單片機(jī)部分完成各個(gè)部分的連接和控制，是整個(gè)系統(tǒng)電路的核心；電源部分則為各個(gè)部分提供工作電源。(2)軟件部分軟件設(shè)計(jì)部分主要由五大部分構(gòu)成：即NRF24l01模塊程序編程、溫度傳

36、感器DS18B20程序編程、液晶顯示部分編程。2.2 方案介紹無線單片機(jī)nrf24l01具有成本低、功耗低、傳輸速率高、軟件設(shè)計(jì)簡單以及通信穩(wěn)定可靠等特點(diǎn), 使用nRF24L01芯片進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信時(shí)不需要進(jìn)行曼徹斯特編碼，編程和應(yīng)用非常方便.設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)圍繞無線單片機(jī)nrf24l01原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)分三個(gè)大部分：兩個(gè)發(fā)射部分和一個(gè)接收部分，每個(gè)部分分為兩大模塊，分別是單片機(jī)模塊和nrf24l01模塊。NRF24l01模塊單片機(jī)鍵盤系統(tǒng)框圖如下：發(fā)射模塊：I/O口I/O口液晶顯示接收模塊1執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作作單片機(jī)I/O口NRF24l01模塊 接收模塊2執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作單片機(jī)I/O口NRF24l01

37、模塊2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和原理分析：本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了兩從機(jī)與一主機(jī)之間的通信。當(dāng)電路進(jìn)入正常工作時(shí)，接收部分進(jìn)入實(shí)時(shí)監(jiān)測狀態(tài)，當(dāng)某一用戶按下某一控制信號，接收部分的led燈和液晶顯示執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作告知接收者這一用戶所執(zhí)行的動(dòng)作。nrf24l01采用ShockBurstTm Mode完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。下面具體介紹發(fā)送和接收的軟件編程：ShockBurstTM發(fā)送，發(fā)送模式的過程為: 1)配置寄存器位PRIM_RX 為低; 2)當(dāng)MCU 有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)地址和有效數(shù)據(jù)通過SPI接口寫入nRF24LO1.當(dāng)CSN 為低時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)被不斷地寫入; 3)設(shè)置CE 為高，啟動(dòng)發(fā)射.CE 高電平持續(xù)時(shí)間最小

38、為10 ps; 4)啟動(dòng)內(nèi)部16 MHz時(shí)鐘，MCU 設(shè)置發(fā)送速度為1M或2 Mbps，無線發(fā)送數(shù)據(jù); 5)若啟動(dòng)了自動(dòng)應(yīng)答模式，nRF24LO1 立即進(jìn)入接收模式;6)如果CE 置低，則系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式.基于此原理設(shè)計(jì)出以下發(fā)射程序：SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); / 寫本地地址SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); / 寫接收端地址SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x03); / 頻

39、道0和頻道1自動(dòng)ACK應(yīng)答允許SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x03); / 允許接收地址只有頻道0和頻道1SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 40); / 設(shè)置信道工作為2.4GHZ，收發(fā)必須一致SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH); /設(shè)置接收數(shù)據(jù)長度，本次設(shè)置為2字節(jié)SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07); /設(shè)置發(fā)射速率為1MHZ，發(fā)射功率為最大值0dBSPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e);

40、/ IRQ收發(fā)完成中斷響應(yīng)，16位CRC，主發(fā)送接收模式和發(fā)送模式的設(shè)置過程大概相同，具體過程為: 1)配置寄存器位:PRIM_ RX為高; 2)打開所使用的接收數(shù)據(jù)通道，自動(dòng)應(yīng)答功能，有效數(shù)據(jù)寬度由設(shè)置; 3)設(shè)置CE 為高啟動(dòng)接收模式; 4)130s后nRF24LD1開始檢測空中信息; 5)接收到有效的數(shù)據(jù)包后，數(shù)據(jù)存儲在RX_ FIFO中，同時(shí)RX_ DR 位置高; 6)如果啟動(dòng)自動(dòng)應(yīng)答功能，則發(fā)送應(yīng)答信號;7) MCU 設(shè)置CE 腳為低，進(jìn)人待機(jī)模式. 基于此原理設(shè)計(jì)出以下程序：SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, TX_ADDRESS, TX_A

41、DR_WIDTH); /寫接收通道0的接收地址，與發(fā)送地址相同SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P1, RX_ADDRESS1, TX_ADR_WIDTH);/寫接收通道1的接收地址，與發(fā)送地址相同SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x03); /頻道0和1自動(dòng)ACK應(yīng)答允許SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x03); /允許接收地址只有頻道0和1SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 40); /設(shè)置信道工作為2.4GHZ，收發(fā)必須一致SPI_RW_Reg(WRITE_REG

42、+ RX_PW_P0, TX_PLOAD_WIDTH); /設(shè)置接收數(shù)據(jù)長度，本次設(shè)置為2字節(jié)SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P1, TX_PLOAD_WIDTH); /設(shè)置接收數(shù)據(jù)長度，本次設(shè)置為2字節(jié)SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07); /設(shè)置發(fā)射速率為1MHZ，發(fā)射功率為最大值0dBSPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0f); / IRQ收發(fā)完成中斷響應(yīng)，16位CRC，主接收2.4 方案特點(diǎn)：l 系統(tǒng)電路簡單l 操作方便 l 能實(shí)現(xiàn)多模塊擴(kuò)展 l 實(shí)現(xiàn)多模塊同時(shí)進(jìn)行智能控制3 各部分設(shè)計(jì)說明

43、3.1 單片機(jī)部分單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個(gè)基本部分組成的。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲器、最基本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時(shí)電路等都集成在一個(gè)尺寸有限的芯片上。通常，單片機(jī)由單個(gè)集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過1、2、3、3代的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓、低功耗?？梢哉f，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)

44、代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過，這種電腦，通常是指個(gè)人計(jì)算機(jī)，簡稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技

45、術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。 目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。它主要是作為控制部分的核心部件。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與

46、智能化控制的科學(xué)家、工程師。STC89C52芯片主要功能列舉如下：1、為一般控制應(yīng)用的 8 位單片機(jī)2、晶片內(nèi)部具有時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 33MHz）3、內(nèi)部程式存儲器（ROM）為 4KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）為 128B5、外部程序存儲器可擴(kuò)充至 64KB6、外部數(shù)據(jù)存儲器可擴(kuò)充至 64KB7、32 條雙向輸入輸出線，且每條均 可以單獨(dú)做 I/O 的控制8、5 個(gè)中斷向量源9、2 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器10、1 個(gè)全雙工串行通信端口11、8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能12、單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令STC89C52各引腳功能介紹：如圖3圖3 STC89C5

47、2VCC：STC89C52電源正端輸入，接+5V。VSS：電源地端。XTAL1：單芯片系統(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩個(gè)引腳與地之間加入一個(gè) 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定， 避免噪聲干擾而死機(jī)。 RESET：STC89C52的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對晶片重置時(shí)，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能寄存器之內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行

48、程序。EA/Vpp："EA"為英文"External Access"的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí)，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時(shí)，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號

49、。ATAT89S51可以利用這個(gè)引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口0的地址總線（A0A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)锳TAT89S51是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時(shí)，此引腳會被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。PSEN：此為"Program Store Enable"的縮寫，其意為程序儲存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。STC89C52可以利

50、用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一個(gè)8位寬的開路電極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個(gè)I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)作I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），P0就以多工方式提供地址總線（A0A7）及數(shù)據(jù)總線（D0D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一個(gè)鎖存器將端口0送出的地址鎖住成為A0A7，再配合

51、端口2所送出的A8A15合成一組完整的16位地址總線，而定位地址到64K的外部存儲器空間。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。P2除了當(dāng)作一般I/O端口使用外，若是在STC89C52擴(kuò)充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié)A8A15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)作I/O來使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LS TTL負(fù)載，同樣地，若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)

52、據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當(dāng)作定時(shí)器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋Ｆ湟_分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。P3.6：W

53、R：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。3.2 遙控部分1、NRF24L01無線單片機(jī)模塊介紹遙控部分主要由NRF24L01無線單片機(jī)模塊完成，NRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有9 mA;接收時(shí)，工作電流只有12.3 mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。(1)2.4Ghz

54、全球開放 ISM 頻段免許可證使用(2)最高工作速率2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場合(3)126頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要(4)內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對多點(diǎn)通信地址控制(5)低功耗1.9-3.6V工作，待機(jī)模式下狀態(tài)為22uA；掉電模式下為900nA(6)內(nèi)置 2.4Ghz 天線，體積小巧 15mmX29mm(7)模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會輸出數(shù)據(jù)（提供中斷指示)，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便(8)內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DC/DC開關(guān)電源均有很好的通信效果(9)1.27MM間距接口，貼片封裝(10)工作于Enhance

55、dShockBurst具有Automaticpackethandling,Autopackettransactionhandling,具有可選的內(nèi)置包應(yīng)答機(jī)制，極大的降低丟包率。(11) 與 51 系列單片機(jī) P0 口連接時(shí)候，需要加 10K 的上拉電阻,與其余口連接不需要。(12)其他系列的單片機(jī)，如果是5V的，請參考該系列單片機(jī)IO口輸出電流大小，如果超過10mA，需要串聯(lián)電阻分壓，否則容易燒毀模塊 ! 如果是 3.3V 的，可以直接和 RF24l01 模塊的 IO 口線連接。比如 AVR 系列單片機(jī)如果是 5V 的，一般串接 2K 的電阻2、接口電路說明：（1）VCC腳接電壓范圍為1.9

56、V3.6V之間，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超過 3.6V 將會燒毀模塊。推薦電壓 3.3V 左右。(2)除電源 VCC 和接地端，其余腳都可以直接和普通的 5V單片機(jī) I/O口直接相連，無需電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)然對3V左右的單片機(jī)更加適用了。(3)硬件上面沒有SPI的單片機(jī)也可以控制本模塊，用普通單片機(jī)I/O口模擬SPI不需要單片機(jī)真正的串口介入，只需要普通的單片機(jī)IO口就可以了，當(dāng)然用串口也可以了。3、模塊結(jié)構(gòu)和引腳說明NRF24L01 模塊使用 Nordic 公司的 nRF24L01 芯片開發(fā)而成。4、NRF24l01工作方式NRF24l01有工作模式有四種：收發(fā)模式配置模式空閑模式關(guān)機(jī)模式工作模式由

57、PWR_UPregister 、 PRIM_RXregister 和 CE 決定。詳見下表5、 配置 NRF24L01 模塊 NRF2401 的所有配置工作都是通過 SPI 完成，共有30 字節(jié)的配置字。NRF24L01 工作于 Enhanced ShockBurstTM 收發(fā)模式，這種工作模式下，系統(tǒng)的程序編制會更加簡單，并且穩(wěn)定性也會更高，因此，下文著重介紹NewMsg_RF24L01配置為 EnhancedShockBurstTM 收發(fā)模式的器件配置方法。ShockBurstTM 的配置字使 NewMsg_RF24L01 能夠處理射頻協(xié)議，在配置完成后，在 NewMsg_RF24L01

58、工作的過程中，只需改變其最低一個(gè)字節(jié)中的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)接收模式和發(fā)送模式之間切換。 ShockBurstTM 的配置字可以分為以下四個(gè)部分：數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。這使得 NRF24L01 能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和 CRC 校驗(yàn)碼；地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。這使得 NRF24L01 能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)； 地址：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道 0 到通道 5 的地址； CRC：使 NRF24L01 能夠生成 CRC 校驗(yàn)碼和解碼。當(dāng)使用 NRF24L01 片內(nèi)的 CRC 技術(shù)時(shí)，要確保在配置字(CONFIG的EN_CRC)中 CRC 校驗(yàn)被使能，并且發(fā)送和接收使用相同

59、的協(xié)議。 NRF24L01 配置字的 CONFIG 寄存器的位描述如下表所示。3.3 電源部分NRF24l01模塊在1.9V to 3.6V低電壓工作，所以本設(shè)計(jì)采用了AM1117-3.3穩(wěn)壓管將USB的5V電源轉(zhuǎn)化為3V左右的電源給NRF24l01供電。1、AM1117-3.3穩(wěn)壓管介紹AM1117-3.3是一個(gè)低漏失電壓調(diào)整器，它的穩(wěn)壓調(diào)整管是由一個(gè) PNP 驅(qū)動(dòng)的 NPN 管組成的，漏失電壓定義為：V DROP  = V BE + V SAT 。有固定和可調(diào)兩個(gè)版本可用，輸出電壓可以是：1.2V、1.5V 、1.8V、2.5V 、3.3V 和 5.0V 。片

60、內(nèi)過熱切斷電路提供了過載和過熱保護(hù)，以防環(huán)境溫度造成過高的結(jié)溫。為了確保的穩(wěn)定性，對可調(diào)電壓版本，輸出需要連接一個(gè)至少 22F 的鉭電容。對于固定電壓版本，可采用更小的電容，具體可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定。通常，線性調(diào)整器的穩(wěn)定性隨著輸出電流增加而降低。2、電源電路設(shè)計(jì)固定輸出3.3V:3.4 液晶顯示部分 液晶顯示部分采用工業(yè)字符型液晶1602，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。（16列2行） 1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，其中：引腳符號功能說明1VSS一般接地2

61、VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(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）。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12

62、DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flag）15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負(fù)極寄存器選擇控制表RSR/W操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（DB7），以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0DB6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)注：關(guān)于E=H脈沖開始時(shí)初始化E為0，然后置E為1，再清0，busy flag（DB7）：在此位為被清除為0時(shí)，LCD將無法再處理其他的指令要求。3.5 溫度傳感器部分 溫度傳感器采用DS18B20溫度

63、傳感器。 1、DS18B20的主要特性（1）、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數(shù) 據(jù)線供電。（2）、獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊（3）、 DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測溫（4）、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)（5）、溫范圍55125，在-10+85時(shí)精度為±0.5 （6）、可編程 的分辨率為912位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125

64、和0.0625，可實(shí)現(xiàn)高精度測溫（7）、在9位分辨率時(shí)最多在 93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快（8）、測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以"一 線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力（9）、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 2、DS18B20的外形及管腳排列（如下圖1）  (1)DQ為數(shù)字信號輸入/輸出端； (2)GND為電源地；(3)VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時(shí)接地）。圖1：3、DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（

65、如圖2）DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：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。圖2：4、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測溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振 隨溫度變化其振蕩率明顯改變，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

66、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。圖3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值。圖3：5、DS18B20的電路設(shè)計(jì) 3.6 房間燈設(shè)計(jì)4 智能家居硬件電路圖5 制作、調(diào)試與分析5.1 系統(tǒng)PCB板的設(shè)計(jì)PCB即印刷電路板，是電子電路的承載體。在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，幾乎都要使用PCB。PCB板的設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是對原理

67、電路的再設(shè)計(jì)。因此PCB板的設(shè)計(jì)是理論設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用一個(gè)十分重要的內(nèi)容。印制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件它提供電路元件和器件之間的電氣連接。PCB設(shè)計(jì)的好壞對抗干擾能力影響很大因此，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守印制電路板設(shè)計(jì)原則和抗干擾措施的一般原則，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。本次設(shè)計(jì)采用Altium公司PROTEL系列設(shè)計(jì)完成SCH到PCB的設(shè)計(jì)，并且手工完成電路焊接以及整機(jī)的裝配。5.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試本系統(tǒng)的硬件調(diào)試分為以下階段進(jìn)行調(diào)試： (1)邏輯錯(cuò)誤調(diào)試樣機(jī)硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的。這類錯(cuò)誤包括：錯(cuò)線、開路、短路等幾種，其中短路是

68、最常見的故障。(2)器件調(diào)試元器件失效的原因有兩個(gè)方面：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是由于組裝錯(cuò)誤造成的元器件失效，如電解電容、二極管的極性錯(cuò)誤，集成塊安裝方向錯(cuò)誤等。(3)可靠性調(diào)試引起系統(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞；內(nèi)部和外部的干擾、電源紋波系數(shù)過大、器件負(fù)載過大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等也會引起系統(tǒng)可靠性差。(4)電源故障若樣機(jī)中存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。電源的故障包括：電壓值不符合設(shè)計(jì)要求，電源引出線和插座不對應(yīng)，電源功率不足、負(fù)載能力差。在本次調(diào)試中，由于實(shí)驗(yàn)板中NRF24L01是用兩節(jié)1.5V干電池供電，成功實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信，但是一段時(shí)間之后發(fā)現(xiàn)發(fā)射信息和接收信息不能同步，于是反復(fù)更改程序，仍然不行，最后更換電池之后，發(fā)現(xiàn)又能成功對應(yīng)。應(yīng)對策略：用AM1117 3.3穩(wěn)壓管將USB 5V電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的3.3V電源給NRF24L01供電，解決問題。結(jié)論：NRF24L01供電不穩(wěn)定會造成發(fā)送接收信息不穩(wěn)定。5.3軟件調(diào)試我們采用的是Keil Software生產(chǎn)的Cx51編譯器。運(yùn)行在Windows XP操作平臺下。 開啟計(jì)算機(jī)進(jìn)入Ke