智能家居系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、引言21世紀(jì)是信息化的時(shí)代，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動(dòng)了人類文明的巨大進(jìn)步。本文介紹的智能家居系統(tǒng)中的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)可以使得人們?cè)谌魏螘r(shí)候了解到居室內(nèi)空氣的溫濕度狀況，然后采取相應(yīng)的措施（例如調(diào)節(jié)一個(gè)合適的空調(diào)溫度、開窗通風(fēng)等方法）來調(diào)節(jié)居室內(nèi)空氣的溫濕度，這樣基本上就可以避免了由于居室內(nèi)空氣的溫度過高、過低或濕度的過大、過小給人們身體健康帶來的不必要的危害。此外，本文還介紹了紅外遙控控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可利用一個(gè)紅外遙控器來控制居室內(nèi)窗戶的開關(guān)和電燈的亮滅，使居室生活實(shí)現(xiàn)基本的自動(dòng)化，在家居生活中能夠在不影響人們做其他事情的情況下隨時(shí)控制窗戶和電燈的狀況，如果居室內(nèi)出現(xiàn)突發(fā)情況，更是便于人們快速

2、的采取行動(dòng)。舒適、時(shí)尚的家居生活是社會(huì)進(jìn)步的標(biāo)志，智能家居系統(tǒng)能夠在不改變家中任何家電的情況下，對(duì)家里居室內(nèi)的一些生活環(huán)境進(jìn)行方便地控制，使人們盡享高科技帶來的簡便而時(shí)尚的現(xiàn)代生活。實(shí)現(xiàn)智能化離不開運(yùn)算和控制單元，本系統(tǒng)采用STC89C52芯片作為控制核心，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件由單片機(jī)擴(kuò)展的存儲(chǔ)器、輸入/出設(shè)備以及各種實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關(guān)的外圍電路芯片或部件組成；軟件由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程序組成。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的過程中，應(yīng)不斷調(diào)整軟、硬件，協(xié)調(diào)地進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，以提高工作效率，當(dāng)系統(tǒng)硬件和軟件緊密配合、協(xié)調(diào)一致，就可以

3、組成高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本課題完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)其開發(fā)過程的系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試，根據(jù)開發(fā)的實(shí)際需要，相互協(xié)調(diào)、交叉，有機(jī)的進(jìn)行。本設(shè)計(jì)的構(gòu)思簡單明了，比較容易開發(fā)從而實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化。在人們家居生活中，本設(shè)計(jì)也將是未來體現(xiàn)生活的必然趨勢(shì)。本系統(tǒng)以STC89C52芯片為控制核心，利用溫濕度傳感器和液晶顯示屏搭建一個(gè)溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，還有采用紅外遙控器及其他器件組成一個(gè)紅外遙控系統(tǒng)。其中，單片機(jī)只需要識(shí)別DHT11數(shù)字溫濕度傳感器發(fā)送來的溫濕度參數(shù)，然后由單片機(jī)傳送到LCD1602液晶顯示屏顯示；紅外遙控控制電燈和窗戶是采用HT6221紅外遙控器發(fā)射信號(hào)，通過SM0038紅外接收管，

4、采用紅外遙控控制電燈的亮滅和電機(jī)門窗的開關(guān)。在設(shè)計(jì)本系統(tǒng)時(shí)，面對(duì)各種檢測(cè)對(duì)象和大量控制單元，需要利用各種接口標(biāo)準(zhǔn)和單片機(jī)進(jìn)行連接，再經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)控制。而此時(shí)采用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)不僅具有采集控制方便、簡單、靈活等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高各模塊和芯片的協(xié)調(diào)性，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)正是把DHT11、LCD1602、HT6221與STC89C52單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來，順利的完成了本設(shè)計(jì)的要求。1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)1.1 智能家居系統(tǒng)的概述家居智能化系統(tǒng)的概念起源于上世紀(jì)70年代的美國，隨后，傳播到歐洲、日本等國并且得到了很好的發(fā)展。在我國，智能家居這一概念

5、推廣較晚，約在90年代末家居智能化系統(tǒng)才得以進(jìn)入國內(nèi)，但發(fā)展速度驚人，至今已存在相當(dāng)數(shù)量的智能化小區(qū)及住宅。所謂智能家居是現(xiàn)代電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它能夠自動(dòng)控制和管理家電設(shè)備，對(duì)家庭環(huán)境的安全進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警，并且能夠?yàn)樽籼峁┌踩孢m、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境。家居智能化系統(tǒng)將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器以及家庭保安裝置通過有線或無線的方式連接起來，并進(jìn)行集中或異地的監(jiān)控、管理，保持家庭住宅環(huán)境的舒適、協(xié)調(diào)。與普通的家居相比，智能家居不僅具備傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適溫馨，高效安全的高品位生活環(huán)境，還將一個(gè)被動(dòng)靜止的居住環(huán)境提升為一個(gè)有一定智慧協(xié)助能力的體貼

6、的生活幫手，進(jìn)一步優(yōu)化住戶的生活質(zhì)量。智能家居是現(xiàn)代社會(huì)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(duì)家居電器等的智能控制，使其能夠給人們提供生活便利，讓人們擁有一個(gè)舒適溫馨的家居生活環(huán)境。目前，已經(jīng)有越來越多的機(jī)構(gòu)和個(gè)人開始了對(duì)智能家居的研究 。 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)的發(fā)展越來越成熟，它可提供遙控、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 系統(tǒng)整體介紹 本次設(shè)計(jì)以STC89C52芯片為控制核心，利用溫濕度傳感器和液晶顯示屏搭建一個(gè)溫濕度測(cè)量系統(tǒng)

7、，還有采用紅外遙控器及其他器件組成一個(gè)紅外遙控系統(tǒng)。其中，單片機(jī)只需要識(shí)別DHT11數(shù)字溫濕度傳感器發(fā)送來的溫濕度參數(shù)，然后由單片機(jī)傳送到LCD1602液晶顯示屏顯示；紅外遙控控制電燈和窗戶是采用HT6221紅外遙控器發(fā)射信號(hào)，通過SM0038紅外接收管，采用紅外遙控控制電燈的亮滅和電機(jī)門窗的開關(guān)。1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與分析本設(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?？傮w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?？傮w方案的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)被控對(duì)象的任務(wù)及工藝要求而確定的。設(shè)計(jì)方法大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)是采用開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系

8、統(tǒng)，或者是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。選擇檢測(cè)元件，在確定總體方案時(shí)，必須首先選擇好被測(cè)參數(shù)的測(cè)量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是微型機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據(jù)被控對(duì)象的實(shí)際情況確定。 選擇輸入/輸出通道及外圍設(shè)備。選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題：被控對(duì)象參數(shù)的數(shù)量；各輸入/輸出通道是串行操作還是并行操作；各通道數(shù)據(jù)的傳遞速率；各通道數(shù)據(jù)的字長及選擇位數(shù)；對(duì)顯示、打印有何要求；畫出整個(gè)系統(tǒng)流程圖和原理圖。單片機(jī)控制部分本系統(tǒng)是單片機(jī)在系統(tǒng)檢測(cè)以及工程控制方面的應(yīng)用，其特點(diǎn)是體積小，成本低，功能強(qiáng)，功耗低，是微機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品化的最

9、佳機(jī)種之一，它已廣泛地應(yīng)用在產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動(dòng)化上。而把單片機(jī)面向工控領(lǐng)域?qū)ο螅度氲焦た貞?yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機(jī)，通用CPU模塊，嵌入式微機(jī)處理，單片機(jī)。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)面對(duì)控制對(duì)象。如傳感信號(hào)輸入、人機(jī)交互操作,伺服驅(qū)動(dòng)等。(2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。(3)能在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中可靠運(yùn)行的品質(zhì)。(4)突出控制功能。如對(duì)外部信息的捕捉、對(duì)控制對(duì)象實(shí)時(shí)控制和有突出控制功能的指令系統(tǒng)(I/O控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等)。單片機(jī)有惟一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式應(yīng)用

10、要求。單片機(jī)是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)的單芯片形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能滿足面對(duì)控制對(duì)象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場(chǎng)的可靠運(yùn)行及非凡的控制品質(zhì)等要求，是發(fā)展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。系統(tǒng)工作流程部分圖 1系統(tǒng)工作流程2 溫濕度測(cè)量顯示系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)原理溫濕度測(cè)量系統(tǒng)要滿足以下條件：溫濕度測(cè)量系統(tǒng)能完成數(shù)據(jù)采集和處理、顯示、串行通信、輸出控制信號(hào)等多種功能。由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)調(diào)理、單片機(jī)、數(shù)據(jù)顯示等4個(gè)大的部分組成。該測(cè)量系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)顯示的功能。其中，傳感器是實(shí)現(xiàn)測(cè)量首要環(huán)節(jié)，是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對(duì)原始被測(cè)信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測(cè)量和控制都將無法實(shí)現(xiàn)

11、。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測(cè)和控制生產(chǎn)過程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。該系統(tǒng)由DHT11數(shù)字傳感器、LCD1602液晶顯示屏及單片機(jī)STC89C52構(gòu)成。 2.2溫濕度傳感器的選擇DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為

12、精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。該DHT11可以用于暖通空調(diào)、測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備、汽車、數(shù)據(jù)記錄器、消費(fèi)品、自動(dòng)控制、濕度調(diào)節(jié)器及醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域。2.2.1傳感器性能說明型號(hào)測(cè)量范圍測(cè)濕精度測(cè)溫精度分辨力封裝DHT112090RH 050±5RH±214 針單排直插2.2.2引腳圖 D

13、HT11有四個(gè)引腳，3號(hào)引腳一般懸空，如圖所示。DHT11的供電電壓為35.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF的電容，用以去耦濾波。建議連接線長度短于20米時(shí)用5K上拉電阻,大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。圖3DHT11引腳圖2.2.3封裝信息封裝圖如圖5所示： 圖42.3單片機(jī)STC89C52STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在

14、單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。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

15、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(duì)片外rom操作時(shí) 29腳(psen)輸出低電平30:ALE/PROG 地址鎖存器31:EA rom取指令控制器，電源+5V。其引腳分布介紹如圖3所示：圖5單片機(jī)STC89C522.4液晶顯示屏LCD1602在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示屏這種器件并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)

16、交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示屏。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在此不作介紹，這里重點(diǎn)介紹字符型液晶顯示屏的應(yīng)用。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示屏作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（一）顯示質(zhì)量高（二）數(shù)字式接口（三）體積小、重量輕（四）功耗低2.4.1液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示屏具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等眾多領(lǐng)域。2.4.2液晶顯示屏各種圖形的顯示原理首先是液晶的線段

17、的顯示。點(diǎn)陣圖形式液晶由M×N個(gè)顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對(duì)應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上64×16個(gè)顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（3FFH）=FFH時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，.（00EH）=00H，（00FH）=00H時(shí)

18、，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。其次是液晶字符的顯示。用LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由6×8或8×8點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。2.4.3LCD1602的基本參數(shù)及引腳功能1602

19、LCD分為帶背光和不帶背光兩種，其控制器大部分為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所示：圖6LCD1602的主要技術(shù)參數(shù)：1、顯示容量:16×2個(gè)字符2、芯片工作電壓:4.55.5V3、工作電流:2.0mA(5.0V)4、模塊最佳工作電壓:5.0V5、字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引腳功能說明LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如圖所示:編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)

20、/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極上圖：引腳接口說明表第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)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(duì)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(hào)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(hào)，當(dāng)

21、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。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。2.5系統(tǒng)硬件原理圖 1602液晶顯示模塊和DHT11溫濕度傳感器都可以和單片機(jī)直接接口，系統(tǒng)電路圖如下：圖7硬件原理圖3 紅外遙控控制系統(tǒng)的基本介紹3.1 紅外通信基本原理紅外通信是利用950nm近紅外波段作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號(hào)調(diào)制為一系列的脈沖串信號(hào)，通過紅外發(fā)射管發(fā)射信號(hào)。接收端將接收到的信號(hào)裝成電信號(hào)，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，還原為二進(jìn)制信號(hào)

22、后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制(PWM)和通過脈沖串之間的時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制的脈時(shí)調(diào)制（PPM）兩種方法。簡而言之，紅外通信的實(shí)質(zhì)就是對(duì)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸；紅外通信接口就是針對(duì)紅外信道的調(diào)制解調(diào)。3.2 紅外遙控系統(tǒng)控制過程紅外遙控系統(tǒng)主要由遙控發(fā)射器、一體化接收頭、單片機(jī)、接口電路組成。遙控器用來產(chǎn)生遙控編碼脈沖，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號(hào)，遙控接收頭來完成對(duì)遙控信號(hào)的放大、檢波、整形、解調(diào)出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是一組串行二進(jìn)制碼，對(duì)于一般的紅外遙控系統(tǒng)，此串行碼輸入到微控制器，由其內(nèi)部CPU完成對(duì)遙控指令解碼，并執(zhí)行相應(yīng)的遙控功

23、能。本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，由發(fā)射和接受兩部分組成，發(fā)射部分主要完成編碼和調(diào)制，接收部分完成調(diào)解和解碼。其發(fā)射部分主要由STC89C52單片機(jī)完成編碼，然后由紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線，接收部分主要由光電轉(zhuǎn)換，放大，解調(diào)，解碼組成。其中光電轉(zhuǎn)換，放大調(diào)解由紅外線一體化接頭來完成，接收單片機(jī)主要完成解碼功能。本次設(shè)計(jì)主要是采用HT6221紅外遙控器發(fā)射信號(hào)（實(shí)物如圖8所示），通過SM0038紅外接收管，采用紅外遙控控制電燈的亮滅和電機(jī)門窗的開關(guān)。其主要硬件部分包括STC89C52單片機(jī)、HT6221紅外遙控器、SM0038紅外接收管、JRC-21F繼電器、電動(dòng)機(jī)等。 圖8HT6221紅外

24、遙控器3.3 SM0038紅外接收裝置SM0038是紅外接收電路一體化的紅外接收裝置，它將遙控信號(hào)的接收、放大、檢波、整形集于一身，而且輸出能夠讓單片機(jī)識(shí)別的TTL信號(hào)，這樣就大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計(jì)工作，非常方便。在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭SM0038，外觀圖如下。SM0038能與TTL、COMS電路兼容，其功耗低、靈敏度高。他接收紅外信號(hào)頻率為38kHz，周期約26us，同時(shí)能對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、檢波、整形。三個(gè)管腳分別是地、+5V電源、信號(hào)輸出端。如圖9所示。 圖94 紅外遙控控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 紅外遙控控制電機(jī)窗戶紅外遙控控制電機(jī)窗戶主要是通過紅外遙控器發(fā)射信

25、號(hào)經(jīng)單片機(jī)識(shí)別后，再由單片機(jī)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制窗戶的開關(guān)，從而完成設(shè)計(jì)的。4.1.1單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)原理和框圖（1）設(shè)計(jì)原理 通過單片機(jī)I/O口輸出的具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，由于單片機(jī)接口信號(hào)不夠大，信號(hào)需要通過ULN2003放大再連接到相應(yīng)的電機(jī)接口（如圖10所示），從而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。123456Header 6VCCIN11IN22IN33IN44IN55IN66IN77OUT116OUT314OUT413OUT512OUT611OUT710OUT215COM9GND8ULN2003P2.4P2.5P2.6P2.7圖10ULN2003UL

26、N2003 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅NPN 達(dá)林頓管組成。 該電路的特點(diǎn)如下： ULN2003 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)了一個(gè)2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它可以與TTL 和CMOS 電路直接連接，能夠直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理數(shù)據(jù)。ULN2003的工作電壓高，工作電流大，灌電流可以達(dá)到500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。（2）設(shè)計(jì)框圖4.1.2步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，它的的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)

27、電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，即給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，若按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。在本次設(shè)計(jì)中，我們采用四相步進(jìn)電機(jī)28BYJ-48（實(shí)物圖如圖11所示）。圖11步進(jìn)電機(jī)28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)28BYJ48型四相五線電機(jī)，電壓為DC5VDC12V。該電機(jī)能夠在不同的通電方式下運(yùn)作，常見的通電方式有單四拍（A-B-C-D-A），雙四拍（AB-BC-CD-DA-AB）和八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）。4

28、.1.3模擬窗戶的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用一個(gè)小模型來替代現(xiàn)實(shí)中的窗戶，因?yàn)闆]有買實(shí)用的大電機(jī)，所以只能做一個(gè)智能窗模擬系統(tǒng)。在本次設(shè)計(jì)中，我們用一個(gè)盒子做了一個(gè)房子模型，然后在盒子的前面用小刀劃出一塊小方塊，在小方塊上方相對(duì)對(duì)稱的兩個(gè)側(cè)面位置鉆兩個(gè)小洞，在靠小方塊上方的小洞固定電機(jī)，再然后用一張紙卷成一個(gè)硬的紙筒固定在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，接著用一根小木棍穿在紙筒里從另一個(gè)小洞出來（沒有固定），再接著紙筒上固定一根細(xì)線，在細(xì)線另一端綁上一塊小紙板吊在小方塊的位置。這樣，當(dāng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)，便會(huì)帶動(dòng)紙板的上下運(yùn)動(dòng)，從而體現(xiàn)出模擬窗戶的開關(guān)。嚴(yán)格來說，當(dāng)電機(jī)對(duì)模擬窗戶沒有牽引作用時(shí)，外界的重力感應(yīng)對(duì)其實(shí)現(xiàn)關(guān)閉。模型實(shí)

29、物如圖11所示：圖11模擬窗實(shí)物圖4.2 紅外遙控控制電燈紅外遙控控制電燈主要是通過紅外遙控器發(fā)射信號(hào)經(jīng)單片機(jī)識(shí)別后，再由單片機(jī)控制繼電器線圈的吸合來控制電燈的亮滅，從而完成設(shè)計(jì)的。4.2.1單片機(jī)控制繼電器的設(shè)計(jì)原理和框圖（1）設(shè)計(jì)原理 單片機(jī)I/O口輸出電壓高電平為4.76V，直接接上繼電器后電平被拉低，無法控制繼電器的閉合。ULN2003（上文已有介紹）中達(dá)林頓晶體管具有良好的信號(hào)放大功能，信號(hào)經(jīng)過達(dá)林頓晶體管的放大后，再接入繼電器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器的控制。最后實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電路的控制。（2）設(shè)計(jì)框圖4.2.2繼電器繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸

30、出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)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(dòng)開關(guān)”。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈

31、未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。單片機(jī)是一個(gè)弱電器件,一般情況下它們大都工作在5V甚至更低，驅(qū)動(dòng)電流在mA級(jí)以下，而要把它用于一些大功率場(chǎng)合,比如控制電動(dòng)機(jī),顯然是不行的。所以就要有一個(gè)環(huán)節(jié)來銜接,這個(gè)環(huán)節(jié)就是所謂的"功率驅(qū)動(dòng)"。繼電器驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的、簡單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。在這里,繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩個(gè)意思:一是對(duì)繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng),因?yàn)槔^電器本身對(duì)于單片機(jī)來說就是一個(gè)功率器件;還有就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載,比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器,可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器,所以繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口。我們采用松樂 SONGL

32、E  SRD-05VDC-SL-C  繼電器，其簡要電路如圖12所示15342 圖125 系統(tǒng)的調(diào)試與仿真5.1 電路板的焊接在焊接電路時(shí)，剛開始經(jīng)常出現(xiàn)焊錫和元器件不融、焊接不牢等問題，經(jīng)過多次的請(qǐng)教和查閱資料，最終完成了整個(gè)電路板的焊接。然而在接下來的工作中，焊接中的問題又體現(xiàn)了出來。例如，在焊接過程中，由于添加助焊劑的不適和沒有掌握好焊接時(shí)間，導(dǎo)致了兩個(gè)相距較近的元件間的焊腳間形成了搭橋式短路現(xiàn)象；也因?yàn)楹噶虾s質(zhì)金屬物過多，助焊劑不良，造成了相近的焊盤或焊點(diǎn)間的短路。經(jīng)過本次焊接的實(shí)踐和學(xué)習(xí)后，了解了焊接電路板的注意事項(xiàng):1、在焊接電路板時(shí)最重要的是溫度，如果溫度過

33、高會(huì)把電路板燒壞，溫度過低又不能焊接；2、焊接時(shí)不要用烙鐵頭摩擦焊盤的方法增強(qiáng)焊料潤濕性能，而要靠表面清理和預(yù)焊；3、注意助焊劑的用量和焊接時(shí)間。5.2 系統(tǒng)硬件搭建本次設(shè)計(jì)中，在了解和實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各個(gè)模塊的功能之后，為了更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效果，又完成了對(duì)整個(gè)硬件系統(tǒng)的連接如圖13所示： 圖13系統(tǒng)硬件接線實(shí)物圖5.3 設(shè)計(jì)結(jié)果的實(shí)現(xiàn)與分析在本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)所預(yù)想的要求，實(shí)現(xiàn)了居室內(nèi)溫濕度的檢測(cè)、紅外遙控居室窗戶的開關(guān)及室內(nèi)不同電燈的亮滅控制。其中，溫濕度的檢測(cè)顯示主要是利用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器實(shí)時(shí)采集居室內(nèi)的溫濕度信號(hào)，然后經(jīng)過單片機(jī)的分析處理再由LCD1602顯示出來。在程序

34、燒錄之后，只要系統(tǒng)通電，傳感器就開始工作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)居室溫濕度，然后在液晶顯示屏上也會(huì)實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)結(jié)果。而窗戶和電燈的控制都是通過紅外遙控器發(fā)射信號(hào)由SM0038接收模塊接收并傳送到單片機(jī)，然后經(jīng)過單片機(jī)的信號(hào)分析處理來分別控制步進(jìn)電機(jī)和繼電器，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能。同樣，在程序燒錄之后，只要系統(tǒng)上電，就可以通過紅外遙控器上的按鍵來控制居室窗戶和電燈。其中，遙控器的兩個(gè)方向鍵是來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而控制窗戶的開關(guān)；另外遙控器上的0、1、2、3四個(gè)鍵是來控制電燈的，按下1時(shí)，一個(gè)燈亮，按下2時(shí)，兩個(gè)燈亮，按下3時(shí)，三個(gè)燈亮，按下0時(shí)，燈全滅（本次設(shè)計(jì)只用了三個(gè)燈）。雖然如此，這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)還是存

35、在了許多不足，例如溫濕度檢測(cè)的精度不夠、窗戶控制的功能不夠完善等。這些問題都還需要以后的不斷學(xué)習(xí)和實(shí)踐來完善。結(jié)束語本文主要介紹了基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭中居室內(nèi)的空氣進(jìn)行自動(dòng)的溫度、濕度檢測(cè)以及紅外遙控器控制居室內(nèi)電燈的亮滅和窗戶的開關(guān)。其中，控制系統(tǒng)能通過其數(shù)據(jù)檢測(cè)傳感電路不斷循環(huán)檢測(cè)室內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù), 從而能夠讓人們采取正確措施來實(shí)時(shí)調(diào)整到一個(gè)合適的室內(nèi)空氣環(huán)境。另外，本系統(tǒng)還采用紅外遙控器發(fā)射信號(hào)，從而控制居室內(nèi)不同電燈的亮滅和電機(jī)窗戶的開關(guān)，這樣可以有效地調(diào)節(jié)居室內(nèi)燈光的亮度，也能方便及時(shí)地開（關(guān)）窗戶，為人們提供一個(gè)溫馨的家居環(huán)境。本次課題所做的功能還有些不足，尤其是控制窗戶部分，只實(shí)現(xiàn)了單一的開關(guān)控制功能，而沒有實(shí)現(xiàn)窗戶的自動(dòng)感應(yīng)控制，這就成為了本系統(tǒng)窗戶控制的缺陷，還有許多問題需要以后不斷的研究學(xué)習(xí)。雖然如此，通過了幾個(gè)月的努力，也掌握了許多知識(shí)，例如溫濕度傳感器及液晶顯示的工作原理等。同時(shí)提高了硬件電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試，查閱資料、解決問題的能力也得到了一定的提高。在設(shè)計(jì)電路過程中，理論知識(shí)很重要。理論知識(shí)決定了設(shè)計(jì)電路的成敗。需要足夠的耐心、細(xì)心去研究問題，解決問題。還必須有實(shí)事求是地分析問題，了解理論與實(shí)際是有一些差別的?？傊ㄟ^本次畢業(yè)設(shè)計(jì)鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)也學(xué)到了新的知識(shí)點(diǎn)，提高了自己的