智能家居單片機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（說(shuō) 明 書(shū)）題目：姓 名：平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 年 月 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 任 務(wù)書(shū)專業(yè)任 務(wù) 下 達(dá) 日 期年月日設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)始日期年月日設(shè)計(jì)（論文）完成日期年月日設(shè)計(jì)（論文）題目：A·編制設(shè)計(jì)B·設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文）指 導(dǎo)教師系（部）主 任 年 月 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)記錄系專業(yè)，學(xué)生于年月日進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。設(shè)計(jì)題目：專題（論文）題目：指導(dǎo)老師：答辯委員會(huì)根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會(huì)討論評(píng)定，給予學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)?。答辯委員會(huì)人，出席

2、人答辯委員會(huì)主任（簽字）：答辯委員會(huì)副主任（簽字）：答辯委員會(huì)委員：， ， ， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)第頁(yè)共頁(yè)學(xué)生姓名：專業(yè) 年級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：評(píng)閱 人：指導(dǎo)教師： （簽字） 年 月 日成 績(jī)：系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）及答辯評(píng)語(yǔ)：. v.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(huì)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(guò)程中一個(gè)比較現(xiàn)實(shí)的突破口，對(duì)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

3、內(nèi)的多個(gè)控制源來(lái)控制家用電器。Abstract Smart Home as the  implement  mode  of  Family Information  has become an important part of the social information development .The networking

4、0;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

5、 on the design concept 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 

6、relay as the control terminal mean .While we also use the trared remote control key webpage etc to control the home appliances .目錄摘要.1Abstract. . 2第1章背景.41.1智能家居的概念.41.2智能家居控制系統(tǒng)功能.

7、5第2章總體設(shè)計(jì).62.1整體介紹.62.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路.2.3系統(tǒng)框圖.2.3系統(tǒng)工作流程.2.4控制系統(tǒng)要求.2.2單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析.2.4遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析.2.4硬件選型2.4.4硬件方案介紹.3.1.單片機(jī).3.1.2多頻收發(fā)器.3.1.3固態(tài)繼電器.2.5.1防火災(zāi)發(fā)生傳感器.2.5.2可燃?xì)怏w泄漏傳感器.2.5.3防盜傳感器.2.5.4信號(hào)采集設(shè)計(jì)與分析.2.6.1串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊.2.6.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊.第3章電路設(shè)計(jì).3.2控制電路設(shè)計(jì).3.2.1鏈接檢測(cè)電路.3.2.2解碼電路.3.3電源電路設(shè)計(jì).3.3.15V開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器電路.3.3.2其他電源穩(wěn)壓器電路.第4

8、章軟件設(shè)計(jì).4.1.1主控單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).4.2.1用戶界面的設(shè)計(jì).第5章 系統(tǒng)仿真測(cè)試.5.1使用的儀器儀表及工具 5.2系統(tǒng)硬件測(cè)試5.3軟件測(cè)試第6章總結(jié).辭.參考文獻(xiàn).第1章背景1.1智能家居的概念智能家居是以家為平臺(tái)，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(guó)。自動(dòng)化的智能家居不再是一幢被動(dòng)的建筑，相反，成了幫助主人盡量利用時(shí)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(huì)最熱門的話題之一，它的目標(biāo)是通過(guò)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

9、是智能家居的兩大特點(diǎn)。目前，已經(jīng)有越來(lái)越多的機(jī)構(gòu)和個(gè)人開(kāi)始了對(duì)智能家居的研究隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是無(wú)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。1.3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(dòng)控制、家庭安全防范二個(gè)方面。其中家庭設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控包括電器設(shè)備的集中、遙控、遠(yuǎn)距離異地(通過(guò)手機(jī)以及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(duì)熱水器、微波爐、音響等家用電器進(jìn)行

10、監(jiān)視和控制。 (2)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(shí)間、溫度、濕度等參數(shù)對(duì)空調(diào)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。(3)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(shí)間程序，分別對(duì)各個(gè)房間照明設(shè)備的開(kāi)、關(guān)進(jìn)行控制，并可自動(dòng)調(diào)節(jié)各個(gè)房間的照度。(4)窗簾的控制，按照預(yù)先設(shè)定的時(shí)間程序，對(duì)窗簾的開(kāi)啟/關(guān)閉進(jìn)行控制。第2章總體設(shè)計(jì)2.1整體介紹本次設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心，溫度，濕度等傳感器為環(huán)境信息采集源，以Web控制為輔助，來(lái)制作一個(gè)智能家居控制系統(tǒng)。在原有的機(jī)械式按鍵開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上，采用無(wú)線遙控，與Web網(wǎng)頁(yè)遠(yuǎn)程控制，來(lái)控制家用電器，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離，多角度對(duì)家用電器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。此外在本次設(shè)計(jì)

11、中，采用多種傳感器想結(jié)合，智能根據(jù)各傳感器采集的數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)化控制。并能夠?qū)崿F(xiàn)故障診斷，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)采用MT8870系列單片機(jī)，分成電源模塊、信息獲取模塊、報(bào)警模塊、液晶顯示模塊四部分?？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(kāi)環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(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

12、控對(duì)象的實(shí)際情況確定，最終畫(huà)出整個(gè)系統(tǒng)流程圖和原理圖。 電源模塊為系統(tǒng)提供5V電壓信息獲取模塊由門窗信號(hào)傳感器、煙霧傳感器、可燃?xì)怏w傳感器等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的預(yù)警處理，達(dá)到對(duì)家庭環(huán)境安全的監(jiān)控報(bào)警LCD液晶顯示模塊顯示各傳感器模塊的工作狀態(tài)2.3系統(tǒng)框圖2.3系統(tǒng)工作流程(1)硬件部分智能家居控制系統(tǒng)其硬件部分主要由幾大部分構(gòu)成，即控制單元、傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)模塊接口和電源部分。交換網(wǎng)程控交換信令部分主要由MT8870和電壓檢測(cè)元件組成，它是系統(tǒng)中控制部分關(guān)鍵的元件，它與控制單元組成控制部分功能；傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)模塊和控制單元完成報(bào)警等信號(hào)的處理和

13、發(fā)送；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：即數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分、交換網(wǎng)程控交換信令識(shí)別與分析部分、網(wǎng)絡(luò)模塊接口程序部分、分析控制部分。其中數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析部分和交換網(wǎng)程控交換信令識(shí)別需要作實(shí)時(shí)處理；網(wǎng)絡(luò)模塊接口程序部分和分析控制部分則是根據(jù)采集和交換網(wǎng)交換信令進(jìn)行分時(shí)操作有利于提高系統(tǒng)效率。2.4.2控制要求本設(shè)計(jì)此系統(tǒng)必須具有以下單元功通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)異地的電器實(shí)現(xiàn)控制（開(kāi)/關(guān)）。 控制器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連接斷開(kāi)?？刂破髟O(shè)置密碼校驗(yàn)。檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)鏈接是否正常自動(dòng)鏈接斷開(kāi)密碼校驗(yàn)在線修改密碼雙頻信號(hào)解碼輸入信息分析控制電器開(kāi)關(guān)電器狀態(tài)查詢2.2單片機(jī)控制設(shè)計(jì)

14、分析本系統(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)嵌入到工控應(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(jiǎn)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)：3.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)。1.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)單片機(jī)有專門為嵌入式應(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

15、應(yīng)用要求。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)。2.4.1遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)控制器接收遠(yuǎn)端發(fā)送來(lái)的加密信號(hào)、并對(duì)其進(jìn)行解碼，解碼后的信號(hào)由中央處理單元采集處理。為了方便用戶使用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了語(yǔ)音提示界面。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般工作在無(wú)人值守環(huán)境，所以應(yīng)具有自動(dòng)離線、上線、功能。為了符合智能化要求，系統(tǒng)采用樹(shù)莓派作為中央處理器。同時(shí)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正常工作還需電源供電電路、驅(qū)動(dòng)電路等輔助電路?？刂破鞑⒙?lián)于路由器，不會(huì)影響路由器的正常使用。用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)鏈接控制器，通過(guò)程控交換機(jī)向樹(shù)莓派發(fā)出鏈接信號(hào)?？?/p>

16、制器檢測(cè)連接信號(hào)后，進(jìn)入密碼檢測(cè)階段，輸入正確密碼后選擇被控電器，然后選擇開(kāi)啟或關(guān)閉被控電器，完成后返回。2.4.4硬件方案介紹根據(jù)控制器與交換機(jī)所須信號(hào)不同，本設(shè)計(jì)方案結(jié)合實(shí)際情況對(duì)具體的單元功能模塊作出軟件或硬件上作了以下分工交換機(jī)所發(fā)出的各種信號(hào)音都大多數(shù)可以通過(guò)軟件編程來(lái)識(shí)別。但從系統(tǒng)的可靠性和程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上分析，用硬件來(lái)解決雙音頻信號(hào)解碼等功能相對(duì)穩(wěn)定可靠。設(shè)計(jì)中自動(dòng)鏈接斷開(kāi)的控制必須使用具體硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。而密碼校驗(yàn)、在線修改密碼、輸入信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡(jiǎn)單的多，易于實(shí)現(xiàn)。綜上所述，本設(shè)計(jì)鏈接檢測(cè)、自動(dòng)鏈接、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊

17、使用硬件電路實(shí)現(xiàn)。而密碼校驗(yàn)、在線修改密碼、信息分析、電器狀態(tài)查詢等功能模塊使用軟件編程完成。3.1.1單片機(jī)本設(shè)計(jì)采用樹(shù)莓派為核心，樹(shù)莓派的最高主頻為1.2GHz,內(nèi)帶512M閃存的MCU，它具有多達(dá)32個(gè)I/O口其512m的閃存既可作程序存儲(chǔ)空間也可以作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間或程序數(shù)據(jù)混合空間這些硬件特征和其強(qiáng)大的指令系統(tǒng)和其自帶可編程看門狗使它能應(yīng)用于不同的場(chǎng)合，因此是一種通用的和性能價(jià)格比高的控制器，樹(shù)莓派允許用戶還可以通過(guò)置位SCONF寄存器的位0(ALE1)來(lái)降低EMI，其中的看門狗定時(shí)器(WDT)是1個(gè)64位自運(yùn)行計(jì)數(shù)器在計(jì)數(shù)器溢出時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。WDT對(duì)那些易受噪聲干擾電壓波動(dòng)或放電現(xiàn)

18、象影響的系統(tǒng)很有用在程序跑飛或死機(jī)的情況下，WDT可以使用戶程序脫離不正常狀態(tài)。WDT不同于8052系統(tǒng)的定時(shí)器0定時(shí)器1和定時(shí)器2。通過(guò)軟件周期性的清除WDT計(jì)數(shù)器的值可以防止WDT產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。片上閃存可以使用商用編程器進(jìn)行編程3.1.2多頻收發(fā)器本設(shè)計(jì)采用MT8870多頻收發(fā)器，MT8870是一種帶信號(hào)過(guò)濾器的多頻收發(fā)器。它包括一個(gè)帶增益可調(diào)放大器的接收器和一個(gè)發(fā)送器。解碼采用數(shù)字計(jì)數(shù)器技術(shù)來(lái)確定輸入的的頻率，并將其譯成標(biāo)準(zhǔn)的四位二進(jìn)制碼。發(fā)送器采用開(kāi)關(guān)電容D/A變換器。MT8870提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器總線接口，可以直接與MCS-51系列MCU和微機(jī)接口。它還可以選用呼叫進(jìn)展方式工作

19、，通過(guò)呼叫進(jìn)展濾波器來(lái)檢測(cè)特定通帶內(nèi)的信號(hào)頻率，供微處理機(jī)或計(jì)數(shù)器電路分析，以確定檢測(cè)到的信號(hào)性質(zhì)。3.1.3固態(tài)繼電器繼電器是本系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，本系統(tǒng)選用D4810型固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器(SSR)與機(jī)電繼電器相比，是一種沒(méi)有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，不含運(yùn)動(dòng)零件的繼電器，但它具有與機(jī)電繼電器本質(zhì)上相同的功能。SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)元件，他利用電子元器件的點(diǎn)，磁和光特性來(lái)完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，單項(xiàng)可控硅和雙向可控硅等器件的開(kāi)關(guān)特性，來(lái)達(dá)到無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)火花地接通和斷開(kāi)被控電路。固態(tài)繼電器有三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路。安輸入電壓的不同類

20、別，輸入電路可分為直流輸入電路，交流輸入電路和交直流輸入電路三種。有些輸入控制電路還具有與TTL/CMOS兼容，正負(fù)邏輯控制和反相等功能。固態(tài)繼電器的輸入與輸出電路的隔離和耦合方式有光電耦合和變壓器耦合兩種。固態(tài)繼電器的輸出電路也可分為直流輸出電路，交流輸出電路和交直流輸出電路等形式。交流輸出時(shí)，通常使用兩個(gè)可控硅或一個(gè)雙向可控硅，直流輸出時(shí)可使用雙極性器件或功率場(chǎng)效應(yīng)管。固態(tài)繼電器有壽命長(zhǎng)、可靠性高、靈敏度高、控制功率小、電磁兼容性好、快速轉(zhuǎn)換、電磁干擾小的優(yōu)點(diǎn)。D4810型繼電器輸入電流為5-40mA，電壓330V，額定輸出電流10A，輸出電壓范圍寬為20-220V，滿足項(xiàng)目的要求。2.5

21、.1防火災(zāi)發(fā)生傳感器火災(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)置在廚房的感溫探測(cè)器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測(cè)器，監(jiān)視各個(gè)房間內(nèi)有無(wú)火災(zāi)的發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生控制器發(fā)出聲光和短信報(bào)警信號(hào)，通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。家庭控制器還可以根據(jù)有人在家或無(wú)人在家的情況，調(diào)節(jié)感溫探測(cè)器和感煙探測(cè)器的靈敏度。本系統(tǒng)采用NIS-09C型煙霧傳感器。2.5.2可燃?xì)怏w泄漏傳感器通過(guò)設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測(cè)器，監(jiān)視燃?xì)夤艿馈⒃罹哂袩o(wú)燃?xì)庑孤?。如有燃?xì)庑孤┘?/p>

22、庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并聯(lián)動(dòng)關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y，同時(shí)短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。這里采用TP-2高溫型一氧化碳傳感器報(bào)警器需在一氧化碳濃度達(dá)到設(shè)定制值時(shí)系統(tǒng)應(yīng)啟動(dòng)報(bào)警。2.5.3防盜傳感器防盜報(bào)警的防護(hù)區(qū)域分成兩部分，即住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。住宅周界防護(hù)是指在住宅的門、窗上安裝門磁開(kāi)關(guān)，在對(duì)外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測(cè)器；住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)是指在主要通道、重要的房間內(nèi)安裝被動(dòng)紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外探測(cè)器。當(dāng)家中有人時(shí)，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(門磁開(kāi)關(guān)、玻璃破碎探測(cè)器)設(shè)防，住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外探測(cè)器)撤防。當(dāng)家人出門后，住宅周界防護(hù)的防盜報(bào)

23、警設(shè)備(門磁開(kāi)關(guān)、玻璃破碎探測(cè)器)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報(bào)警設(shè)備(被動(dòng)紅外探測(cè)器或被動(dòng)紅外探測(cè)器)均設(shè)防。當(dāng)有非法侵入時(shí)，家庭控制器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并短信通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。另外，通過(guò)程序可設(shè)定報(bào)警裝置的等級(jí)和報(bào)警器的靈敏度。2.5.4信號(hào)采集設(shè)計(jì)與分析傳感器是將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置，其中的電信號(hào)包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)電氣隔離直接送給單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，模擬信號(hào)則利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測(cè)量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)控。2.6網(wǎng)絡(luò)模塊的設(shè)計(jì)2.6.1串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)模塊因?yàn)槠胀ù谕ㄐ诺木嚯x就只有15M，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足智

24、能家居的布線、組網(wǎng)要求，考慮到技術(shù)問(wèn)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(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給網(wǎng)頁(yè)后臺(tái)程序。該模塊具體的功能如下：100m以太網(wǎng)接口1.5KV電磁隔離串口波特率300115200bps支持TCP/IP協(xié)議包括：ARP、IP、ICMP、IGMP、UDP、TCP、HTTP、DHCP工作方式：TCPServer,TCPClient,UDP,虛擬串口、socket控件工作端口、目標(biāo)IP和端口均可設(shè)定提供虛擬串口管理軟件提供通用配置函數(shù)庫(kù)，方便用戶使用開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序可使用配置工具進(jìn)行配置可使用網(wǎng)頁(yè)瀏覽器進(jìn)行配置輸入電壓：5V功耗低最大工作電流：80mA工作溫度：065

25、2.6.2無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能可使用世面常用的無(wú)線路由器實(shí)現(xiàn)，且僅需接入網(wǎng)絡(luò)即可，無(wú)需額外電路。無(wú)線路由器是用于用戶上網(wǎng)、帶有無(wú)線覆蓋功能的路由器。無(wú)線路由器可以看作一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，將家中墻上接出的寬帶網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過(guò)天線轉(zhuǎn)發(fā)給附近的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（筆記本電腦、支持wifi的手機(jī)、平板以及所有帶有WIFI功能的設(shè)備）。市場(chǎng)上流行的無(wú)線路由器一般都支持專線xdsl/ cable，動(dòng)態(tài)xdsl，pptp四種接入方式，它還具有其它一些網(wǎng)絡(luò)管理的功能，如dhcp服務(wù)、nat防火墻、mac地址過(guò)濾、動(dòng)態(tài)域名等等功能。1市場(chǎng)上流行的無(wú)線路由器一般只能支持15-20個(gè)以內(nèi)的設(shè)備同時(shí)在線使用。一般的無(wú)線路

26、由器信號(hào)范圍為半徑50米，現(xiàn)在已經(jīng)有部分無(wú)線路由器的信號(hào)范圍達(dá)到了半徑300米。第3章電路設(shè)計(jì)3.2.1振鈴連接檢測(cè)電路振鈴檢測(cè)電路如圖所示，圖中二極管有2種作用：（1）將不確定的線路供電正負(fù)變?yōu)楣潭ǖ恼?fù)輸出（2）將交流的振鈴信號(hào)變?yōu)槊}動(dòng)直流以供檢測(cè)。當(dāng)沒(méi)有振鈴信號(hào)時(shí)，線路上的供電電壓為48V（部分交換機(jī)為60V），經(jīng)四個(gè)二極管構(gòu)成的全橋整流后，不足以使62V穩(wěn)壓管導(dǎo)通，振鈴信號(hào)輸出端電壓接近0V，當(dāng)振鈴信號(hào)到來(lái)時(shí)，線路上的90V交流振鈴信號(hào)經(jīng)全橋整流變換后90V的脈動(dòng)直流電，其峰值足以擊穿耐壓值為62V穩(wěn)壓管，經(jīng)電阻R1給U1提供電壓，從光電耦合器輸出的波形是時(shí)通時(shí)斷的方波方波信號(hào)，可以直

27、接輸出至單片機(jī)的中斷輸入口，CPU可以根據(jù)振鈴信號(hào)光電轉(zhuǎn)換后的高低電平檢測(cè)有無(wú)振鈴。其中通過(guò)光電耦合一次側(cè)的輸入及的電流為：即R1取5.1K滿足設(shè)計(jì)要求。電路中光電耦合U1隔離了振鈴信號(hào)和單片機(jī)的直接連接，光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端（一次側(cè)）與信息接收并輸出端（二次側(cè)）是絕緣的，從而對(duì)地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，而且有很強(qiáng)的抑制電磁干擾能力。保護(hù)單片機(jī)也提高了穩(wěn)定性。3.2.3解碼電路TMF（DualToneMultiFrequency）雙音多頻信號(hào)解碼電路是目前在按鍵電話（固定電話、移動(dòng)電話）、程控交換機(jī)及無(wú)線通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用的集成電路。它包括DTMF發(fā)送器與D

28、TMF接受器，前者主要應(yīng)用于按鍵電話作雙音頻信號(hào)發(fā)送器，發(fā)送一組雙音多頻信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)音頻撥號(hào)。雙音多頻信號(hào)是一組由高頻信號(hào)與低頻信號(hào)疊加而成的組合信號(hào)，CCITT和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了電話鍵盤按鍵與雙音多頻信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示：電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用MITEL公司生產(chǎn)的MT8870DTMF接受器作為DTMF信號(hào)的解碼核心器件。MT8870主要用于程控交換機(jī)、遙控、無(wú)線通信及廣播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)的分離濾波和譯碼功能，輸出相應(yīng)16種頻率組合的四位并行二進(jìn)制碼。MT8870具有撥號(hào)音抑制和模擬信號(hào)輸入可調(diào)功能，所以在設(shè)計(jì)MT8870DTMF解碼電路時(shí)，只需外加一些阻容元件即可。本系統(tǒng)的雙音

29、多頻DTMF信號(hào)解碼電路由MT8870主要承擔(dān)。MT8870的連線如圖3.2-3所示，其的2、3腳接收來(lái)自電話機(jī)的雙音多頻脈沖信號(hào)該雙音多頻信號(hào)先經(jīng)其內(nèi)部的撥號(hào)音濾波器，濾除撥號(hào)音信號(hào)，然后經(jīng)前置放大后送入雙音頻濾波器，將雙音頻信號(hào)按高，低音頻信號(hào)分開(kāi)，再經(jīng)高，低群濾波器，幅度檢測(cè)器送入輸出譯碼電路，經(jīng)過(guò)數(shù)字運(yùn)算后，在其數(shù)據(jù)輸出端（1114腳）輸出相對(duì)應(yīng)的8421碼。MT8870的數(shù)據(jù)輸出端Q4Q1連到單片機(jī)，單片機(jī)識(shí)別4位代碼。電話按鍵與相應(yīng)譯碼（Q4Q1）輸出。其中，A，B，C，D4個(gè)按鍵常被當(dāng)作R/P，REDIAL，HOLD，HANDSFREE等功能使用。為了使單片機(jī)及時(shí)獲取有效數(shù)據(jù)，M

30、T8870的CLD有效端經(jīng)反相后接CPU的INT0引腳。當(dāng)MT8870獲取有效雙音多頻信號(hào)后，CLD電平由低變高，再反相為低，CPU檢測(cè)后，指示輸入口接收有效二進(jìn)制代碼。而無(wú)效的雙音頻信號(hào)（電話線路雜音、人們的語(yǔ)音信號(hào)等）是不會(huì)引起MT8870的CLD端變化的。DTMF接收器的外圍電路如圖所示。3.3電源電路設(shè)計(jì)3.3.15V開(kāi)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)5V電源的要求比較高，其中TC35模塊的突發(fā)耗電電流峰值可達(dá)2.5A,故外加的穩(wěn)壓器件必須達(dá)到足以提供TC35和其他電路額定電流的條件。在本系統(tǒng)中,采用了開(kāi)關(guān)電源芯片LM2576完成從12V到5V的轉(zhuǎn)換,作為對(duì)TC35終端

31、和其他5V單元的供電。必須特別注意的是,如圖由LM2576芯片完成開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換需要大功率的電感(100uH)和電容,以提高儲(chǔ)能的能力,達(dá)到單元電路的耗電需求。LM2576為5.0V3A開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器。3.3.2其他電源穩(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，如圖3.3-2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)

32、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。第4章軟件設(shè)計(jì)4.1.1單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主控單元部分由于任務(wù)多、對(duì)可靠性的要求高，本系統(tǒng)的主控部分軟件設(shè)計(jì)為分時(shí)操作系統(tǒng)控制，采用RTX51Tiny版操作系統(tǒng)。作為嵌入式系統(tǒng)主控單元的單片機(jī)，其軟件一般是一個(gè)微觀的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，是為某種應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)程序有實(shí)時(shí)過(guò)程控制或?qū)崟r(shí)信息處理的能力，要求能夠及時(shí)響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的外部事件并對(duì)該事件做出快速處理。分時(shí)操作系統(tǒng)是把CPU的時(shí)間劃分成長(zhǎng)短基本相同的時(shí)

33、間區(qū)間，即“時(shí)間片”，通過(guò)操作系統(tǒng)的管理，把這些時(shí)間片依次輪流地分配給各個(gè)用戶使用。如果某個(gè)作業(yè)在時(shí)間片結(jié)束之前，整個(gè)任務(wù)還沒(méi)有完成，那么該作業(yè)就被暫停下來(lái)，放棄CPU，等待下一輪循環(huán)再繼續(xù)做。此時(shí)CPU又分配給另一個(gè)作業(yè)去使用。由于計(jì)算機(jī)的處理速度很快，只要時(shí)間片的間隔取得適當(dāng)，那么一個(gè)用戶作業(yè)從用完分配給它的一個(gè)時(shí)間片到獲得下一個(gè)CPU時(shí)間片，中間有所“停頓”；但用戶察覺(jué)不出來(lái)，好像整個(gè)系統(tǒng)全由它“獨(dú)占”似的。分時(shí)操作系統(tǒng)主要具有以下3個(gè)特點(diǎn)：多路性。用戶通過(guò)各自的終端，可以同時(shí)使用一個(gè)系統(tǒng)。及時(shí)性。用戶提出的各種要求，能在較短或可容忍的時(shí)間內(nèi)得到響應(yīng)和處理。獨(dú)占性。在分時(shí)系統(tǒng)中，雖然允許

34、多個(gè)用戶同時(shí)使用一個(gè)CPU，但用戶之間操作獨(dú)立，互不干涉。RTX51Tiny可以配置成使用round-robin多任務(wù)。Round-robinp容許quasi-parallel執(zhí)行多任務(wù)。任務(wù)并不是連續(xù)執(zhí)行的，而是分時(shí)間片執(zhí)行的（本系統(tǒng)采用10毫秒作為時(shí)間片，由RTX51Tiny把時(shí)間片分配給各個(gè)任務(wù)）。由于時(shí)間片的時(shí)間很短，因此任務(wù)看起來(lái)像連續(xù)執(zhí)行一樣。在本系統(tǒng)中RTX51Tiny首先執(zhí)行信號(hào)采集job0的任務(wù)0。本函數(shù)創(chuàng)建了另一個(gè)任務(wù)報(bào)警分析job1。信號(hào)采集執(zhí)行完它的時(shí)間片后，RTX51Tiny開(kāi)始執(zhí)行報(bào)警分析job1，這個(gè)函數(shù)又創(chuàng)建了另一個(gè)任務(wù)短信發(fā)送job2。如此類推，最后執(zhí)行完它的

35、時(shí)間片后，RTX51Tiny又返回到j(luò)ob0開(kāi)始執(zhí)行。然后再切換到j(luò)ob1，如此循環(huán)。4.2.1用戶操作界面的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)為了給用戶提供一個(gè)良好的人機(jī)對(duì)話界面，還特別設(shè)計(jì)了與PC機(jī)軟件用戶界面是一個(gè)應(yīng)用程序最重要的部分，對(duì)用戶而言，界面就是應(yīng)用程序，用戶感覺(jué)不到幕后正在執(zhí)行的代碼。不論花多少時(shí)間和精力來(lái)編制和優(yōu)化代碼，應(yīng)用程序的可用性仍然在很大程度上依賴于界面的好壞。首先針對(duì)本系統(tǒng)要開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序做出初步規(guī)劃設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)用戶界面時(shí)，參照了Microsoft和其他公司的一些應(yīng)用程序，使用了通用的設(shè)計(jì)方案，比如：工具欄、狀態(tài)條、工具提示、上下文菜單以及標(biāo)記對(duì)話框等。本設(shè)計(jì)用戶界面如圖。第5章系統(tǒng)仿真

36、測(cè)試 5.1使用的儀器儀表及工具PC一臺(tái)；單片機(jī)仿真器一臺(tái)；雙蹤示存儲(chǔ)波器一臺(tái)；型直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)；程控交換機(jī)一臺(tái)；萬(wàn)用表一個(gè)；秒表一個(gè)；調(diào)溫烙鐵一把；開(kāi)發(fā)軟件一套；開(kāi)發(fā)工具一套；5.2硬件測(cè)試本系統(tǒng)的硬件測(cè)試分為以下階段進(jìn)行測(cè)試：(1)邏輯錯(cuò)誤測(cè)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(guò)程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的。這類錯(cuò)誤包括：錯(cuò)線、開(kāi)路、短路等幾種，其中短路是最常見(jiàn)的故障。(2)器件測(cè)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

37、件接觸不良會(huì)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(guò)大、器件負(fù)載過(guò)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(huì)引起系統(tǒng)可靠性差。(4)電源故障測(cè)試若樣機(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(duì)應(yīng)，電源功率不足、負(fù)載能力差。在本次調(diào)試在調(diào)試樣機(jī)加電之前，先用萬(wàn)用表和示波器,根據(jù)硬件電氣原理圖和裝配圖仔細(xì)檢查樣機(jī)線路的正確性，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求。還特別注意電源的走線，防止電源之間的短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查擴(kuò)展系統(tǒng)總線是否存在相互間的短路；或其它信號(hào)線的短路，由于本設(shè)計(jì)的印刷電路板布線密度較高，出

38、現(xiàn)了兩處因工藝原因造成短路，短路點(diǎn)用刻刀斷開(kāi)。對(duì)于樣機(jī)所用的電源事先做了單獨(dú)調(diào)試，調(diào)試好后，檢查其電壓值、負(fù)載能力、極性等均符合要求，然后加到系統(tǒng)的各個(gè)部件上。在不插片子的情況下，加電檢查各插件上引腳的電位，仔細(xì)測(cè)量各地點(diǎn)電位是否正常，還特別注意單片機(jī)插座上的各點(diǎn)電位是否正常，防止了聯(lián)機(jī)時(shí)會(huì)損壞仿真器。5.3軟件測(cè)試軟件調(diào)試與所選用的軟件結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計(jì)技術(shù)有關(guān)。本系統(tǒng)采用模塊程序設(shè)計(jì)技術(shù)，逐個(gè)模塊調(diào)好以后，再進(jìn)行系統(tǒng)程序總調(diào)試。由于采用了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，采用是逐個(gè)任務(wù)進(jìn)行調(diào)試，下面進(jìn)一步予以說(shuō)明。在調(diào)試第一個(gè)任務(wù)時(shí)，同時(shí)也調(diào)試相關(guān)的子程序、中斷服務(wù)程序和操作系統(tǒng)的程序。等逐個(gè)任務(wù)調(diào)試好以后

39、，再使各個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行，在本次調(diào)試中操作系統(tǒng)中沒(méi)有錯(cuò)誤，在單步和斷點(diǎn)調(diào)試后，進(jìn)行了連續(xù)調(diào)試，因?yàn)閱尾竭\(yùn)行只能驗(yàn)證程序的正確與否，而不能確定定時(shí)精度、CPU的實(shí)時(shí)響應(yīng)等問(wèn)題。等全部完成后，反復(fù)運(yùn)行多次，除了觀察穩(wěn)定性之外，還觀察了用戶系統(tǒng)的操作是否符合設(shè)計(jì)要求的操等，部分程序作了適當(dāng)修正后系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。第6章 總結(jié)眾所周知，大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)始也就意味著大學(xué)生活即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們?cè)诖髮W(xué)生活的最后一站，它不僅是對(duì)我們大學(xué)所學(xué)知識(shí)整合及熟練運(yùn)用的一次考驗(yàn)，同樣是對(duì)我們即將走向社會(huì)參加實(shí)際工作及自學(xué)能力的一次鍛煉。在畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題到最終基本完成整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我得到了我的導(dǎo)師喻長(zhǎng)發(fā)的大力

40、幫助，也得到了很多同學(xué)的熱情幫忙。在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我受益匪淺。所學(xué)到的不僅是對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握及運(yùn)用，更重要的是學(xué)會(huì)獨(dú)立思考、篩選有價(jià)值信息和團(tuán)結(jié)互助的團(tuán)隊(duì)精神。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我對(duì)基于單片機(jī)的智能控制有了更多的了解和掌握，在科技飛速發(fā)展的今天，科技意味著第一生產(chǎn)力，機(jī)器智能正在越來(lái)越多的方面取代人工操作，作為智能控制在工業(yè)應(yīng)用的代表性成果，它結(jié)合了程序調(diào)控，提供了定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)控制以及數(shù)據(jù)處理等多種功能，具有人工作業(yè)無(wú)法比擬的優(yōu)越性和精確性。隨著科技的發(fā)展，基于單片機(jī)的智能控制也會(huì)不斷擴(kuò)大，各項(xiàng)性能也將不斷提高。因?yàn)橹霸诖髮W(xué)理論課上對(duì)單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)了解甚淺，而且沒(méi)有系統(tǒng)的概念和思路，所以在設(shè)計(jì)中約到了很多阻礙，也走了不少?gòu)澛?。我花了一部分時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)，不懂的地方去請(qǐng)教喻長(zhǎng)發(fā)和班里基礎(chǔ)好的同學(xué)，在他們的耐心講解下，使我對(duì)單片機(jī)有了進(jìn)一步的了解，這對(duì)我下一步的設(shè)計(jì)展開(kāi)幫助很大。在硬件電路設(shè)計(jì)和關(guān)鍵芯片元器件的選擇上，涉及到了電力電子技術(shù)、低壓步進(jìn)電機(jī)工作原理，模擬電子技術(shù)等多方面的知識(shí)，不僅鞏固了我大學(xué)所學(xué)專業(yè)的知識(shí)，更讓我對(duì)智能控制有了較為系統(tǒng)的概念和體會(huì)。在剛接到設(shè)計(jì)課題時(shí)感覺(jué)無(wú)從下手，多虧了喻長(zhǎng)發(fā)布置了詳