基于單片機(jī)的家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

II摘要隨著科技技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)普及越來越廣，5G時(shí)代的出現(xiàn)，對于人們對智能家居生活的品質(zhì)需求有了更加明顯得增長，智能控制家居生活成為人們更高更好的追求。在進(jìn)入21世紀(jì)，在網(wǎng)絡(luò)信息化時(shí)代的推動下，網(wǎng)絡(luò)，手機(jī)，家電家居的智能化出現(xiàn)，對于人們的生活越來越重要，也更加豐富了生活品質(zhì)及其生活樂趣，讓這個(gè)世界生活更好控制并掌握家電控制。當(dāng)然要控制并智能化命令一些家電控制芯片處理系統(tǒng)也悄悄產(chǎn)生了，并大量應(yīng)用在實(shí)際中，利用單片機(jī)芯片技術(shù)的成熟控制，快速，遠(yuǎn)程處理家庭一些事務(wù)，能更快的降低了勞動時(shí)間，提高了勞動效率，讓人們的生活與網(wǎng)絡(luò)與智能控制越來越密不可分。本文主要介紹比闡述了設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制家電設(shè)計(jì)的方案方面，從最開始的開關(guān)發(fā)展歷程介紹，分析其中的不足和隨著時(shí)代的發(fā)展，對于傳統(tǒng)的開關(guān)，滿足不了需求，隨著科技進(jìn)步，繼電器，單片機(jī)，編程軟件的及越來越多的家用產(chǎn)品的出現(xiàn)，人們對于開關(guān)的研究和探索，人們對于智能開關(guān)，也有更高的要求。進(jìn)而對單片機(jī)智能控制家電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求來看，改設(shè)計(jì)可以通過網(wǎng)絡(luò)型號，登錄特定的軟件編程系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)登錄特定的網(wǎng)絡(luò)信號端，進(jìn)入系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制整個(gè)家電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，讓人們擺脫的傳統(tǒng)的開關(guān)控制，讓人們更加方便，便捷，定時(shí)定量的實(shí)現(xiàn)對家電的控制關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能控制系統(tǒng)AbstractWiththerapiddevelopmentofscienceandtechnology,moreandmorewidespreadnetwork,theemergenceofthe5Gera,people'sdemandforthequalityofsmarthomelifehasbeenmoreobviousgrowth,intelligentcontrolofhomelifehasbecomeahigherandbetterpursuitofpeople.Inthe21stcentury,drivenbythenetworkinformationage,theintelligentappearanceofthenetwork,mobilephones,householdappliancesandhouseholdappliancesisbecomingmoreandmoreimportanttopeople'slife,andalsoenrichingthequalityoflifeandthejoyoflife,sothattheworldlifeisbettercontrolledandmasterthecontrolofhouseholdappliances.Ofcoursetocontrolandintelligentcommandsomehomeappliancescontrolchipprocessingsystemisalsoquietlyproduced,andalargenumberofapplicationsinpractice,usingthematurecontrolofsingle-chipchiptechnology,fast,remoteprocessingofsomehomeaffairs,canreducethelabortimefaster,improvelaborefficiency,sothatpeople'slifeandnetworkandintelligentcontrolmoreandmoreinseparable.Thispapermainlyintroducesthedesignofremotenetworkcontrolofhouseholdappliancesbasedonthesinglechipmicrocomputerdesignscheme,firstlydiscussestheintelligentcontrolsystembasedonthesinglechipmicrocomputer,withthehelpofpublicnetwork,theoperatorcanrealizethereliablecontrolofremoteequipmentunderthevoiceprompt.Thedevicehashighreliability,isnotlimitedbytransmissiondistance,usingorfixingcanrealizethecontrolofelectricalequipmentandrunningstatequery.Andcarriedonthedetailedanalysis,onthisbasisformedasetofscheme,andthisschemeproposedaseriesofsoftwareandhardwaredesignmethods.Finally,theproblemsandapplicationprospectsofthisschemeareanalyzed.Keywords:MCU;Intelligentcontrolsystem;目錄第1章緒論 1第2章家電控制方案設(shè)計(jì) 22.1家電控制方法介紹 22.1.1早期開關(guān)的控制方法 22.1.2繼電器控制家電方法 22.1.3聲控系統(tǒng)控制方法 32.2單片機(jī)介紹 52.3單片機(jī)控制家電方案設(shè)計(jì) 72.1.1單片機(jī)控制芯片的選擇 72.1.2控制家電方案的選擇 72.1.3軟件程序的設(shè)定 8第3章控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 93.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 93.2硬件電路芯片介紹 93.2.1單片機(jī)STC89C52介紹 93.2.2STC89C52引腳介紹 103.3互聯(lián)網(wǎng)模塊設(shè)計(jì)的基本組成 133.3.1晶振電路 143.3.2復(fù)位電路 143.3.3繼電器電路 163.4控制系統(tǒng)的硬件電路的選用 16第4章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 184.1軟件主要功能設(shè)計(jì) 184.2主程序的設(shè)計(jì) 184.3串行A/D轉(zhuǎn)換芯片的驅(qū)動設(shè)計(jì) 20第5章總結(jié) 24參考文獻(xiàn) 25致謝 26附錄 27第1章緒論在21世紀(jì)的今天，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)普及率越來越廣5G時(shí)代的到來，智能手機(jī)，人工智能化等的出現(xiàn)等多個(gè)方面的共同作用下，尤其是對于人們生活方面中的最常見電器的不斷更新，家電的種類也越來越多對于生活來說，如何智能控制，遠(yuǎn)程方式的實(shí)現(xiàn)智能定時(shí)控制能多個(gè)方面提高我們的生活品質(zhì)有著更大作用，要實(shí)現(xiàn)這種智能化，單片機(jī)芯片就是整個(gè)控制的硬件核心，而網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是基礎(chǔ)條件，軟件可以設(shè)計(jì)指令來完成具體操作。按照目前的科技和編程系統(tǒng)的完善，隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷完善和更新，人們對于其利用的場景和地方越來越多了。本文中主要研究的是現(xiàn)代家居生活中，整體單片機(jī)控制家電控制設(shè)計(jì)，通過對于理論的系統(tǒng)和設(shè)想，選擇單片機(jī)并介紹，再到對于整套系統(tǒng)的硬件部分，軟件部分的設(shè)計(jì)。目前家用的控制系統(tǒng)還是主要已傳統(tǒng)的控制開關(guān)的方法控制家電，對于新時(shí)代來說，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代人們對于家電的要求，而隨著家電的多樣性，及其智能化，早期的控制方法對于現(xiàn)在的家電來說，已經(jīng)不能滿足生活，隨著出現(xiàn)的智能開關(guān)，遙控器等方式的出現(xiàn)，可以對家電實(shí)現(xiàn)短距離的無線控制。讓人們擺脫了傳統(tǒng)電線開關(guān)的束縛，也就是直接手動方式控制。而隨著單片機(jī)芯片的技術(shù)越來越完善，其端口的多樣式，網(wǎng)絡(luò)，編程軟件技術(shù)的日漸完善下，而本文設(shè)計(jì)主要還是想借用單片機(jī)芯片的作為整個(gè)家電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大腦，從而實(shí)現(xiàn)在單片機(jī)環(huán)境下智能的控制與其相連的所有設(shè)備，而為了實(shí)現(xiàn)方便智能安全智能的控制，就需要給芯片連接上互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)普及率越來越廣，5G時(shí)代的到來，不必考慮信號方面的傳播問題，它可以通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)對家用電器的控制。而現(xiàn)在手機(jī)幾乎是每個(gè)人不離身的必須設(shè)備，不像傳統(tǒng)的遙控開關(guān)只能近距離或者是手動控制?，F(xiàn)在手機(jī)上通過安裝上特定的APP軟件，然后服務(wù)器賬號密碼方式，連接單片機(jī)（由STC89C52芯片組成）控制的程序，對其發(fā)送指令。單片機(jī)芯片接收到軟件上的指令后就可以就可以通過控制繼電器吸合或者斷開就實(shí)現(xiàn)對家電的智能控制。第2章家電控制方案設(shè)計(jì)2.1家電控制方法介紹隨著工業(yè)革命的創(chuàng)新，電力的發(fā)現(xiàn)，最開始的電燈的成為家電生活中最開始的控制對象，在經(jīng)過長達(dá)一個(gè)多世紀(jì)的大力發(fā)展，家電產(chǎn)品也邁向了新的發(fā)展時(shí)代，而家電生活的方面應(yīng)用，隨著越來越多的家電出現(xiàn)，比如冰箱，電視，電飯煲，微波爐，洗衣機(jī)，空調(diào)，智能音響等等這些家用電器徹底改變了人們的生活方式，極大的提高了，我們的生活方式，而如何實(shí)現(xiàn)對于越來越多的智能家電實(shí)現(xiàn)控制。也經(jīng)歷了一個(gè)長時(shí)間的摸索。2.1.1早期開關(guān)的控制家電方法。最開始對家電控制是開關(guān)具體如下圖（2.2）：1.在最開始的時(shí)候，為了方便對電燈實(shí)現(xiàn)開光，采用的是拉線（繩）開關(guān)（圖2.1），也就是拉登開關(guān)；其原理是將開關(guān)固定在一個(gè)地方，只需要將一個(gè)電源接入，另一端的輸出，內(nèi)部通過一個(gè)線連接的一個(gè)電負(fù)荷，中間是一個(gè)金屬軸，內(nèi)孔是便于穿線，這樣通過線繩開閉合就實(shí)現(xiàn)對電路的傳統(tǒng)控制。外圓是一個(gè)蓋子通過螺紋起到對電路的保護(hù)。圖2.1拉線（繩）開關(guān)2.撥動開關(guān)：取消傳統(tǒng)的繩子形式，是撥動開關(guān)的形式來實(shí)現(xiàn)電路的接通和閉合，也是安裝在固定的位置，如到床頭或墻壁上，也就是伸手即可關(guān)到燈的地方，按照當(dāng)時(shí)來說撥動開關(guān)在墻壁有時(shí)會有電火花不太安全，目前也是家庭中最常見的一種方式。經(jīng)過多年的對撥動式開關(guān)的的研究來看，技術(shù)含量最高的莫屬于智能墻壁開關(guān)。使用壽命高達(dá)10萬次，還可以實(shí)現(xiàn)對燈具的使用壽命提高的使用壽命。其外觀上教傳統(tǒng)來看也有很大的提高，也是非常有藝術(shù)感；3.目前還有其它的開關(guān)，如智能的延時(shí)開關(guān)、遙控器控制開關(guān)、觸摸板連接開關(guān)、還有一種是免布線開關(guān)。圖2.2家電最開始的控制發(fā)展歷程2.1.2繼電器家電控制方法按照繼電器原理來看，繼電器是智能電路中一個(gè)控制原件，如圖2.2所示。它具有能智能的控制輸入電路的回路板塊和被控制系統(tǒng)的輸出回路板塊，通俗來講也就會它可以實(shí)習(xí)對任何閉合電路自動控制的閉合和斷開，而且它具體有體積小，也能對電路起到保護(hù)左右，在特定的環(huán)境下，可以實(shí)現(xiàn)小的繼電器對大的電流系統(tǒng)起到緩沖作用，也就是在電路中超負(fù)荷工作下，對其用斷開智能的控制較大電流的一種“自動開關(guān)”形式設(shè)定在特定的電路下。有有著自動調(diào)節(jié)電路安全、保護(hù)及轉(zhuǎn)化等作用，在現(xiàn)代電路中是不可或缺的一部分。圖2.3繼電器工作原理圖電磁式繼電器主要是鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。通過在兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(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，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(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)”。2.1.3聲控系統(tǒng)控制方法隨著科技的進(jìn)步，控制方式越來越多樣化，隨著聲控開關(guān)的出現(xiàn)，其工作方式是在特定聲響，在給定一定聲音影響下或者聲音和環(huán)境場所下，聲響效果在聲接受傳聲器BM進(jìn)行放大處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)特定的轉(zhuǎn)換來用特定的控制器的開啟和關(guān)閉對其特定的組件進(jìn)行控制。通常來看聲控開關(guān)（圖2.4）主要是有聲音通過安裝帶的傳聲器BM，可以實(shí)現(xiàn)將聲響信號進(jìn)行放大、然后輸出的半波整流、通過光感原件和電子開關(guān)、及其延時(shí)和對其交流開關(guān)電路組成。例如聲控?zé)簦▓D2.5）：其工作原理是特定的環(huán)境下才可以進(jìn)行工作，也就是在白天的或者光線比較亮的時(shí)候，光感原件的電阻變大，其給定的就是當(dāng)給出一定聲響也不會亮，其電路處于關(guān)閉狀態(tài)；而只有在夜晚或光線不明亮的時(shí)候才會出現(xiàn)光感電阻才會出現(xiàn)，這時(shí)聲控電路才會處于預(yù)備工作狀態(tài)。這時(shí)只有當(dāng)給定一定音響的大小，如腳步聲、說話聲、拍手聲都可以將聲音信號接收放大，就可以實(shí)現(xiàn)對聲控電路的接通啟動（燈亮），在聲音過的特定時(shí)間段后，聲控電路會自動斷開即實(shí)現(xiàn)如燈滅等場景。圖2.4聲控開關(guān)圖2.5聲控?zé)袈暱亻_關(guān)就是運(yùn)用聲音或聲響來控制電路的開起或者閉合。聲控系統(tǒng)中對其工作的組件進(jìn)行分析：聲控電路系統(tǒng)中內(nèi)部有接收聲音組件BM、對光線較敏感的電阻（光敏電阻）、三極管、電容器等電子元件。工作原理：在光線較強(qiáng)的時(shí)候，由于光敏電阻的阻值較小。就會屏蔽掉麥克風(fēng)的信號輸入。這樣即使給定的聲音信號很大的情況下。也會在光敏電阻的阻值太大情況下，導(dǎo)致信號無法繼續(xù)傳送，所以白天或者光線較強(qiáng)的時(shí)候不亮。在光線較弱的時(shí)候，光敏電阻阻值會變小。聲音會通過聲音信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為電信號。然后放大電路將此小信號放大。電容值的大小和電阻值的大小都會影響到延時(shí)量的變化。當(dāng)電容器中的電荷放盡的時(shí)候，在其晶閘管中的時(shí)候交流過零后自動關(guān)閉，此時(shí)電路就沒有電流通過，實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過程的控制。光敏部分:從電路原理圖中可以看出，當(dāng)白天或者亮度大于一定程度的時(shí)候，光敏電阻的阻值非常的小，聲控部分：當(dāng)有足夠信號的聲音傳入的時(shí)候，聲控部位將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過三極管將其信號放大，使的其信號的大小能夠觸發(fā)三極管2.2單片機(jī)介紹單片機(jī)是21世紀(jì)的產(chǎn)物，隨著現(xiàn)代電子科學(xué)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，手機(jī)智能化普及的出現(xiàn)。越來越方便快捷的智能化出現(xiàn)讓我們通過智能化程序，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞信號來系統(tǒng)的控制家電。單片機(jī)芯片隨著時(shí)間的推移，技術(shù)的不斷更新完善下，在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，隨著科技時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們對于高新能要要求的條件下，在創(chuàng)新可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新的引導(dǎo)下，單片機(jī)芯片技術(shù)運(yùn)用的場景越來越廣，截止到目前為止，現(xiàn)在單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域如醫(yī)療設(shè)備，家用電器上，工業(yè)制造，航用航天，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊等。由于智能電器的的普及，人們對于芯片的電子技術(shù)方面的開發(fā)和應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)入到新的時(shí)期，無論是搭載智能程序和連接I/o端口對于其它儀器的配合使用技術(shù)的成熟標(biāo)致著智能控制系統(tǒng)的成熟的實(shí)踐，都能看到單片機(jī)技術(shù)的身影。單片機(jī)又稱為單片形式下的微控制中心，屬于一種集成式電路芯片。在單片機(jī)芯片里面中包含CPU大腦、讀存儲器ROM和隨機(jī)存儲器RAM處理中心等，其復(fù)雜多變的數(shù)據(jù)中心，能對給定的指令進(jìn)行處理，和數(shù)據(jù)的采集與控制系統(tǒng)形式下讓單片機(jī)完成各項(xiàng)復(fù)雜的運(yùn)算，所以單片機(jī)CPU通過計(jì)算處理后對符號進(jìn)行控制，還是對系統(tǒng)下達(dá)運(yùn)算指令都能通過單片機(jī)內(nèi)部處理完成。單片機(jī)是一款高效率處理計(jì)算的電子產(chǎn)品元件，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和計(jì)算功能在在智能電子儀器產(chǎn)品中得到了充分應(yīng)用。通俗一點(diǎn)單片機(jī)其實(shí)就是一塊芯片，而這芯片組成了是一個(gè)獨(dú)立的大腦系統(tǒng)，采用了集成電路技術(shù)的手段，將數(shù)據(jù)處理運(yùn)算集成到芯片中，然后實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高速化處理的一個(gè)場所。

單片機(jī)芯片通常來說是為了完成某一個(gè)邏輯功能的芯片的多形式處理的芯片，是把一個(gè)特定的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上?？梢赃@樣說單片機(jī)就想比就是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)，想當(dāng)于少了一個(gè)顯示器，即是單片機(jī)缺少了I/O的設(shè)備端。在目前來說，單片機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)生活過程控制中、其自動檢測、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理和辦公室自動化。還廣泛在于衛(wèi)星定位、汽車智能控制系統(tǒng)、交通信號燈等方面中得到使用，隨著越來越多行業(yè)智能化，對于單片機(jī)芯片技術(shù)也會有更多發(fā)展。為了讓家電控制系統(tǒng)中的每一個(gè)板塊能實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)想要的功能情況下，要實(shí)現(xiàn)電器控制的實(shí)時(shí)性并穩(wěn)定可靠的執(zhí)行下、可對單片機(jī)進(jìn)特定編程的優(yōu)點(diǎn)。同單片機(jī)體積小、價(jià)格低，能源消耗也更低等。隨著機(jī)電產(chǎn)品對負(fù)載精度要求的提高，原有的常規(guī)式的開關(guān)控制方式或者語音聲家電控制系統(tǒng)已很難滿足不斷發(fā)展的人們對于高品質(zhì)生活的要求。為解決此問題，隨著軟件編程控制單片機(jī)研制了一種能代替常規(guī)的控制系統(tǒng)的新的控制系統(tǒng)基于單片機(jī)軟件控制系統(tǒng)。單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的中心，其控制下可進(jìn)行特定程序系統(tǒng)編寫系統(tǒng)，智能控制程度高、相比之下成本低、體積小、控制更加精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)。單片機(jī)的系統(tǒng)的可編寫也更加靈活，其控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以讓人們的生活方式發(fā)生質(zhì)的變化，可以定時(shí)，定量，隨時(shí)隨地控制你生活的家電的一切，你可以感受到你上班時(shí)候就可以設(shè)定程序，還能查看檢測是否有燈或者連接電路電器忘記關(guān)閉，遠(yuǎn)程操控家電非常方便快捷。2.3單片機(jī)控制家電方案設(shè)計(jì)隨著時(shí)代科技的進(jìn)步，智能手機(jī)的普及，5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，家電對于生活也有很大的要求，本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)通過手機(jī)軟件登陸賬號進(jìn)入設(shè)定的軟件程序即可實(shí)現(xiàn)手機(jī)控制繼電器吸合斷開。2.3.1單片機(jī)控制芯片的選擇目前市面上比較流行的單片機(jī)有以下幾個(gè)類型①.51形式的單片機(jī)②MSP430單片機(jī)③STM32單片機(jī)④PIC單片機(jī)⑤AVR單片機(jī)⑥Freescale單片機(jī)；STC89C51式單片機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛一種8位至的，是Intel最早推出的產(chǎn)品，內(nèi)部擁有比較完善的結(jié)構(gòu)和總線是對數(shù)據(jù)的集中管理，多樣形式的的邏輯位操作作為經(jīng)典的一類芯片，而選擇STC89C52芯片作為STC89C51式單片機(jī)的升級款，其使用領(lǐng)域很廣了，其容易操作，安全可靠，功能齊全，性價(jià)比高的優(yōu)勢在生產(chǎn)生活中占據(jù)著一席之地。考慮到控制家電的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對于芯片系統(tǒng)對芯片處理速度要求不是很大，考慮到主機(jī)程序稍微大一些，故選擇STC89C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的主控芯片。2.2.2控制家電方案的選擇方案一：手動開關(guān)控制方式，結(jié)合語音控制隨著科技時(shí)代的進(jìn)步，單片機(jī)接上智能AI語音控制，可以在單片機(jī)芯片上連接一個(gè)AI智能音箱，通過語音的方式控制家電系統(tǒng)，也就是只需要對著AI音箱說話發(fā)出命令，即可實(shí)現(xiàn)對開關(guān)的控制，并正常的開關(guān)結(jié)合使用。方案二：無線遙控方式在智能電器或者單片機(jī)智能開關(guān)里加入射頻接收頭信號器，通過遙控器來實(shí)線，通過信號接收，固定無線遙控器信號來，即可實(shí)現(xiàn)對開關(guān)的遙控，。方案三：編寫軟件-互聯(lián)網(wǎng)（WiFi模塊組合使用）通過電腦對單片機(jī)設(shè)計(jì)固定的程序，在串聯(lián)ESP接口是一種嵌入式的串聯(lián)WIFI模塊使用。Wifi模板是基于接入無線網(wǎng)絡(luò)的模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶通過網(wǎng)絡(luò)登錄信號的接入端口形式。通傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)芯片上的軟件程序，單片機(jī)通過軟件給定的指令程序進(jìn)行控制。在通過網(wǎng)絡(luò)的IP地址，連接到互聯(lián)網(wǎng)上，手機(jī)通過登錄軟件輸入固定的IP地址和密碼進(jìn)入特定的軟件，然后進(jìn)入軟件，進(jìn)行對家電內(nèi)部控制，其原理跟家里的光貓連接的網(wǎng)線上，在將網(wǎng)絡(luò)線連接在單片機(jī)上，然后就可以控制系統(tǒng)就有一個(gè)特定的地址。由上面的介紹來看方案一控制過程比較簡單，但是安全系數(shù)不好，使用的方式跟傳統(tǒng)來看，對于單片機(jī)比較簡單，沒有對其合理使用，其次的原因就是，其音響的好壞音響對于指令的正確執(zhí)行對于使用者來說不是很方便，對其聲音的把握要求比較嚴(yán)格。然方案二比較方便，能更好的接利用單片機(jī)性能等要求，對其串口通信進(jìn)行指令的獲取，傳輸距離有限，滿足不了現(xiàn)有要求。方案三，通過對軟件的編寫，網(wǎng)絡(luò)方式傳輸，實(shí)線的遠(yuǎn)距離傳輸然后結(jié)合WIFI，程序更加簡單，方便容易操作，可靠更高，故選擇方案三。2.2.3軟件程序的設(shè)定在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，單片機(jī)芯片中編寫特定的軟件程序，在特定的軟件指令下是指能完成各功能的一個(gè)平臺，例如對整個(gè)電流的操作、動作指令的監(jiān)控、軟件程序的計(jì)算和對整個(gè)電路的診斷和自檢等。而對編程軟件種類也比較多哦，對于特定的應(yīng)用指令來看，整個(gè)系統(tǒng)軟件就語言分類中機(jī)器語言、匯編語言和高級語;就功能來分，可以分為系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)軟件專門用來使用管理計(jì)算機(jī)本身的程序;應(yīng)用軟件是面向用戶本身的程序;數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要用于大量的數(shù)據(jù)管理及資料檢索系統(tǒng)。第3章控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)原理在整個(gè)家電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，選擇硬件電路板塊，主要是由晶振電路組件、復(fù)位電路組件、信號指示、外接顯示端接口電路，繼電器電路組件、軟件模塊、wifi形式電路組成，設(shè)定音響時(shí)鐘電路等。本套設(shè)計(jì)主要采用的是STC89C52單片機(jī)來控制整個(gè)系統(tǒng)。用戶可以通過手機(jī)端來實(shí)現(xiàn)對軟件聯(lián)網(wǎng)設(shè)置操作界面登陸賬號，軟件模塊時(shí)單片機(jī)聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)傳輸命令，通過登錄軟件實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)框圖如圖3.1所示。時(shí)鐘，音響提示網(wǎng)絡(luò)IP服務(wù)器STC89C52時(shí)鐘，音響提示網(wǎng)絡(luò)IP服務(wù)器STC89C52工作指示燈工作指示燈設(shè)定軟件程序(WiFi模塊)設(shè)定軟件程序(WiFi模塊)通過控制繼電器閉合來控制開關(guān)手機(jī)端軟件通過網(wǎng)絡(luò)登錄手機(jī)端軟件通過網(wǎng)絡(luò)登錄-即可控制圖3.1硬件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖該系統(tǒng)由主控芯片模塊STC89C52、WIFI模塊等組成。下面分別對各個(gè)模塊作具體介紹。3.2硬件電路的芯片介紹3.2.1單片機(jī)STC89C52介紹選用的STC89C-52型芯片是能耗低，簡單，高效的CMOS8位微控制器的芯片其特點(diǎn)是以下特性。單片機(jī)芯片是擁有4K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，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、高效解決形式的辦法其下是有4個(gè)8位并行I/O端口P0-P3,每個(gè)端口既可連接一個(gè)輸出的外接顯示屏。內(nèi)部還擁有16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式。具有5個(gè)中斷源、兩個(gè)中斷優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)。全雙工串行口的UART的串行I/O用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與PC機(jī)之間的串行通信。機(jī)片內(nèi)還可以連接振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。STC89C52主要功能如表1所示，其DIP封裝如圖2所示表3.1：STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)4K可反復(fù)擦寫FlashROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3.2.2STC89C52引腳介紹1.電源引腳端VCC和GND（共2根）VCC（40腳）：接電源。GND（20腳）：接地端口2.外接晶體引腳XTAL1和XTAL2（共2根）XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接連到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。原理圖中，XTAL2接振蕩信號，3.RST（9腳）：是復(fù)位電路，當(dāng)振蕩器工作時(shí)，4.P0口（39～32腳）：P0口是一個(gè)漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。作為顯示電路的輸出端口，每個(gè)端口都能驅(qū)動8個(gè)LS型TTL負(fù)載。5.P3口（10～17腳）：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O多功能口。P3口能持續(xù)輸出緩沖器并能可驅(qū)動4個(gè)TTL邏輯門電路。圖3.2STC89C52DIP封裝圖表3.2P3口與第二功能表端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INT0（外中斷0）P3.3INT1（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0）P3.5T1（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）整個(gè)家電設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)中，選擇中單片機(jī)芯片及其所需電源電路，聲音音響等信號來看，還有復(fù)位電路等部件，為了單片機(jī)芯片始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)其必要的電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，其進(jìn)行存儲器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，都需要單片機(jī)內(nèi)部處理完成，STC89C52我們選擇的這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，圖3.3單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖(1)時(shí)鐘電路我們選用的STC89C52單片機(jī)芯片內(nèi)部的時(shí)鐘信號通常有兩種方式：第一種是通過內(nèi)部的性質(zhì)即使是內(nèi)部時(shí)鐘方式，第二種是是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖3-4所示。圖3.4STC89C52內(nèi)部時(shí)鐘電路(2)復(fù)位電路當(dāng)在STC89C52單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充放電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時(shí)間不超過1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST(9)端與電源Vcc接通而實(shí)現(xiàn)的。圖3.5STC89C52復(fù)位電路（3）STC89C52中斷技術(shù)概述單片機(jī)的內(nèi)部中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制整個(gè)系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)技術(shù)，選定的要求單片機(jī)應(yīng)能并有效的響應(yīng)并作出中斷請求源提出的服務(wù)請求，合理快速響應(yīng)并及時(shí)處理錯(cuò)誤指令。其中斷系統(tǒng)功能的特定要求來來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)硬件出現(xiàn)故障或者其它意外情況下中斷請求源發(fā)出中斷請求時(shí)，如果中斷請求被允許，單片機(jī)中斷技術(shù)將得到暫時(shí)中止當(dāng)前正在執(zhí)行的主程序，將處理復(fù)位并停止工作狀態(tài)，處理中斷服務(wù)請求。中斷服務(wù)處理程序處理完中斷服務(wù)請求后，再回到原來被中止的程序之處（斷點(diǎn)），繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序，很大程度上提高了此系統(tǒng)的安全，穩(wěn)定高效性也大程度上提高了單片機(jī)的工作效率和實(shí)時(shí)性。圖3-6為整個(gè)中斷響應(yīng)和處理過程。 圖3.6中斷響應(yīng)和處理過程3.3互聯(lián)網(wǎng)模塊設(shè)計(jì)的基本組成在整個(gè)硬件設(shè)計(jì)板塊種連接的ESP8266模塊是基于UART接口的WIFI無線網(wǎng)絡(luò)總端模塊是整個(gè)系統(tǒng)的傳遞中樞信號接收中心，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的交換。通過串口Wifi模塊，傳統(tǒng)的串口設(shè)備就能接入無線網(wǎng)絡(luò)并生成固定的信號帶。此模塊與手機(jī)之間通信，使用的是ASCII碼，手機(jī)把編碼變?yōu)锳SCII碼進(jìn)行發(fā)射，UART-WIFI會接收ASCII碼并產(chǎn)生中斷給單片機(jī)。此WIFI模塊可以通過終端像普通路由器一樣設(shè)置和修改密碼，也可以通過配置軟件進(jìn)行修改和設(shè)置，有比較不錯(cuò)的安全性能。圖3.11wifi模塊電路3.3.1晶振電路在系統(tǒng)硬件中晶振振蕩器組件是，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，是非常重要的一部分，它是連接結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，單片機(jī)產(chǎn)生的所必須的時(shí)鐘頻率和一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的建立的，晶振可以供很大時(shí)鐘原件的頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快，。通常來說在以單片機(jī)系統(tǒng)中使用的是一個(gè)固定的晶振，是為了保持同步的組件。還可以而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。電路圖如圖3.8所示。圖3.8晶振原理圖3.3.2復(fù)位電路復(fù)位電路的操作完成單片機(jī)芯片內(nèi)部的電路的初始化，并檢查單片機(jī)從而確定一個(gè)確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。當(dāng)AT89S52單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)5ms以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，則單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)w無法執(zhí)行程序。因此要求復(fù)位后能夠脫離復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位方式。上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電憑的時(shí)間。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行之中時(shí)，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開關(guān)復(fù)位的操作。通常選擇電容值10～10μF，電阻值2kΩ。電路圖如圖3.9所示。圖3.9復(fù)位電路圖3.3.3繼電器電路為了使當(dāng)單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行自檢是信號的傳遞指令沒有問題，都必須要配備，一個(gè)高電容的一個(gè)繼電器，當(dāng)檢測到信號輸入時(shí)。讓其是吸合還是斷開其原理是繼電器的線圈就會得到電壓，而繼電器內(nèi)部線圈中就會產(chǎn)生一定的電流，產(chǎn)生電磁效應(yīng)，對于銜鐵是在電磁力吸引的作用下克服其彈簧上的拉力，從而吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(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，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合還是斷開，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。電路如圖3.11所示。圖3.10繼電器電路圖3.4控制系統(tǒng)硬件電路選用設(shè)計(jì)整個(gè)電路系統(tǒng)主要是由的選擇如下電源接口。電容，電阻，晶振，單片機(jī)，4腳集成電路座等具體明細(xì)如下表：3.1硬件電路所需具體表名稱編號規(guī)格數(shù)量單位電源插口USB-AUSB-A1個(gè)電解電容C1470uf/16V1個(gè)瓷片電容C20.1uf1個(gè)瓷片電容C3C420pf/30pf2個(gè)電解電容C510uf/16V1個(gè)電解電容C6220uf/16V1個(gè)瓷片電容C70.1uf1個(gè)電阻R110K1/4W1個(gè)電阻R2R3R4R51K1/4W4個(gè)晶振Y111.0529M1個(gè)單片機(jī)IC1AT89S521片4腳集成電路座DIP40DIP401個(gè)發(fā)光二極管D2D3D4φ53個(gè)WIFI模塊WIFIESP8266-011塊2.54雙排母座JP12*4P1只按鍵開關(guān)K1SW-06061個(gè)簡易牛角座JP2DC3-10P2.54mm1只3.3伏穩(wěn)壓集成電路IC3AMS11171只PCB板1塊細(xì)導(dǎo)線若干焊錫若干第4章控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1軟件主要功能設(shè)計(jì)系統(tǒng)系統(tǒng)的軟件部分以主程序?yàn)槿肟?，整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，整個(gè)設(shè)計(jì)中有主程序指令，中斷程序指令，在程序旗下包括有很多種特定的程序，在打開整個(gè)電路的時(shí)候?qū)Τ跏蓟筮M(jìn)入登錄頁面，管理程序在登錄頁面之前要對對單片機(jī)自身的數(shù)據(jù)程序掃描，讀入鍵值搭配串聯(lián)的電路及其繼電器控制等，在登錄之后并根據(jù)相應(yīng)的選項(xiàng)對齊每個(gè)部位，進(jìn)行各類操作。如果出現(xiàn)錯(cuò)誤會提示，搭配的指示燈會亮起故障燈，由在設(shè)定一些固定的參數(shù)還有時(shí)間，可以通過定時(shí)器控制，在每一次完成操作完成之后在進(jìn)行后續(xù)控制的時(shí)候，會對上次工作進(jìn)行驗(yàn)證檢驗(yàn)是否滿足真。4.2主程序的設(shè)計(jì)本套設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制程序是對語言指令進(jìn)行編寫，編程所使用的軟件是基于IAR編程軟件下編寫的。而IAR軟件是目前為止最常用用于單片機(jī)類型中最常見的一種編寫軟件，其使用的類型最廣的一款軟件了，它幾乎支持的市面上最常見的單片機(jī)芯片進(jìn)行編寫，而有關(guān)于單片機(jī)芯片中的C語言軟件調(diào)試下，對于在設(shè)定在語句中出現(xiàn)的語法錯(cuò)誤，在該軟件下會提示，以便于更正修改，也更安全可靠。因此本次設(shè)計(jì)的家電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在IAR編程軟件，下進(jìn)行編寫，和對軟件調(diào)試，然后連接端口單片機(jī)芯片選擇的地址與互聯(lián)網(wǎng)是否相匹配。然后對該編寫的軟件指令是否單片機(jī)能否正確執(zhí)行，所以為了實(shí)現(xiàn)，要驗(yàn)證并逐個(gè)檢查改軟化程序執(zhí)行效果，以及程序在單片機(jī)的嵌套性是否都能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。在調(diào)試的過程中，在手機(jī)端操作情況下按鍵信號，顯示抖動，信號指示，反應(yīng)等不正常?？烧{(diào)整或者修改改程序，消除上述情況基本消失。改軟件的主程序的流程圖如圖4.1所示：開始開始初始化IP互聯(lián)網(wǎng)登陸方式）中斷響應(yīng)判斷軟件是否確定開關(guān)是否按下中斷服務(wù)子函數(shù)執(zhí)行相應(yīng)的指示控制結(jié)束Y圖4.1主程序流程圖主程序流程如圖4.1所示。具體程序如下：org50hSTART:MOVSP,#70H;開機(jī)后自動檢查。LCALLRDNBYT;初使顯示登陸會標(biāo)志、各類設(shè)定程序。MOVR1，#SETTEMPLCALLVALUDISPMOVR1，#TEMPHIGHLCALLVALUDISPMOVR1，#TEMPLOWLCALLVALUDISP;單片機(jī)復(fù)位后，會分別顯示各類設(shè)定程序MOVTMOD,#11HMOVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0HMOVTH1,#3CHMOVTL1,#0B0H;SETBPT1;行SETBEASETBET0SETBET1SETBTR0SETBTR1;開中斷和總中斷，LCALLKEYOPT;管理程序，完成各類操作用于顯示設(shè)定和變換的子程序4.3串行A/D轉(zhuǎn)換芯片的驅(qū)動設(shè)計(jì)在整個(gè)編程后設(shè)定的軟件中采用的A/D轉(zhuǎn)換芯片是串行的，在實(shí)際的使用中只有在經(jīng)過一步步指定下進(jìn)行，具體如圖4.2所示4.2串聯(lián)的AD接口轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)A/D轉(zhuǎn)換值量化子程序有上面介紹的硬件部分的說明可以得到的是，設(shè)計(jì)要求為了達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果控制連接并顯示控制的關(guān)系是：A/D值。其變化的變送器的限制,我們只會將能夠表達(dá)一個(gè)特定的程序來表達(dá)一下指令流程圖如圖4.3具體程序如下：NUMDATADBC0H,F9H,D8H,B0H,99H,92H,82HF8H,80H,98H;0~9的字形碼DISPLAY:SETBDISSELEC;選取通顯示MOVSCON,#00H;串口方式0MOVR1,#04H;顯示四位MOVR3,#0;用于判斷是否應(yīng)加入小數(shù)位MOVDPTR,#NUMDATA;數(shù)字字型碼地MOVR0,#DISPTEMP;輸入顯示數(shù)據(jù)的地址LOOPDIS:MOVA,@R0;移入AMOVCA,@A+DPTR;取值MOV24H,A;進(jìn)入特定一寄存器用于緩沖MOVA,R3CJNEA,#2,NOT2MOVA,24HSETBACC.7;判斷密碼是否,如是則點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn)進(jìn)入主程序AJMPDDNOT2:MOVA,24HDD:MOVSBUF,A;發(fā)送WAITDIS:JNBTI,WAITDIS;等待發(fā)送