基于單片機的智能家居畢業(yè)設(shè)計正文-最終版

目錄TOC\o"1-3"\h\uTOC\o"1-3"\h\u26670第一章緒論149421.1智能家居簡介1128251.2智能家居的現(xiàn)狀475251.3智能家居的開展趨勢4194391.4智能家居的研究意義522708第二章智能家居系統(tǒng)方案設(shè)計6276902.1系統(tǒng)的功能實現(xiàn)6152752.2單片機的選擇618923STC12C5A60S2單片機簡介710601STC12C5A60S2單片機根本特點：79105STC12C5A60S2單片機的主要特性910940第三章系統(tǒng)硬件選擇及模塊電路設(shè)計1083603.1電源電路模塊的設(shè)計10323333.2溫度檢測模塊電路設(shè)計1116913溫度傳感器器件介紹11204463.2.2溫度檢測模塊電路設(shè)計1234823.3亮度檢測模塊電路設(shè)計1219663.4時鐘電路模塊設(shè)計1314173.4.1時鐘芯片的選取13301823.4.2時鐘模塊電路1472823.5液晶顯示電路15249783.5.1液晶顯示器件的選取15186493.5.2LCD1602時序圖簡介1831393.5.3液晶顯示電路設(shè)計19160553.6開關(guān)電路19143243.7聲光報警模塊電路20180153.8相關(guān)用電器工作電路22268573.8.1電飯鍋、飲水機、空調(diào)的應(yīng)對啟動電路模塊2290473.8.2窗簾開合模塊24111623.9串口通訊模塊29212753.9.1GSM簡介2999643.9.2MAX232芯片簡介29273723.9.3GSM模塊電路設(shè)計3017735第四章軟件系統(tǒng)設(shè)計33217774.1C語言簡介33213254.2主控系統(tǒng)局部的軟件設(shè)計34289894.2.1按鍵開關(guān)輸入模塊電路的軟件設(shè)計34105474.2.2LCD液晶顯示模塊程序設(shè)計3530959第五章總結(jié)3623572致謝3720488參考文獻(xiàn)387864附錄1：程序清單 39附錄2：電路原理總圖第一章緒論1.1智能家居簡介隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與開展，智能家居作為一個新生產(chǎn)業(yè)，目前處于一個導(dǎo)入期與成長期的臨界點，市場消費觀念還未形成，但隨著智能家居市場推廣普及的進(jìn)一步落實，培育起消費者的使用習(xí)慣，智能家居市場的消費潛力必然是巨大的，產(chǎn)業(yè)前景光明。正因為如此，國內(nèi)優(yōu)秀的智能家居生產(chǎn)企業(yè)愈來愈重視對行業(yè)市場的研究，特別是對企業(yè)開展環(huán)境和客戶需求趨勢變化的深入研究，一大批國內(nèi)優(yōu)秀的智能家居品牌迅速崛起，逐漸成為智能家居產(chǎn)業(yè)中的翹楚!智能家居至今在中國已經(jīng)歷了近12年的開展，從人們初最初的夢想，到今天真實的走進(jìn)我們的生活，經(jīng)歷了一個艱難的過程。智能家居很早就出現(xiàn)在人們的定義當(dāng)中，但很長時間以來都沒有真正意義上的智能家居成型，到了1984年美國聯(lián)合科技公司〔UnitedTechnologiesBuildingSystem〕將智能信息融入建筑設(shè)備中，在整合的根底上應(yīng)用到了美國康乃迪克州哈特佛市的城市地標(biāo)性建筑中時，出現(xiàn)了世界上的首棟智能化建筑，也正是從那時開始，智能化家居正式融入到現(xiàn)代生活中。智能家居控制的開展關(guān)鍵在于設(shè)計理念以及經(jīng)營者的心態(tài)，市場目標(biāo)客戶真正需要什么東西，如果只注重簽單，不設(shè)身處地的為客戶著想，不兼顧智能解決未來的開展，提供片面的智能家居解決方案，而不考慮客戶的適用性，是不可取的，是急功近利的表現(xiàn)，這不僅降低了智能家居的應(yīng)用效果，還不利于整個智能家居行業(yè)的開展。智能家居控制系統(tǒng)的市場不是一般普通的商品買賣，而是一項系統(tǒng)性工程，它涉及到很多技術(shù)，涉及到人們生活的方方面面，智能家居控制系統(tǒng)的終極目標(biāo)是一種理想，更是一種理念，要想智能家居控制系統(tǒng)有很好的開展，研發(fā)機構(gòu)必須本著長遠(yuǎn)開展的心態(tài)，本著簡化、實用、性價比高、適合市場的理念，虔誠研究人們的生活、習(xí)慣、精神文化等需要，并把它看最高目標(biāo)，運用各種技術(shù)手段實現(xiàn)它。在國內(nèi)，智能家居不是單純意義上的智能產(chǎn)品，也不能被狹義的理解為小區(qū)智能化，而是基于小區(qū)的多層次家居智能化解決方案。它綜合利用主控平臺、無線連接及通信、設(shè)備管理、整體布局布線等手段，將住戶智能化管理、交互共享及消費效勞、小區(qū)安防監(jiān)控等常見家居因素協(xié)調(diào)配合并最終整合為整體，在原有小區(qū)智能化的大面上延伸到小區(qū)內(nèi)部室內(nèi)家居的具體環(huán)節(jié)，構(gòu)建出高效、舒適、平安、便捷的個性化住宅空間。近幾年，很多研發(fā)機構(gòu)和廠商已經(jīng)意識到家庭平安的重要性，把智能家居作為一個重要的方向和工程來研究，并紛紛投入大量人力財力，使智能家居真正的走向市場和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。智能家居是一個具有交互能力的平臺，并且通過平臺能夠把各種不同的系統(tǒng)、協(xié)議、信息和內(nèi)容控制在相對獨立的模塊單元中中進(jìn)行傳輸、交換。它具有以下特點：1〕每個模塊化系統(tǒng)在脫離了智能家居的前提下也能實現(xiàn)原有功能。智能家居各模塊交互過程中，各個模塊化系統(tǒng)在脫離了整體化智能家居的平臺時，仍然能夠獨立完成自己在原有整體系統(tǒng)中的功能，比方跨樓通訊、室內(nèi)平安防護、多樣的設(shè)備管理、家庭消費效勞等。每個單獨的模塊在整體系統(tǒng)的平臺管理下獨立運行的同時，平臺又能能提取各個模塊化系統(tǒng)的運行狀態(tài)及實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)家居系統(tǒng)的連動機制。2〕品牌各異的產(chǎn)品在各有千秋的傳輸協(xié)議控制下仍能通過平臺進(jìn)行信息交流與數(shù)據(jù)傳輸。由于交互平臺的出現(xiàn)，分工明確的各模塊化系統(tǒng)在交互平臺的統(tǒng)一管理下，能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)運作和運行數(shù)據(jù)的共享流通，為住戶提供較大的取舍空間，并能根據(jù)業(yè)主需求真正實現(xiàn)獨具個性的智能化家居設(shè)計。而且，家居系統(tǒng)還有網(wǎng)絡(luò)關(guān)卡這一功能，通過家居互動平臺，到達(dá)在廣域網(wǎng)的連接下，實現(xiàn)遙控管理和實時控制。具有樣式各異的主流控制端口，如對RS485、RS232、IP等信號都能實現(xiàn)控制和管理，并且還可以擴充添加國內(nèi)外時下較為流行的控制端口，如EIB、Lonwork、CE-bus、Canbus，以及無線網(wǎng)絡(luò)，如：WiFi、GPRS、藍(lán)牙等。根據(jù)業(yè)主的需求和產(chǎn)品的更新?lián)Q代及時填改各種總線接口、硬件連接端口和驅(qū)動軟件等，風(fēng)格迥異的連通方式、功能控制端口，為模塊化系統(tǒng)的多種選擇奠定了堅實的根底，只有智能家居系統(tǒng)不斷擴大自身的兼容性和整合性，才能贏得更多不同需求的用戶和業(yè)主。3〕智能終端〔觸摸屏〕只能作為各個模塊化系統(tǒng)的實時顯示和控制信號傳出端。整個智能家居系統(tǒng)在交互平臺的協(xié)調(diào)控制下有條不紊的運行，智能終端〔觸摸屏〕只作為各模塊化系統(tǒng)的實時顯示和控制信號的發(fā)出端，具有多功能的智能終端配置便于操作。而且，平臺增加了智能終端的實時顯示功能，保證其在各模塊系統(tǒng)運行的同時，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)和結(jié)果進(jìn)行實時記錄和相關(guān)顯示，讓業(yè)主對當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)一目了然，同時為系統(tǒng)運行的優(yōu)化提速提供了根底。在智能家居的交互平臺里，系統(tǒng)能收錄和存儲各模塊化系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，對各模塊的有效運行提供有效的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)歷史的運行數(shù)據(jù)，總結(jié)出不同業(yè)主的的使用習(xí)慣和某種行事規(guī)律，讓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自學(xué)習(xí)，以便更好的效勞業(yè)主。4〕控制軟件可編程〔DIY〕，提供信息效勞。此系統(tǒng)方便用戶改變控制邏輯、控制方式、操作界面，用戶的控制邏輯、操作界面可以自定義、可以DIY。在當(dāng)前流行的家居智能控制系統(tǒng)中，信息效勞是一個特別關(guān)鍵而且無法取代的重要環(huán)節(jié)，配備了信息效勞后，它讓智能家居系統(tǒng)在越變越聰明的同時，更給我們的日常生活帶來了相當(dāng)一局部的實時資訊和新聞資源，使得智能家居更貼近我們的生活，就像一個勤懇的“大管家〞一樣，讓智能家居變得更加真切有形，就像它不是虛擬在呆板的程序控制中，而是和我們進(jìn)行交流。這樣的智能家居或許更是現(xiàn)在越來越多的業(yè)主的追求。信息效勞可以涵蓋多個方面，比方生活小常識、體育資訊、新聞匯總、奇聞趣事等，可以涉及到教育、消費、交通、健康養(yǎng)生等多個方面，讓生活樂趣無窮，這應(yīng)該是智能家居的最高追求。最終，家居的智能化應(yīng)該不單單是控制的系統(tǒng)，而應(yīng)該更多的聯(lián)系實際生活，讓它真正融入到我們的實際信息生活中去。5〕多種控制手段。在日常家居生活中，為了使我們對家庭的控制系統(tǒng)能隨時掌控、需要的信息隨時獲取，操作終端的形式非常重要，多種形式的智能操作終端是必不可少如：智能遙控器、移動觸摸屏、電腦、、PDA等。智能家居通過各個子系統(tǒng)的相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)不同的功能，它有幾個突出的功能：隨時在線的網(wǎng)絡(luò)效勞，保持時刻出于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，為將來的遠(yuǎn)程辦公奠定了根底。

2．危險防護：智能家居的危險防護模塊必須24小時監(jiān)測異常情況的發(fā)生，并能及時作出反響。比方外來人員的非法闖入、煙霧感知等，系統(tǒng)能隨時根據(jù)實際情況啟動相應(yīng)的反響機制。假設(shè)意外情況發(fā)生，系統(tǒng)能自行控制住異常情況的進(jìn)一步惡化，并及時通知主人或相關(guān)部門，最大程度的保證主人的家居和財產(chǎn)平安。家用電器的遠(yuǎn)程智能遙控管理，比方對家用電飯鍋的何時啟動的遠(yuǎn)程控制，只需業(yè)主的一條短信，就能到達(dá)遠(yuǎn)程控制的效果，空調(diào)等也有類似遠(yuǎn)程控制，真正到達(dá)主人隨時控制家居狀態(tài)的目的。

4．互動式人性化管理：系統(tǒng)能夠利用GSM的通信模塊和語音芯片對家居內(nèi)部家用電器的語音控制，利用很多系統(tǒng)中設(shè)置的如溫度傳感器，光敏電阻等，保證家居系統(tǒng)的主控模塊及時響應(yīng)，實現(xiàn)家居系統(tǒng)的聯(lián)動響應(yīng)。環(huán)境自行管理。通過各種傳感器的感知，并啟動響應(yīng)機制，保證家居室內(nèi)環(huán)境的適宜。

6．保證智能化的娛樂機制。7．高標(biāo)準(zhǔn)的居室環(huán)境。小到衛(wèi)生間、廚房，大到臥室甚至整個客廳，都能保證高質(zhì)量的環(huán)境系統(tǒng)，時時處處給主人最適宜的居住條件。

8．家庭信息效勞：通過形式各樣的信息資源，提供給業(yè)主最周到的信息效勞，讓主人在居家的同時，能夠全方位、多層面的了解各方面的有價值的信息，讓家庭信息效勞不再形同虛設(shè)。

9．家庭理財效勞：通過家庭內(nèi)部的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，業(yè)主可以實時管理自己在銀行的賬戶和理財信息，并時刻提醒業(yè)主的消費賬單等情況，保證主人的財產(chǎn)時刻處于主人的管理之中。

10．系統(tǒng)的智能化維護：業(yè)主利用家庭內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)入家居制造商的相關(guān)網(wǎng)頁，對家居系統(tǒng)的平安隱患、軟件和驅(qū)動更新等進(jìn)行下載后，導(dǎo)入家庭內(nèi)部家居系統(tǒng)，實現(xiàn)家居系統(tǒng)離線的自行故障檢測和修復(fù)，以及新功能的不斷擴建。1.2智能家居的現(xiàn)狀現(xiàn)如今中國的智能家居市場存在參差不齊的現(xiàn)狀，各大、中、小廠家各自為政，種類繁多且互不兼容，使得智能家居市場面臨瓶頸。智能家居廠家多集中在興旺的東部沿海地區(qū)，且沒有形成規(guī)?；a(chǎn)，與國外的產(chǎn)品相比而言，無論從品牌影響力還是功能實效上，都存在很大的差距。由于市場分布的不均勻，沿海經(jīng)濟興旺地區(qū)和內(nèi)地的許多城市雖已接收了智能家居的概念，然而北方和大局部中西部地區(qū)在相對排斥和陌生的同時，更潛藏著內(nèi)在的巨大市場潛力。此外，由于智能家居系統(tǒng)還缺乏統(tǒng)一明確的國際標(biāo)準(zhǔn)，許多公司開發(fā)出的產(chǎn)品都是基于自己組的網(wǎng)絡(luò)和信息交換協(xié)議，很多產(chǎn)品是針對特定的組網(wǎng)環(huán)境開發(fā)的，局部核心技術(shù)沒有對外公布，技術(shù)復(fù)雜，直接導(dǎo)致了使用范圍的局限性。再者，缺乏對應(yīng)的第三方產(chǎn)品，各個接入設(shè)備之間不能兼容，互操作性差，不利于產(chǎn)品的擴充，因而進(jìn)一步局限了產(chǎn)品的開展。再加上，有的系統(tǒng)本錢過高，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的普及。1.3智能家居的開展趨勢作為智能家居的核心系統(tǒng)的智能家居的控制系統(tǒng)，它的設(shè)計功能的完善必將推動住宅智能化的開展。而系統(tǒng)功能的集成化、用戶使用的傻瓜化以及市場的平民化將是智能家居控制器的開展趨勢，系統(tǒng)也將逐步邁向綠色化。最終，我想全人類的夢想是智能家居控制系統(tǒng)將囊括所有的家事雜物，讓我們真正的享受舒適溫馨的家庭生活。智能家居控制系統(tǒng)應(yīng)該提供高效、舒適的家居環(huán)境，確保住戶的生命財產(chǎn)平安；隨時監(jiān)測并可以遠(yuǎn)程遙控家居室內(nèi)的溫度、亮度及風(fēng)速等多個環(huán)境因素，保證最適宜的家居環(huán)境。同時檢查空氣成分，提高空氣質(zhì)量；調(diào)節(jié)音響，電視等娛樂設(shè)施，愉悅心情；合理利用太陽能，靈活應(yīng)對周遭環(huán)境的變化，盡可能的節(jié)約能耗，到達(dá)合理利用資源；提供現(xiàn)代化的通信、信息效勞。我們知道，雖然智能家居在目前已經(jīng)取得了初步的成功，但是距離真正意義上的“智能化〞，還是有很長距離的。而智能家居的開展趨勢主要有以下幾個大方向：1〕智能化、人性化隨著人工智能的不斷開展和機器人的出現(xiàn)，智能化已經(jīng)不再那么遙遠(yuǎn)，毋庸置疑，智能化是智能控制的必然趨勢。因此，家居的智能化也必然向智能化方向開展。同時，智能化的出現(xiàn)本來就是為了更好的效勞于人們的生活，所以，更富人性化的家居系統(tǒng)也將成為智能家居未來的一個重要方向。節(jié)能環(huán)保智能化的本質(zhì)之一是降低投入本錢，提高產(chǎn)出效率，而節(jié)能是降低本錢的關(guān)鍵。而當(dāng)前人們?nèi)找嬖鰪姷沫h(huán)保意識，也使得綠色、環(huán)保這兩個重要指標(biāo)成為考核未來家居的重要參考標(biāo)準(zhǔn)，甚至是首要考慮因素。在住宅實現(xiàn)了根本的智能化后，營造綠色生態(tài)的住宅，提高生活環(huán)境質(zhì)量，必然成為未來智能家居的追求目標(biāo)。一體化既然作為智能家居系統(tǒng)，各模塊功能的協(xié)調(diào)配合而成的一體化，自然成了又一重要開展方向。把各個模塊智能化的功能集成，在降低本錢的同時，也帶來了一體化的智能家居。本錢低廉化如果智能家居想開拓更大的市場，走進(jìn)更多的用戶住宅，高昂的投入費用會成為很多家庭選擇的最大阻礙，因此，怎樣從不降低智能化家居質(zhì)量的同時，實現(xiàn)最大的低投入，讓更多的消費者接受，也是智能化開展重要考慮方向。1.4智能家居的研究意義隨著人們生活水平的不斷提高，生活節(jié)奏的加快，人們不斷的對居住環(huán)境提出更高的要求，越來越注重家庭生活中每個成員的舒適、平安和便利，因此從市場需求的角度來說，智能家居必然是前景廣闊。因此設(shè)計一個符合國家國情和標(biāo)準(zhǔn)的集遠(yuǎn)程控制和本地控制為一體的智能家居控制系統(tǒng)是非常具有現(xiàn)實意義的，且勢在必行。雖然智能家居經(jīng)過十幾年的蓬勃開展，很多功能已趨于完善和成熟，智能化家居系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛，然而生活中的智能家居所展現(xiàn)出的智能化，與業(yè)主所理想的智能化還存在較大差距。而這也推動了智能化技術(shù)在家居領(lǐng)域的縱深開展，并為各類智能化家居新產(chǎn)品的設(shè)計和研發(fā)增加了動力，同時新產(chǎn)品的出現(xiàn)，也大大豐富了智能家居系統(tǒng)的厚度。因此，將智能家居作為這次研究的主要內(nèi)容具有很大的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。本文研究的目的就是設(shè)計一個簡捷有效智能家居控制系統(tǒng)，從溫度、光線信號的采集，到LCD實時顯示，并根據(jù)采集的信號不通采取相應(yīng)的應(yīng)對機制，以及在異常情況下實現(xiàn)聲光報警和遠(yuǎn)程通知家主報警，從而實現(xiàn)根本的智能家居功能。第二章智能家居系統(tǒng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)的功能實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)首先要保證家居平安，因此要有相應(yīng)的功能模塊實現(xiàn)主人不在家情況下有無人員闖入，并決定是否出于報警狀態(tài)。在出于報警狀態(tài)時，如果監(jiān)測到人員闖入要出現(xiàn)聲光報警。與此同時，通過短信向主人報警。另外還要單獨具有一個家庭輔助功能，根據(jù)光線強弱決定是否開關(guān)窗簾，還可以定時控制家用電飯鍋，空調(diào)，飲水機等。智能家居控制系統(tǒng)對整個家庭內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測和及時應(yīng)對的系統(tǒng)，核心局部是單片機，通過與其他個監(jiān)測模塊和執(zhí)行模塊的連接，實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境的整體改變和各元件的控制。首先，主控元件對接收到的數(shù)據(jù)〔如光線強暗，溫度上下〕通過LCD顯示模塊進(jìn)行實時顯示，使室內(nèi)情況一目了然。然后根據(jù)各信號采集模塊傳送給單片機的數(shù)據(jù)，作出應(yīng)對執(zhí)行，實現(xiàn)家居系統(tǒng)的智能控制。LCD液晶顯示模塊聲光報警模塊人員闖入檢測相關(guān)用電器工作狀態(tài)GSM通信模塊溫度檢測，亮度檢測單片機LCD液晶顯示模塊聲光報警模塊人員闖入檢測相關(guān)用電器工作狀態(tài)GSM通信模塊溫度檢測，亮度檢測單片機圖2-1系統(tǒng)總體框圖2.2單片機的選擇首先將所需器件羅列，根據(jù)與單片機相連的各器件，確定整個系統(tǒng)所需與單片機連接的管腳數(shù)，通過查資料，由于檢測人員的有無模塊采用了接熱釋電人體紅外傳感器的方法，在不采用擴展的情況下，選取了STC12C5A60S2這個單片機。因為此單片機增加了P4口，即ALE和NA接口有第二功用，可作為普通的I/O口使用，省去了擴展的麻煩。而且此單片機內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換，將光敏電阻所得信號直接接在單片機的P1.0端口，這樣，在光敏電阻采集模擬信號的時候，可不用轉(zhuǎn)換成數(shù)字量而直接接入單片機，便于單片機的控制。STC12C5A60S2單片機簡介在眾多的51系列單片機中，要算國內(nèi)STC公司的1T增強系列更具有競爭力，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的具有大容量程序存儲器且是FLASH工藝的，如STC12C5A60S2單片機內(nèi)部就自帶高達(dá)60KFLASHROM,這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機支持串口程序燒寫。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。重要的一點STC12C5A60S2目前的售價與傳統(tǒng)51差不多，市場供給也很充足。是一款高性價比的單片機。STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘、機器周期為1T的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的全新型的51單片機，能夠完全識別傳統(tǒng)51單片機的指令代碼，在這根底上，運行速度卻快了8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S)，2路PWM，特別適合電機控制的干擾嚴(yán)重的場合。STC12C5A60S2單片機根本特點：屬于增強型的51單片機內(nèi)核，1T高速運行速率，單時鐘的機器周期，全部兼容傳統(tǒng)51單片機的指令代碼；工作電壓：STC12C5A60S2的正常工作電壓范圍：5.5V-3.3V〔即5V單片機〕；單片機工作頻率：0-35MHz，約為傳統(tǒng)的51單片機的0～420MHz；4用戶應(yīng)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)；片上集成1280字節(jié)RAM；通用I/O口〔36/40/44個〕，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口弱上拉〔傳統(tǒng)51單片機的I/O口〕，可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口弱上拉，推挽強上拉，僅為輸入/高阻，開漏。每個I/O口驅(qū)動能力均可到達(dá)20mA，但整個芯片最大不要超過55mA；ISP〔在系統(tǒng)可編程〕/IAP〔在應(yīng)用可編程〕，不需要特定的編程器，也不用專用的仿真器，可直接經(jīng)過端口〔P3.0/P3.1〕進(jìn)行程序的下載，速度極快；有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)；內(nèi)部自帶看門狗；內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路〔外部晶體12M以下時，復(fù)位腳可直接1K電阻到地〕；外部掉電檢測電路：由于低壓門檻比較器設(shè)置在P4.6端口，5V供電的單片機的比較門限為1.32V，誤差為+/-5%，3.3V供電的單片機為比較門限為1.30V，誤差為+/-3%；內(nèi)部自帶時鐘電路：外部高精度晶振時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%以內(nèi))。用戶在進(jìn)行程序下載時，可以對使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶振時鐘自行選擇，在常溫狀態(tài)下，5V單片機的內(nèi)部R/C振蕩器頻率11MHz～15.5MHz，3.3V的單片機那么為8MHz～12MHz；如果對時鐘電路的要求精度不是太高，，可以考慮使用內(nèi)部自帶時鐘，但由于制造誤差和溫漂等客觀因素的影響，所以應(yīng)該以實際為準(zhǔn)；13.16位定時器共有4個：其中，由2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器的功能，另外兩個與傳統(tǒng)的51單片機相同，即16位定時器T0和T1，和做串行通訊的波特率發(fā)生器。這就是STC12C5A60S2的四個16位定時器；兩個時鐘的輸出端口，信號在T0溢出時可經(jīng)過P3.4端口輸出時鐘，同樣的，在T1端口溢出的信號也可在P3.5端口輸出時鐘；15.7路的外部中斷I/O口，傳統(tǒng)的51單片機中斷是由下降沿或低電平觸發(fā)的，而且，此單片機增加了上升沿觸發(fā)中斷的PCA模塊，外部中斷可喚醒單片機的PowerDown模式，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RXD/P3.0，CCP0/P1.3(也可通過存放器設(shè)置到P4.2)，CCP1/P1.4(也可通過存放器設(shè)置到P4.3)；兩路的PWM和2路的可編程計數(shù)器陣列〔PCA〕：在實際運用中，無論是實現(xiàn)兩個外部中斷，還是作為兩個定時器，亦或是當(dāng)作兩路的D/A使用，均可實現(xiàn)；內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換模塊，8路的A/D轉(zhuǎn)換，高速的轉(zhuǎn)換速率，10位精度的ADC，都為系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換提供了良好的優(yōu)勢；通用的全雙工異步串行端口(UART)，由于STC12C5A60S2系列是高速的51單片機，因此它的多端口口可以由定時器或PCA軟件實現(xiàn)；19.STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志的才有雙串口，RXD2/P1.2(可通過存放器設(shè)置到P4.2)，TXD2/P1.3(可通過存放器設(shè)置到P4.3)；20.工作溫度范圍：-40~+85℃(工業(yè)級)/0~75℃(商業(yè)級)；21.封裝：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48；當(dāng)I/O端口口不夠時，可通過74HC164/165/595進(jìn)行端口的擴展，還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU，三線通信，還多了串口。此單片機是國內(nèi)STC公司生產(chǎn)的1T運算速率的增強型新一代51單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，運算速度快了8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換〔250K/S〕。內(nèi)部自帶看門狗電路，在諸多功能集一身的根底上，STC12C5A60S2目前售價與傳統(tǒng)的51差不多，市場供給充足，因此是一款高性價比的單片機。圖2-2STC12C5A60S2引腳圖STC12C5A60S2單片機的主要特性①Flash工藝程序存儲器，可以用電的方式瞬間擦擦、改寫，而且支持串口程序燒寫；②工作頻率范圍：0~35MHz，相當(dāng)于普通8051的0~420MHz；③片上集成1280字節(jié)RAM；④2個時鐘輸出口，可由T0/T1的溢出在P3.4/P3.5輸出時鐘；⑤4個16位定時器；⑥如ALE、NA端口有第二功能，可以作為普通的I/O口接入元器件；⑦36可編程I/O線；⑧低功耗的閑置和外部掉電檢測電路；⑨內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路〔外部晶體12M以下時，復(fù)位腳可直接1K電阻接地〕；單片機STC12C5A60S2成為本設(shè)計中智能家居系統(tǒng)的主控元件，多端口的輸入/輸出，增強型的51單片機等特點，都使得此單片機有更大的優(yōu)勢，來控制整個家居系統(tǒng)的各個功能模塊的協(xié)調(diào)運作。第三章系統(tǒng)硬件選擇及模塊電路設(shè)計系統(tǒng)的硬件選擇決定著整個智能家居系統(tǒng)的功能和質(zhì)量，因此在選件前必須做好充分的準(zhǔn)備工作，無論是資料的查閱還是同類型器件優(yōu)缺點的比較及取舍，都非常重要。有時可能某個元器件的微弱誤差引起整個系統(tǒng)的失誤或失敗。所以在硬件的選取工作上一定要細(xì)致，全面比較，綜合考慮，在結(jié)合性價比的同時更主要功能的實現(xiàn)。硬件選取后，接下來的工作就是模塊電路的連接及整合，根據(jù)所選硬件和關(guān)鍵芯片的工作原理和接線方式，進(jìn)行相關(guān)模塊電路的設(shè)計，在充分考慮可行性的同時還要注重功能實現(xiàn)的簡便快捷和準(zhǔn)確性。3.1電源電路模塊的設(shè)計系統(tǒng)的主控和核心單元STC12C5A60S2的工作電壓為5V直流，而常用家居電源電壓均為220V交流，因此假設(shè)要整個家居系統(tǒng)正常工作，必須提供合理的電源電壓，所以需要進(jìn)行必要的電壓轉(zhuǎn)換。常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的LM78xx系列和負(fù)電壓輸出的LM79xx系列。由此我們我們知道，三端IC是指分別由輸入端、接地端和輸出端這三條引腳輸出的一種穩(wěn)壓用的集成電路。本設(shè)計中選用LM78xx系列，由于本設(shè)計中需用到兩個不同的直流電源，即+5V和+12V，那么電路原理圖如下：圖3-1電源轉(zhuǎn)換電路電源電路工作原理：由于LM78xx系列的三端穩(wěn)壓器都有一個所謂的“壓損〞問題，也就是穩(wěn)壓時所導(dǎo)致的輸入電壓與輸出電壓的落差值〔穩(wěn)壓損耗〕，一般壓損為2.5V，所以要想得到想要的穩(wěn)壓值，必須使輸入端高于所需值+壓損值，綜合LM7805和LM7812的輸入電壓范圍，變壓器變壓后所得的電壓分別為9V和15V。5V電源的獲得方式如下：首先220V交流電經(jīng)過一個變壓比約為1：24的小型變壓器變?yōu)?V交流電壓，然后通過4個二極管組成的橋式整流器進(jìn)行整流，濾去大局部紋波電壓，輸出信號通過電容再次進(jìn)行濾波，防止產(chǎn)生自激振蕩。然后通過一個三段集成器LM7805得到一個5V直流電源，在輸出端再接入電容來濾除輸出端的高頻信號，改善電路的暫態(tài)效應(yīng)。最后得到一個穩(wěn)定的+5V直流電源輸出。同理，當(dāng)經(jīng)過整流橋的電流流經(jīng)LM7812時，最終經(jīng)過濾波和穩(wěn)壓，得到一個穩(wěn)定的+12V電壓輸出。3.2溫度檢測模塊電路設(shè)計智能家居的一個主要控制對象就是住戶室內(nèi)溫度，適宜的溫度為主人提供良好的家居環(huán)境，這樣一來，溫度檢測與控制模塊就成了首先應(yīng)該實現(xiàn)的功能。在測溫電路中選取了數(shù)字溫度傳感器DS18B20。它獨特的一線接口，耐磨耐碰，體積小，并能直接輸出溫度的數(shù)字信號，便于單片機控制。溫度傳感器器件介紹DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置存放器四大局部構(gòu)成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下列圖所示：圖3-2DS18B20內(nèi)部原理圖DS18B20工作原理：DS18B20的讀寫時序和測溫原理與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)換時的延時時間由2s減為750ms。DS18B20測溫原理是：受溫度影響很小的低溫度系數(shù)晶振，產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。隨溫度變化其振蕩率明顯改變的高溫度系數(shù)晶振，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在－55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度存放器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(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)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度存放器值的累加，此時溫度存放器中的數(shù)值即為所測溫度。根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機〔單片機〕控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，當(dāng)DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。3.2.2溫度檢測模塊電路設(shè)計圖3-3溫度檢測電路溫度檢測電路工作原理：DS18B20工作電壓為3.0~5.5V，所以5V電源足矣保證其正常工作。數(shù)據(jù)總線可以對其進(jìn)行供電，但完成溫度測量時間較長，為使其到達(dá)迅速測溫的要求，采用外部供電。首先，DS18B20把直接讀出的被測室溫根據(jù)實際要求通過簡單編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字量，然后通過DQ接口由導(dǎo)線進(jìn)入單片機的P1.1端口，單片機根據(jù)所得數(shù)字量進(jìn)行讀取，并通過導(dǎo)線傳給接在其他端口的LCD，并顯示。完成溫度的測量和顯示。3.3亮度檢測模塊電路設(shè)計光敏電阻特性是在不同光照強度下，其阻值發(fā)生變化〔只要是人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化〕。利用這一特性，我們把光敏電阻接入電路實現(xiàn)亮度檢測。圖3-4亮度檢測電路亮度檢測電路工作原理：我們把光敏電阻接入電路后，光敏電阻置于窗口處，由于光線的變化，其阻值也在一定時間內(nèi)不斷變化，從而產(chǎn)生連續(xù)的電信號，通過P1.0口進(jìn)入單片機。由于單片機內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換電路，通過相應(yīng)程序，能使P1.0口傳來的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機讀取這些數(shù)字信號，就能得出相應(yīng)的光照強度，并決定是否啟動其他應(yīng)對措施。3.4時鐘電路模塊設(shè)計時鐘電路可以簡單定義如下：1).就是產(chǎn)生象時鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路。2).任何工作都按時間順序。用于產(chǎn)生這個時間的電路就是時鐘電路。3.4.1時鐘芯片的選取由于采用單片機計時有諸多缺點，比方一方面需要采用計數(shù)器，額外的占用了硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，都需要消耗單片機的資源，而且，可能某些測控系統(tǒng)不支持這種中斷、查詢等。因此，在本系統(tǒng)中引入時鐘電路，芯片選擇為DS1302，那么能很好地解決這個問題。DS1302是DALLAS公司生產(chǎn)的的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，它是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。它采用普通32768Hz晶振發(fā)出脈沖信號。DS1302是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM存放器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。圖3-5DS1302封裝圖DS1302的引腳排列如上圖所示,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1+0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32768Hz晶振。RST是復(fù)位、片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位存放器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)傳送的方法。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，那么會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc>2.0V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，SCLK為時鐘輸入端。3.4.2時鐘模塊電路圖3-6時鐘模塊電路連接圖以DS1302為關(guān)鍵芯片的時鐘電路工作原理在上文中已經(jīng)作了詳細(xì)介紹，在此便不贅述，但仍有幾點需要說明。時鐘電路通過晶振提供32768Hz提供一秒一個脈沖信號，保證單片機外部的時鐘計時，并通過單片機連接到LCD顯示屏進(jìn)行顯示。正常情況下，由+5V直流電源為DS1302時鐘電路提供穩(wěn)定電源，如果發(fā)生掉電或者意外狀況，由圖中所示電池盒中的可充電電池為時鐘電路繼續(xù)供電，以保證時鐘電路正常的時鐘信號。3.5液晶顯示電路3.5.1液晶顯示器件的選取LCD1602屏幕為2行，每行顯示16個字符，為字符型顯示器，只能顯示數(shù)字和字符，不可以顯示漢字。LCD12864屏幕為64行，每行顯示128個字符，為點陣型顯示器，可根據(jù)需求任意顯示字符，數(shù)字，漢字和圖形。綜合價格因素和實際應(yīng)用的需要，選用LCD1602為改家居系統(tǒng)的顯示器。下面詳細(xì)介紹一下LCD1602的功能實現(xiàn)和各項參數(shù)。1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.5—5.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最正確工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm圖3-7LCD1602實物圖LCD1602與傳統(tǒng)顯示器相比，作為輸出器件的幾個突出優(yōu)點：顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器收到信號后的每一個點都會一直保持原有亮度和顏色，恒定發(fā)光。而不像陰極射線管顯示器〔CRT〕那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器既不會閃爍，又保證了畫質(zhì)高。數(shù)字式接口液晶顯示器的輸入輸出采用數(shù)字量，和主控芯片〔SCM〕的接口連接更加簡單可靠，操作也更為簡便。重量輕，體積小液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來到達(dá)顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比其他顯示器要少得多。LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大局部為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差異，兩者尺寸差異如下列圖10-54所示：圖3-8LCD1602尺寸圖LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳〔帶背光〕接口，各引腳接口說明如下：表3-1LCD1602的引腳定義引腳號引腳號電平輸入/輸出作用1Vss電源地2Vcc電源〔+5V〕3Vee比照調(diào)整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令1=輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0=向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)1=從LCD讀取數(shù)據(jù)6E1，1→0輸入使能信號，1時讀取在信息1→0〔下降沿〕執(zhí)行指令7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line0〔最低位〕8DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line7(最高位)15A+VccLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負(fù)極特殊說明：第3腳：VL為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時比照度最弱，接地時比照度最高，比照度過高時會產(chǎn)生“鬼影〞，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度。第4腳：RS為存放器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平時選擇指令存放器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(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，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。表3-2LCD1602信號真值表RSR/WE功能00下降沿寫指令代碼01高電平讀忙標(biāo)志和AC值10下降沿寫數(shù)據(jù)11高電平讀數(shù)據(jù)LCD1602指令集：假設(shè)想LCD1602能正常工作，必須準(zhǔn)確掌握知道其工作的指令集。1602通過D0~D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。顯示模式設(shè)置：(初始化)00111000[0x38]設(shè)置16×2顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)接口；顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置：(初始化)00001DCBD顯示(1有效)、C光標(biāo)顯示(1有效)、B光標(biāo)閃爍(1有效)000001NSN=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1&光標(biāo)加1)，N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減1&光標(biāo)減1)，S=1且N=1(當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示左移)S=0當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動數(shù)據(jù)指針設(shè)置：數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(0-27H，40-67H)其他設(shè)置：01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0)；02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0)。通常推薦的初始化過程：延時15ms寫指令38H延時5ms寫指令38H延時5ms寫指令38H延時5ms〔以上都不檢測忙信號〕〔以下都要檢測忙信號〕寫指令38H寫指令08H關(guān)閉顯示寫指令01H顯示清屏寫指令06H光標(biāo)移動設(shè)置寫指令0cH顯示開及光標(biāo)設(shè)置3.5.2LCD1602時序圖簡介首先來說一下操作時序時間，操作時序時間是啟動該讀寫功能必需得保持電平的時間長度，不過對單片機操作沒什么影響，因為單片機的指令周期周期大約為1us〔例如晶振為12M時,機器周期為12X1/12M=1us〕，而1602時序里都是ns級，所以只對高速類控制芯片如FPGA/CPLD等有影響。時序圖讀寫方法：從上到下，從左到右，高電平在上，低電平在下，高阻態(tài)在中間。雙線表示可能高也可能低，視數(shù)據(jù)而定。交叉線表示狀態(tài)的上下變化點，可以是高變低，也可以是低變高，也可以不變。如下列圖所示，圖上第一條豎線畫面在了RS和R/W上,也就是說第一個時序從這里開始,即先將RS設(shè)為高或低(高表示數(shù)據(jù)讀或?qū)?低表示指令讀或?qū)?而R/W的上下帶表是讀還是寫,本圖是寫時序圖,所以是低的。第二步就是給數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)總線上給出數(shù)據(jù)，這與第一步相隔時間沒有要求，實際上先后也沒有要求的。第三步是將使用信號E置高,這里有三個時序要求，第一個是tsp2，這個是這個看表，可以看到叫做〞寫操作的數(shù)據(jù)建立時間〞。時間最小是40ns，意思就是說第二步的操作，數(shù)據(jù)信號在總線上生效之后至少要等40ns，才可以給第三步是使能信號E。第三步的要求不僅如此,還有一個tsp1,同理,這里是講,R/W信號至少要生效30ns的時間后才能給使能信號.另外,使能信號上升時間tR要小于25ns.圖3-9LCD1602寫程序時序圖第四步，使能信號要保持Tpw=150ns以上，51單片機不用考慮,其他高速的MCU什么的就要做延時了。第五步，使用信號下降，下降時間Tf還是小于25ns。第六步，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)要保持Thd2的時間才能變化，RS、R/W那么要保持Thd1的時間，然后就可以了。讀時序與寫時序是相同的，只是R/W中間是高電平而已。3.5.3液晶顯示電路設(shè)計圖3-10LCD液晶顯示模塊電路液晶顯示電路工作原理：液晶顯示器LCD1602通過7~14管腳的數(shù)據(jù)總線與單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，單片機通過輸出高地電平來控制液晶顯示器LCD1602的4~6管腳配合傳送的數(shù)據(jù)決定讀/寫數(shù)據(jù)，并通過LCD顯示屏顯示出來。期間單片機是控制元件，而LCD1602為顯示和執(zhí)行元件。3.6開關(guān)電路為了調(diào)整LCD顯示器的數(shù)據(jù)，而又在不采用鍵盤的前提下，設(shè)計了如下列圖所示的按鍵開關(guān)電路。開關(guān)電路工作原理：開關(guān)MEU1為菜單開關(guān)，當(dāng)P3.4輸出為高電平時，按下MEU1，電路導(dǎo)通，通過系統(tǒng)預(yù)設(shè)程序決定單片機傳給LCD1602高/低電平，從而切換到寫數(shù)據(jù)過程。當(dāng)P1.2和P1.3輸出均為高電平時，兩個開關(guān)所在電路均為通路，ADE1鍵表示增加，DEC1鍵盤表示遞減，通過按下不同的開關(guān)，來調(diào)整顯示在LCD1602上的數(shù)據(jù)，修改完成后，再按一次MEU1鍵，退出寫數(shù)據(jù)階段，完成LCD顯示器上的數(shù)據(jù)修改。在三個開關(guān)上均要并聯(lián)1uF的電容，是為了去抖動，以消除按鍵開關(guān)在按下和提起時，電路出現(xiàn)明顯的抖動而干擾電路的正常運行。圖3-11開關(guān)模塊電路3.7聲光報警模塊電路智能家居的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是如果監(jiān)測到有人闖入室內(nèi)，會發(fā)出聲光報警，并通過短信方式向主人報警，短信通信模塊電路會在下文中詳細(xì)闡述，本環(huán)節(jié)介紹聲光報警電路的設(shè)計及工作過程。如果想要報警，需要有檢測人員闖入的模塊，而人員闖入時的信息采集模塊有兩個選擇，一個是紅外對射管，一個是熱釋電紅外傳感器。紅外對射管的本質(zhì)是一條線，只有當(dāng)碰觸這條線時才會監(jiān)測到，而熱釋電紅外傳感器是設(shè)防的一個區(qū)域，而不僅僅是一條線。出于平安因素的考慮，我們采用熱釋電紅外傳感器。圖3-12熱釋電紅外傳感器內(nèi)部電路圖熱釋電紅外傳感器的工作原理：熱釋電紅外傳感器通過目標(biāo)與背景的溫差來探測目標(biāo)，其工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，即在鈦酸鋇一類晶體的上、下外表設(shè)置電極，在上外表覆以黑色膜，假設(shè)有紅外線間歇的照射，其外表溫度上升△T，其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓△U。人體或者體積較大的動物都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10μm左右的紅外線，當(dāng)人體進(jìn)入檢測區(qū)，因人體溫度與環(huán)境溫度有差異，人體發(fā)射的10μm左右的紅外線通過菲涅耳透鏡濾光片增強后聚集到紅外感應(yīng)源(熱釋電元件)上，紅外感應(yīng)源在接收到人體紅外輻射時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，進(jìn)而產(chǎn)生△T并將△T向外圍電路輸出，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號，實現(xiàn)監(jiān)測目標(biāo)的功能。假設(shè)實現(xiàn)聲光報警，那么發(fā)光二極管和蜂鳴器自然缺一不可。發(fā)光二極管采用允許最大電流偏大一點的型號，以防止5V電源直接接在二極管兩端燒壞二極管。而蜂鳴器采用普通的蜂鳴器即可到達(dá)所需的設(shè)計要求。圖3-13聲光報警模塊電路聲光報警電路工作原理：為了使二極管和蜂鳴器只有在有人闖入的情況下才會出現(xiàn)報警，所以此電路中引入了PNP型三極管8550，即當(dāng)接在單片機的P1.7口輸出低電平時，電流經(jīng)過R5電阻給三極管的基極加低電平，使得三極管導(dǎo)通，如此一來，蜂鳴器和發(fā)光二極管所在電路就形成了通路?？紤]到一般發(fā)光二極管最大允許電流為20mA，限壓值為2~2.3V，知三極管的壓降0.7V，那么二極管電阻約為2/0.02=100Ω，所以二極管所串電阻應(yīng)約為100Ω。另一方面蜂鳴器選擇KC1201，5V蜂鳴器，電流十幾毫安就可以發(fā)聲，但不能過大，因此本電路選用其與100Ω的電阻串聯(lián)，這樣一來，二極管發(fā)光，同時蜂鳴器發(fā)聲，到達(dá)聲光報警的目的，其中按鍵開關(guān)K2為常閉開關(guān)，為了可以保證人為控制聲光報警電路的開關(guān)狀態(tài)，參加按鍵開關(guān)K2。3.8相關(guān)用電器工作電路不管是光敏電阻模塊還是溫度檢測模塊，還是智能家居的另一輔助功能〔自動啟動電飯鍋，飲水機等〕，要想對其引起的變化做出相應(yīng)的應(yīng)對機制，必須有一個電路在接收對應(yīng)的信號后做出相應(yīng)的處理措施，接下來逐一介紹：3.8.1電飯鍋、飲水機、空調(diào)的應(yīng)對啟動電路模塊根據(jù)溫度檢測模塊傳來的溫度上下，系統(tǒng)應(yīng)該智能的判斷是否符合主人所需的適宜溫度，并作出相應(yīng)變化，決定是否啟動空調(diào)或在接收主人短信后是否啟動自動做飯開關(guān)，而這些開關(guān)的開合需要有專門的芯片進(jìn)行驅(qū)動。這次我們選取了ULN2003A芯片來實現(xiàn)應(yīng)對電路的啟動。首先介紹ULN2003A：ULN2003A是一個7路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時，ULN2003A輸出端為低電平，當(dāng)輸入端為低電平時，ULN2003A輸出端為高電平。它是集成達(dá)林頓管IC，內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅(qū)動繼電器。圖3-14ULN2003A實體圖ULN2003A的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下能與TTL和CMOS電路直接連接，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器。它是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陳列系列產(chǎn)品，具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強等優(yōu)點，適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。圖3-15ULN2003A邏輯圖根本參數(shù)模塊配置7NPN電壓,Vceo:50V集電極直流電流:500mA直流電流增益hFE:1000工作溫度范圍:-20°Cto+85°C引腳數(shù):16封裝類型:DIP晶體管數(shù):7最大連續(xù)電流,Ic:500mA輸入電壓最大:30V輸入類型:5VTTLCMOS輸出電壓最大:50V輸出電流最大:0.6A通道數(shù):7ULN2003A在各種控制電路中常用它作為驅(qū)動繼電器的芯片，其芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管。ULN2003的輸出端允許通過IC電流200mA，飽和壓降VCE約為1V左右，耐壓BVCEO約為36V。輸出電流大，故可以直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器(SSR)等外接控制器件，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。圖3-16最大集電極電流與占空比圖3-17電壓傳播延時波形圖3-18相關(guān)器件應(yīng)對電路ULN200A帶動的繼電器應(yīng)對電路工作原理：當(dāng)單片機接到主人的短信提醒時，根據(jù)內(nèi)部程序處理，ULN2003A的IN1管腳與單片機的P2.6口相接，從單片機輸出高電平，經(jīng)過ULN2003A反向后，繼電器1所在電路形成通路，繼電器1中的線圈開始有電流流入，根據(jù)繼電器的特性，將繼電器1對應(yīng)的開關(guān)從1.2的斷路吸合到2.3通路，使得電飯鍋所在電路形成通路，電飯鍋開始工作，完成做飯。同理，單片機在溫度檢測模塊檢測到溫度不適宜時，從P2.7口輸出高電平，經(jīng)ULN2003A反向后，使繼電器2導(dǎo)通，吸合開關(guān)，使得空調(diào)所在電路形成通路，空調(diào)開始啟動，完成溫度的調(diào)節(jié)。3.8.2窗簾開合模塊窗簾的開合必須要通過電機的牽引，常選用電機有直流電機和步進(jìn)電機。步進(jìn)電機是數(shù)字式控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進(jìn)電機就會轉(zhuǎn)動一個角度，步進(jìn)電機可實現(xiàn)精確定位控制，因此非常適合單片機控制。步進(jìn)電機可分為反響式步進(jìn)電機〔簡稱VR〕、永磁式步進(jìn)電機〔簡稱PM〕和混合式步進(jìn)電機〔簡稱HB〕。而直流電機雖然控制簡單，但是定位精度不高，由于只要到達(dá)馬達(dá)電流就會轉(zhuǎn)動，而且轉(zhuǎn)速和圈數(shù)都難以精確控制，因此綜合各方面因素，選用步進(jìn)電機。如果給步進(jìn)電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機就轉(zhuǎn)的越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機進(jìn)行調(diào)速控制。但應(yīng)注意的是：如果脈沖頻率的速度大于了步進(jìn)電機的反響速度，那么步進(jìn)電機就會出現(xiàn)失步現(xiàn)象。圖3-19六線式步進(jìn)電機接線圖與兩相四線步進(jìn)電機相比，四相八線步進(jìn)電機雖然步距腳由整步的1.8度變成了0.9度，步進(jìn)更加精確，但是四相八線步進(jìn)電機需要驅(qū)動器對四個繞組的八個繞組分別進(jìn)行控制，電路的復(fù)雜性和本錢都會增加。而且對窗簾的開合控制沒必要那樣精確，因此本設(shè)計采用兩相四線，控制四個繞組。因此，步進(jìn)電機選用兩相四拍式步進(jìn)電機。表3-3兩相四拍步進(jìn)電機工作模式時序表步進(jìn)電機信號輸入第一步第二步第三步第四步返回第一步正轉(zhuǎn)IN10111返回IN21011返回IN31101返回IN41110返回反轉(zhuǎn)IN11110返回IN21101返回IN31011返回IN40111返回如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機正傳，如果按照反序換相通電，那么步進(jìn)電機反轉(zhuǎn)。如：正轉(zhuǎn)通電順序為：A--B--A’--B’依次循環(huán)。那么反轉(zhuǎn)的通電順序為：B’--A’--B--A依次循環(huán)。步進(jìn)電機重要參數(shù)：拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度〔轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)〕，以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/〔50*4〕=1.8度〔俗稱整步〕，八拍運行時步距角為θ=360度/〔50*8〕=0.9度〔俗稱半步〕。定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩〔由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的〕。靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積〔幾何尺寸〕的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)?！瞐〕〔b〕〔c〕〔d〕圖3-20步進(jìn)電機內(nèi)部構(gòu)造圖在前文中已經(jīng)提到，亮度檢測模塊檢測室內(nèi)的光線強度，如果亮度過高，那么應(yīng)啟動步進(jìn)電機牽引窗簾關(guān)閉，相反，如果亮度過低，啟動啟動步進(jìn)電機反轉(zhuǎn)牽引窗簾翻開。因此，步進(jìn)電機的驅(qū)動電路也是一個非常重要的環(huán)節(jié)。ULN2003A能驅(qū)動步進(jìn)電機，但需要將單片機輸出的TTL信號放到可以驅(qū)動步進(jìn)電機馬達(dá)轉(zhuǎn)動的電流強度才行，而這個放大倍數(shù)不好控制，而L298N是內(nèi)含兩個H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以直接用單片機的I/O提供信號，而且電路簡單，使用方便。介紹完步進(jìn)電機，接下來介紹一下L298N芯片：L298N是SGS公司的產(chǎn)品,其內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動電路,即內(nèi)含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器,接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號,可驅(qū)動46V、2A以下的電機。由L298N構(gòu)成的PWM功率放大器的工作形式為單極可逆模式,2個H橋的下側(cè)橋晶體管發(fā)射極連在一起,其引腳排列如下列圖所示,1腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器,形成電流傳號。該芯片可以驅(qū)動一臺兩相步進(jìn)電機或四相步進(jìn)電機，也可以驅(qū)動兩臺直流電機。需要特別注意的是，L298N需要從外部接兩個電壓，一個是L298N芯片的，另一個是給電機的。圖3-21L298N管腳圖L298N是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳的Multiwatt封裝，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路?？梢苑奖愕尿?qū)動兩個直流電機，或一個兩相步進(jìn)電機。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4．5～7V電壓。其中，ENA，ENB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。ENA控制IN1和IN2腳，ENB控制IN3和IN4，使能端ENA和ENB兩路控制電路，TTL電平輸入，高電平時有效。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為+2.5～46V。輸出電流可達(dá)2A，可驅(qū)動電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機。L298N的5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。對于步進(jìn)電機的調(diào)速，我們采用PWM調(diào)速的方法。其原理就是開關(guān)在一個周期內(nèi)的導(dǎo)通時間為t，周期為T，那么電機兩端的平均電壓U=Vcc*〔t/T〕=αVcc。其中，α=t/T〔占空比〕，Vcc是電源電壓。電機的轉(zhuǎn)速與電機兩端的電壓成比例關(guān)系，而電機兩端的電壓與控制波形的占空比成正比，因此電機的速度與占空比成比例，占空比越大，電機轉(zhuǎn)的越快。在硬件電路的連接上，我們將單片機的P2.2~P2.5口分別連接到L298N的IN1~IN4上，通過改變P2.2~P2.5口上的上下電平變化以控制L298N的輸出，進(jìn)而控制電機的正反轉(zhuǎn)，通過改變P2.2~P2.5口上的上下電平的占空比以控制電機的轉(zhuǎn)速。PWM配合橋式驅(qū)動電路L298N，實現(xiàn)步進(jìn)電機的調(diào)速，非常簡單，由于窗簾的開合對電機速度的要求不是很高，因此，對PWM步進(jìn)電機調(diào)速的要求也就沒那么嚴(yán)格了。圖3-22L298N與步進(jìn)電機電路接線圖L298N驅(qū)動步進(jìn)電機工作原理：在圖中，5V電源給L298N芯片供電，12V電源給步進(jìn)電機供電，但是兩個電源都應(yīng)接在L298N芯片上。為了防止電源的電壓對芯片和電機構(gòu)成干擾，在兩個電源的上并聯(lián)了兩個磁片電容，已到達(dá)濾波的目的，保證電源的穩(wěn)定輸出。如上圖所示，IN1~IN4分別接到單片機的4個端口，ENA和ENB兩個使能端也接入單片機的另外兩個端口，使能端高電平時有效，電機通過L298N得到的上下電平，驅(qū)動步進(jìn)電機工作。而圖中二極管的作用是：在電機的換向和停止時，電機還在轉(zhuǎn)動，內(nèi)部線圈產(chǎn)生了感生電流，二極管用來續(xù)流?，F(xiàn)在介紹步進(jìn)電機的工作過程，比方，當(dāng)與L298N的4個輸入口連接的單片機四個端口輸入1011時，經(jīng)過L298N的OUT1~OUT4口的輸出那么變?yōu)?100，此時，與L298N的OUT1和OUT2接口相連的繞組A就導(dǎo)通了，驅(qū)動步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動一個步距腳，下一個脈沖過來時，變成了1101，同樣，經(jīng)過L298N后，就變成了0010，此時OUT1和OUT2所在的A繞組不工作，OUT3和OUT4所在的B繞組導(dǎo)通，驅(qū)動步進(jìn)電機再轉(zhuǎn)過一個步距腳，就這樣依次循環(huán)，完成了步進(jìn)電機的連續(xù)正轉(zhuǎn)。相類似的，如果把步進(jìn)電機的正轉(zhuǎn)給電順序反轉(zhuǎn)，并連續(xù)循環(huán)，就實現(xiàn)了步進(jìn)電機的反轉(zhuǎn)，就這樣，完成了單片機對步進(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)控制。3.9串口通訊模塊智能家居的一個重要特點就是一體化，即主人可以控制各局部家居系統(tǒng)的開關(guān)，也能隨時清楚家居系統(tǒng)的工作狀態(tài)，比方，如果人員闖入室內(nèi)，報警監(jiān)測模塊會發(fā)出聲光報警，與此同時，系統(tǒng)會智能的給主人發(fā)送一條短信通知主人。而這也就實現(xiàn)了真正意義上的智能家居。而系統(tǒng)給家居主人發(fā)送報警短信的這一功能，那么是智能家居的核心構(gòu)成局部，信息通信模塊電路的設(shè)計也就成為不能無視的問題。在本設(shè)計中，串行通信模塊采用先進(jìn)的GSM通信技術(shù)。3.9.1GSM簡介GSM是GlobalSystemForMobileCommunications的縮寫，由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織ETSI制訂的一個數(shù)字移動通信標(biāo)準(zhǔn)，GSM是全球移動通信系統(tǒng)(GlobalSystemforMobilecommunications)的簡稱。它的空中接口采用時分多址技術(shù)。隨著GSM技術(shù)的迅速開展以及GSM網(wǎng)絡(luò)的普遍性的提升，加之其集高效、快速、準(zhǔn)確于一身的優(yōu)點，GSMModem與單片機的串口通訊是核心局部。GSMModem是數(shù)據(jù)通訊與單片機結(jié)合的重要組成局部，大局部的GSMModem使用AT指令來設(shè)置參數(shù)。表3-4與SMS相關(guān)的AT指令A(yù)T指令功能AT+CMGC發(fā)出一條短消息命令A(yù)T+CMGD刪除SIM卡內(nèi)存的短消息AT+CMGF選擇短消息信息格式：0--PDU；1--文本AT+CMGR讀取短消息AT+CMGS發(fā)送短消息AT+CMGW向SIM內(nèi)存中寫入待發(fā)的短消息AT+CMSS從SIM內(nèi)存中發(fā)送短消息AT+CNMI顯示新收到的短消息由于GSMModem提供的接口是標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，采用ELA電平。而單片機使用TTL電平，與EIA電平不能直接通用，所以要在單片機和GSMModem之間連接實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的電路，一般用芯片MAX232來實現(xiàn)EIA和TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。3.9.2MAX232芯片簡介MAX232芯片是美信〔MAXIM〕公司專為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。該產(chǎn)品是由德州儀器公司〔TI〕推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是TTL電平0~+5V，MAX232就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5V的TTL/CMOS電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。所有的驅(qū)動器、接收器及電壓發(fā)生器都可以在德州儀器公司的LinASICTM元件庫中得到標(biāo)準(zhǔn)單元。MAX232的工作溫度范圍為0℃至70℃，MAX232I的工作溫度范圍為-40℃至85℃。圖3-23MAX232的引腳配置圖引腳功能：第一局部是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二局部是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳〔R1IN〕、12腳〔R1OUT〕、11腳〔T1IN〕、14腳〔T1OUT〕為第一數(shù)據(jù)通道。8腳〔R2IN〕、9腳〔R2OUT〕、10腳〔T2IN〕、7腳〔T2OUT〕為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳〔T1IN〕、10引腳〔T2IN〕輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從14腳〔T1OUT〕、7腳〔T2OUT〕送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從13引腳〔R1IN〕、8引腳〔R2IN〕輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳〔R1OUT〕、9引腳〔R2OUT〕輸出。第三局部是供電。15腳GND、16腳VCC〔+5v〕。3.9.3GSM模塊電路設(shè)計GSM模塊，是將GSM射頻芯片、基帶處理芯片、存儲器、功放器件等集成在一塊線路板上，具有獨立的操作系統(tǒng)、GSM射頻處理、基帶處理并提供標(biāo)準(zhǔn)接口的功能模塊。GSM模塊，是一個類似于的通訊模塊，集成了的假設(shè)干功能于一塊小電路板上，它可以發(fā)送短消息，通話等等，模塊雖小，但它具備了很多的功能，擁有它等于就是擁有了的核心局部了，它在很多應(yīng)用領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，GSM模塊通過使用AT指令才能控制它，模塊可以與電腦RS232串口相連，也可以用單片機來進(jìn)行控制。圖3-24TC35i實物圖TC35i的管腳功能：1～5引腳是正電源輸入腳通常推薦值4.2V，第6～10引腳是電源地。11、12為充電引腳，可以外接鋰電池，13為對外輸出電壓(共外電路使用)，14為ACCU-TEMP接負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，用于鋰電池充電保護控制。15腳是啟動腳IGT，系統(tǒng)加電后為使TC35i進(jìn)入工作狀態(tài),必須給IGT加一個大于100ms的低脈沖,電平下降持續(xù)時間不可超過1ms。16～23為數(shù)據(jù)輸入/輸出，分別為DSR0、RING0、RxD0、TxD0、CTS0、RTS0、DTR0和DCD0。tc35i模塊的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合ITU-TRS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，波特率在300bps~115kbps之間可選，默認(rèn)9600。硬件握手信號用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，CMOS電平，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。其中18腳RXD、19腳TXD為TTL的串口通訊腳，可以方便和單片機進(jìn)行通訊。TC35i使用外接式SIM卡,24～29為SIM卡引腳，SIM卡同TC35i是這樣連接的:SIM上的CCRST、CCIO、CCCL、CCVCC和CCGND通過SIM卡閱讀器與TC35i的同名端直接相連，ZIF連接座的CCIN引腳用來檢測SIM卡是否插好，如果連接正確，那么CCIN引腳輸出高電平，否那么為低電平。TC35i的第32腳SYNC引腳有兩種工作模式，一種是指示發(fā)射狀態(tài)時的功率增長情況，另一種是指示TC35i的工作狀態(tài)，可用AT命令A(yù)T+SYNC進(jìn)行切換，本模塊使用的是后一種。當(dāng)LED熄滅時,說明TC35i處于關(guān)閉或睡眠狀態(tài)；當(dāng)LED為600ms亮/600ms滅時，說明SIM卡沒有插入或TC35i正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)登錄；當(dāng)LED為75ms亮/3s熄時，說明TC35i已登錄進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，處于待機狀態(tài)。30、31、32腳為控制腳，其中30為RTCbackup，31為Powerdown，32為SYNC。35～38為語音接口，35、36接揚聲器放音。37、38可以直接接駐極體話筒來采集聲音〔37是話筒正端，39是話筒負(fù)端〕。圖3-25串口通信模塊電路圖串口通訊模塊工作原理：GSMModem采用的RS232串口與單片機通信時的兩問兩答的握手信號：DTR數(shù)據(jù)終端就緒，DSR數(shù)據(jù)設(shè)備就緒好，RTS請求發(fā)送，CTS去除發(fā)送，它們依次有效〔1為有效〕RS232串口才能收發(fā)數(shù)據(jù)。其中，DSR、CTS是串口輸出給單片機的，對單片機來講可不用接入，而DTR、RTS這2條輸入線是終端設(shè)備輸入給RS232串口的，必須接通。這2個信號可用軟件設(shè)置或者由硬件產(chǎn)生〔即直接把DTR、RTS接到正電壓〕。本系統(tǒng)采用前者，如上圖所示。至此為止，智能家居系統(tǒng)的硬件電路已經(jīng)分模塊設(shè)計完成，把所有的硬件模塊進(jìn)行整合，就完成了智能家居系統(tǒng)的整體硬件電路設(shè)計。硬件電路局部是智能家居系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，整個系統(tǒng)的功能實現(xiàn)和執(zhí)行就依靠硬件電路的準(zhǔn)確連接和配合。所以，硬件整體電路構(gòu)成了家居系統(tǒng)的“軀干〞，所有的執(zhí)行和配合都需要對硬件電路作出精確控制，而控制局部就是軟件系統(tǒng)的設(shè)計。第四章軟件系統(tǒng)設(shè)計前文中詳細(xì)闡述了硬件電路的模塊化設(shè)計及最終電路總圖的整合，這些而能夠控制這個家居系統(tǒng)“軀干〞的“大腦思維〞就是我們接下來會介紹的家居系統(tǒng)另一個重要環(huán)節(jié)的設(shè)計，智能家居軟件系統(tǒng)的設(shè)計。軟件系統(tǒng)是系統(tǒng)控制的靈魂，有極大的靈活性，可以根據(jù)系統(tǒng)的要求和功能而變化，在硬件結(jié)構(gòu)一定的情況下，智能性幾乎完全靠軟件來實現(xiàn)。對于設(shè)計者而言，軟件系統(tǒng)的設(shè)計重在把設(shè)計者預(yù)設(shè)的嚴(yán)密的工作思路，轉(zhuǎn)換成電路及芯片之間能夠流通和交流的信號和“語言〞。而且，在此次設(shè)計中，軟件結(jié)構(gòu)仿效硬件電路的設(shè)計理念，采用模塊化設(shè)計，各個功能程序分別編寫并調(diào)試，在各模塊調(diào)試成功后，再將所有模塊連接整合，構(gòu)成總系統(tǒng)的軟件。這樣，不僅有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于編程、調(diào)試、維護和協(xié)作。4.1C語言簡介在本系統(tǒng)的設(shè)計中，主要采用單片機的C語言編程，使用KeiluVision2作為單片機軟件的開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)對程序的編輯、編譯和調(diào)試。C語言是一種通用的計算機程序設(shè)計語言，它提供高效的代碼，結(jié)構(gòu)化的編程，和豐富的操作符。雖然它不是一種大語言，不是為任何特殊應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計的，但它的限制比較少，這也就從一定程度上方便了完成不同的軟件任務(wù)，并進(jìn)行有效的編程。KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有著無與倫比的優(yōu)越性，而且易學(xué)易用，非常適合系統(tǒng)的軟件編程。C語言與其它語言相比，有很多無法比較的優(yōu)點：、語言簡潔、緊湊，使用方便靈活。C語言一共有32個關(guān)鍵字、9種控制語句，程序書寫形式自由，主要用小寫字母表示，壓縮了一切不必要的成分。C語言程序比其他許多高級語言簡練，源程序短，因此輸入程序時工作量明顯減輕。、運算符豐富。C語言的運算符包含的范圍非常廣，運算符種類到達(dá)34種。數(shù)據(jù)類型特別廣泛，現(xiàn)代語言中的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)幾乎全部包含在內(nèi)。、具有結(jié)構(gòu)化的控制語句。用函數(shù)作為程序的模塊單位，便于實現(xiàn)程序的模塊化。C語言是完全模塊化和結(jié)構(gòu)化的語言。、語法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計自由度較大。為了使程序更加靈活，C語言在語法的檢查上放寬了限制，使程序員更加自由的運用C語言。、C語言可以對物理地址直接的進(jìn)行訪問，能進(jìn)行位操作。、生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。與匯編程序生成的目標(biāo)代碼相比，C語言生成效率只低了20%左右。、用C語言編寫的程序可移植性特別高。在不做修改的前提下幾乎能移植到各種操作系統(tǒng)及不同型號的主控部件。由于C語言多功能的特點，使C語言的應(yīng)用面非常廣。4.2主控系統(tǒng)局部的軟件設(shè)計按鍵開關(guān)電路模塊利用定時器T0定時器中斷實現(xiàn)，LCD液晶顯示模塊利用T1定時器中斷對接收到的溫度值以及時鐘電路時鐘值進(jìn)行實時顯示，其余的功能在主程序中是實現(xiàn)。4.2.1按鍵開關(guān)輸入模塊電路的軟件設(shè)計按鍵開關(guān)電路使用定時器T0中斷，整個過程中，如果LCD顯示的時間值不準(zhǔn)確，通過MEU1按鈕進(jìn)入按鍵開關(guān)電路執(zhí)行模塊，ADE1鍵為加鍵，DEC1鍵為減鍵，通過兩個按鍵開關(guān)對時間進(jìn)行調(diào)整，調(diào)時完成后退出該模塊，流程圖如下：T0中斷入口時間慢？T0中斷入口時間慢？