畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于RFID開放式智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計

基于RFID的開放式家居控制系統(tǒng)模型設(shè)計 目錄第一章緒論1.1課題設(shè)計背景與意義1.1.1課題背景早在21世紀(jì)初中國就提出了物聯(lián)網(wǎng)這個概念。當(dāng)時對其進(jìn)行的定義是：通過RFID（RadioFrequencyIDentification，射頻識別）系統(tǒng)、GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位）、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等信息傳感設(shè)備，按照安其各自的通信協(xié)議，把與生活息息相關(guān)的物品數(shù)字化，并且將其聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)與，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。隨著“十二五”的到來，在中國物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也將進(jìn)入了關(guān)鍵時期，同時中國在未來面對跟多的全球化競爭合作，在信息產(chǎn)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)“初步形成產(chǎn)業(yè)體系完整、創(chuàng)新能力增強、應(yīng)用水平提升、網(wǎng)絡(luò)信息安全的良性發(fā)展格局”。作為物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域之一的智能家居系統(tǒng)是與大眾生活最密切相關(guān)也是最容易部署實施的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系。智能家居有很多部分組成，它包括門禁、對講、安防、視頻監(jiān)視、通風(fēng)系統(tǒng)、空氣透析系統(tǒng)、智能窗、煤氣泄漏感應(yīng)器、煙霧探測感應(yīng)器、插座、燈光控制開關(guān)、空調(diào)、風(fēng)雨感應(yīng)器、SOS緊急求助按鍵、電視等等。與智能家居相關(guān)性最大的行業(yè)莫過于是樓宇建筑行業(yè)，因為要具備基本的通訊、門禁對講等功能，并考慮到物業(yè)公司為小區(qū)業(yè)主或?qū)懽謽强蛻籼峁┫嚓P(guān)的服務(wù)以及自身的收費需要，在樓宇建設(shè)的前期，即需要規(guī)劃考慮與智能家居相關(guān)的綜合布線、通信接入、物業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)、安防報警網(wǎng)絡(luò)等等。而與智能家居直接相關(guān)的最基本技術(shù)便是RFID射頻識別技術(shù)，其作為智能家居的最基礎(chǔ)的核心【1】，現(xiàn)在越來越多的進(jìn)入科技人員的視野，也越來越受到從芯片制作、算法設(shè)計到相關(guān)配套電路設(shè)計的工程技術(shù)人員的追捧。1.1.2課題研究意義智能家居研究意義深遠(yuǎn)，其中不僅涉及到常規(guī)意義上的滿足舒適生活的要求，智能家居更擔(dān)負(fù)著新經(jīng)濟的復(fù)興、推動新興產(chǎn)業(yè)崛起以及節(jié)能減排等事關(guān)國計民生的大擔(dān)子。智能家居的發(fā)展涉及到算法控制、軟硬件設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)支持等多個行業(yè)，幾乎涉及到IT（InformationTechnology，信息技術(shù)）行業(yè)的方方面面，其中作為網(wǎng)絡(luò)支持的運營商，更是有了拓展其業(yè)務(wù)增長的新領(lǐng)域。在運營商看來，基于RFID的智能家居系統(tǒng)，無疑是給從電信運營服務(wù)商轉(zhuǎn)型成為全方位的服務(wù)商提供了非常好的契機。通過這一戰(zhàn)略的實施，目前的電信運營商至少將在將在如下幾個方面獲益：（1）從傳統(tǒng)意義上的逐門逐戶發(fā)展，轉(zhuǎn)向以整棟樓宇甚至整個小區(qū)為基本單位的發(fā)展模式（2）除現(xiàn)有的基礎(chǔ)電信增值營商將有機會把語音、數(shù)據(jù)、視頻的多項業(yè)務(wù)進(jìn)行綁定，提供Tripleplay（三網(wǎng)合一）業(yè)務(wù)。（3）一次性的基礎(chǔ)建設(shè)投入，將有更為長久的收益，未來可以繼續(xù)通過網(wǎng)關(guān)，后臺部署的云服務(wù)器，持續(xù)提供增值服務(wù)（4）智能家居可以將固定電話、移動終端與家庭安防對講等多項同時綁定在一起，實現(xiàn)“保固話、爭移動、提高ARPU（AverageRevenuePerUser，平均每戶收入）值”的經(jīng)營目標(biāo)。1.2智能家居與RFID技術(shù)研究現(xiàn)狀1.2.1亞太地區(qū)智能家居應(yīng)用研究現(xiàn)狀韓國是亞洲智能家居起步較早的國家，韓國的智能家居發(fā)展非常好，這種發(fā)展得益于韓國領(lǐng)先全球的微電子設(shè)計產(chǎn)業(yè)，同時韓國政府對整個產(chǎn)業(yè)的支持也是其發(fā)展巨大的推動力量。日本是一個智能化家居比較發(fā)達(dá)的國家，在日本除了室內(nèi)的家用電器聯(lián)網(wǎng)之外，還通過模式識別等技術(shù)來實現(xiàn)門禁系統(tǒng)，已經(jīng)超出了RFID的概念。世界上最先將射頻識別在生活生產(chǎn)用應(yīng)用的國家是新加坡。早在1998年，新加坡政府早期就已花費數(shù)十億美元用以構(gòu)建最新的RFID基礎(chǔ)設(shè)施，以支持智能家居等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。臺灣的智能家居起步較早，但由政府參與推動始于2002年的e-Taiwan計劃和2004年的m-Taiwan計劃。2005年由行政院內(nèi)政部主導(dǎo)，推動智能家居的發(fā)展，并由國科會啟動“智慧生活與健康照顧創(chuàng)新前瞻研究計劃”，由內(nèi)政部建筑研究院推動“智慧化居住空間產(chǎn)業(yè)中網(wǎng)計劃”，由經(jīng)濟部推動“智慧化居住空間科技應(yīng)用整合計劃”，如今已經(jīng)走在智能家居的前沿見文獻(xiàn)[2]。1.2.2歐洲地區(qū)智能家居應(yīng)用研究現(xiàn)狀歐洲各國特別是北歐四國在智能家居領(lǐng)域的開始較早，比RFID更為先進(jìn)也非常著名的應(yīng)用于家庭無線的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議z-wave就是由丹麥的ZenSys公司所提出的，這一協(xié)議已經(jīng)提出便很快成為家庭無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臒衢T方案。目前，芬蘭、挪威、瑞典、丹麥四國的智能家居規(guī)劃已經(jīng)到了2050年，屆時，北歐將基本全面進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)的時代。1.2.3我國目前智能家居應(yīng)用研究現(xiàn)狀我國人口基數(shù)巨大，相對于其他國家，我國的住宅環(huán)境更具中國特色，在國外，民居的大多是以小型別墅、獨立房屋為主，所以智能家居發(fā)展就更側(cè)重信息網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通，家庭娛樂的控制等方面；而我國的居住環(huán)境多以住宅小區(qū)式為主，所以發(fā)展的重點主要集中在以門禁、對講、安防、監(jiān)控為基礎(chǔ)，融合家居控制和娛樂。智能家居系統(tǒng)可以有多種分類形式，依據(jù)其體系結(jié)構(gòu)為特征進(jìn)行劃分，比較常見。我國目前市場上智能家居主要有拼湊型（功能間無關(guān)聯(lián)的孤立）控制系統(tǒng)，主機式集中控制系統(tǒng)兩種主要模式見文獻(xiàn)[2]。1.3課題研究主要問題1.3.1課題的研究的主要問題本次設(shè)計的主要研究內(nèi)容是射頻技術(shù)與智能家居相結(jié)合，模擬射頻技術(shù)在智能家居的基本應(yīng)用，設(shè)計將為RFID在智能家居中的實際應(yīng)用奠定一定基礎(chǔ)，同時將發(fā)現(xiàn)部分尚需解決的問題，為整個系統(tǒng)提供合理解決方案。設(shè)計通過電路設(shè)計以及相應(yīng)的程序編寫，實現(xiàn)身份識別、預(yù)設(shè)溫度與用戶身份綁定、溫度監(jiān)測等功能?；緦崿F(xiàn)用戶刷卡后，系統(tǒng)識別用戶身份同時給出用戶最適溫度，溫度傳感器檢測當(dāng)前室溫并且與預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行比對。1.3.2創(chuàng)新與實踐設(shè)計中涉及到RFID讀卡芯片、兩塊單片機的應(yīng)用，以及總線接口的溫度傳感器、時鐘電路、串口等部分的設(shè)計，整個畢業(yè)設(shè)計包括硬件電路設(shè)計與仿真、PCB版圖設(shè)計、單片機軟件編寫等內(nèi)容。本次設(shè)計采用兩塊不同型號的STC單片機的使用，STC單片機成本很低，采用的13.56MHz的讀卡芯片單片價格低于5元，同時兼容多種射頻卡，射頻卡千片價格不到100美元，因此可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)采用極低的成本實現(xiàn)了多項功能。采用射頻芯片作為智能家居的識別系統(tǒng)具有多項優(yōu)勢，其通信距離范圍可從幾厘米到幾十米遠(yuǎn)，甚至更遠(yuǎn)；具有極高的保密性，從而適應(yīng)了當(dāng)代數(shù)字化移動商務(wù)中對即時通信的新要求；RFID不受雨雪、冰雹、灰塵與光線等的影響，可全天候、無接觸地完成自動識別、跟蹤與管理。畢業(yè)設(shè)計是動手實踐的極佳時間，整個設(shè)計階段綜合大學(xué)四年多門基礎(chǔ)課程、包括軟硬件的動手設(shè)計，給自己帶來很多提升。同時本次設(shè)計完成也為以后工作和學(xué)習(xí)奠定了良好基礎(chǔ)。1.3.3不足與展望智能家居發(fā)展多年，而這個行業(yè)卻存在諸多問題。首先，其目標(biāo)定位偏高，目前智能家居的主要用戶還是高收入人群，而這一部分人畢竟不占多數(shù)，因此急需降低整個系統(tǒng)的定位定價，以便讓智能家居可以更加平易近人，以中國人口基數(shù)，智能家居將有更加廣闊的市場；其次，切實分析用戶需求，否則就只是房地產(chǎn)開發(fā)商售樓時一個宣傳賣點。這個系統(tǒng)設(shè)計中存在部分問題，首先從設(shè)計成本考慮，沒能將全部系統(tǒng)做成硬件，僅實現(xiàn)了部分硬件化，沒有聯(lián)合調(diào)試各個模塊，以確保各個部分的硬件穩(wěn)定性。其次，因為STC單片機ROM大小有限，限制了可編寫程序的大小，限制了系統(tǒng)的擴展。系統(tǒng)采用串口通信，限制了距離，實際應(yīng)用可采用無線傳輸。1.4課題相關(guān)技術(shù)與解決方案1.4.1射頻識別技術(shù)原理射頻識別系統(tǒng)通常由讀卡器和射頻卡組成的。其中，讀卡器通常作為終端的,讀卡器主要功能是用來對射頻卡進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，其主要分為主控模塊、高頻射頻通訊模塊和射頻天線等部分。而射頻卡通常是一種無源應(yīng)答器，一般由集成電路(IC)芯片及外接天線兩部分組成，射頻卡電路通常集成有射頻前端、邏輯與控制單元、存儲器等功能電路，甚至可以同時在射頻芯片上集成天線[3]。圖1.1常規(guī)射頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖常見無源式別動射頻識別系統(tǒng)的基本工作原理是當(dāng)射頻卡進(jìn)入讀寫器磁場之后，如果卡片接收到來自讀卡器發(fā)出的射頻信號，天線便產(chǎn)生的感應(yīng)電流，電流經(jīng)過變換電路后產(chǎn)生芯片的驅(qū)動信號，同時將帶信息的感應(yīng)電流通過射頻，前端電路校驗得到的數(shù)字脈沖信號然后送入邏輯與控制但愿，將電平信號進(jìn)行處理。射頻識別的另一個類別是主動式響應(yīng)，即射頻卡主動發(fā)出某一頻段的脈沖信號，讀卡器檢測到信號后經(jīng)過特定解碼后，送至邏輯與控制單元進(jìn)行信號與數(shù)據(jù)處理，但由于主動射頻的成本偏高，所以應(yīng)用不是特別廣泛。當(dāng)前被動式射頻識別技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)越來越多，目前有多重國際上通行的射頻識別標(biāo)準(zhǔn)，如ISO10536、ISO14443、ISO15693、ISO18000等等。在這些國際中通常會規(guī)定射頻通訊的幀協(xié)議，除此之外還有針對其正常運行的耦合距離、工作頻段、耦合方式等數(shù)學(xué)物理性能做了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)定。射頻另一個重要參數(shù)便是天線性能的設(shè)計，在相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)中對天線性能也做了相關(guān)規(guī)定。1.4.2射頻天線原理常用的射頻天線設(shè)計方法有線圈天線、倒帶貼貼片天線、偶極子天線等方法，本次設(shè)計中主要采用了線圈天線的設(shè)計。線圈天線的主要原理是當(dāng)有射頻卡進(jìn)入讀卡器線圈的交變電磁場時，耦合天線與射頻讀卡器天線產(chǎn)生類似于變壓器的耦合效應(yīng)，兩個部分的線圈相當(dāng)于常規(guī)變壓器的初級和次級兩部分線圈。射頻天線由諧振回路（圖1.2）構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)包括射頻天線的耦合線圈的電感L、電路寄生電容Cp和以及整個電路的C2，其諧振頻率【4】按公式1.1計算：QUOTE其中。（1.1）射頻識別系統(tǒng)就是通過即該頻段的載波進(jìn)行半雙工通信的。設(shè)計中采用的ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)的MFRC522芯片，其耦合頻率也就是其工作頻段，通常大小為13.56MHz，屬于射頻系統(tǒng)中的中低頻段。目前隨著技術(shù)的進(jìn)步，耦合線圈的界面向著逐步減小的方向邁進(jìn)，現(xiàn)在通常的設(shè)計是在射頻耦合線圈嵌入具備極高導(dǎo)磁率的μ極鐵氧體材料，使系統(tǒng)的互感量M增大，一次來彌補由于耦合線圈面積減小導(dǎo)致的互感量減小，使其參數(shù)滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。圖1.2耦合天線的諧振回路1.4.3射頻識別系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖1.3射頻識別系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)功能框圖圖1.3為一個標(biāo)準(zhǔn)的RFID系統(tǒng)的工作流程圖[5]，此系統(tǒng)為無源式被動射頻識別系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的能量來自于讀卡器的電源。（1）RFID讀卡器在某一空間區(qū)域內(nèi)發(fā)射信號產(chǎn)生一個空間電磁場區(qū)，電磁場大小由芯片的功率密度、頻段和耦合天線的面積決定。（2）當(dāng)有符合標(biāo)準(zhǔn)的射頻卡進(jìn)入這個電磁場區(qū)，射頻卡接受脈沖信號產(chǎn)生耦合電流，經(jīng)過整流橋穩(wěn)壓后產(chǎn)生整個系統(tǒng)穩(wěn)定工作的能量。（3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)解調(diào)器將來自線圈的脈沖信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，并將的道德數(shù)據(jù)發(fā)送給邏輯與控制單元，同時將得到的數(shù)據(jù)在E2PROM中進(jìn)行存儲。（4）需要數(shù)據(jù)發(fā)送時，控制邏輯模塊從E2PROM中讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)解調(diào)模塊解碼，進(jìn)行發(fā)送。（5）讀卡器接到來自數(shù)據(jù)解碼模塊的數(shù)據(jù)后，進(jìn)行相應(yīng)處理，同時進(jìn)行校驗和協(xié)議匹配，得到最終有效數(shù)據(jù)。1.4.4設(shè)計解決方案畢業(yè)設(shè)計主要從整體結(jié)構(gòu)上分為軟件設(shè)計和硬件設(shè)計兩部分，其中便涉及了軟硬件相關(guān)多項技術(shù)問題以及相關(guān)應(yīng)用軟件的使用。硬件設(shè)計中涉及電路設(shè)計、仿真以及PCB（PrintedCircuitBoard，印刷電路圖）制作，因為電路中沒用高壓高頻的部分，所以沒有在這方面做太多考慮。硬件設(shè)計難點是天線的匹配，設(shè)計中前人工作的基礎(chǔ)上采用專門的軟件進(jìn)行設(shè)計的。硬件設(shè)計的另一個主要問題是元器件的選擇，要考慮設(shè)計精度和成本問題，成本優(yōu)化也是硬件設(shè)計的關(guān)鍵，設(shè)計中選擇了最適器件的最低價位選擇，代碼量較大、外圍電路較多的射頻部分采用了大ROM（Read-OnlyMemory，只讀存儲器）的STC單片機，13.56MHz的射頻讀卡芯片也是性價比較高的型號，溫度檢測部分采用最低價的原生51單片機以及價格較低精度可以滿足要求的MCP9801溫度傳感器。軟件設(shè)計主要是軟硬結(jié)合以實現(xiàn)其功能的，與硬件相關(guān)的軟件設(shè)計涉及到元件的管腳電平初始化、芯片時序的操作，設(shè)計中涉及了多種總線時序，包括I2C總線、SPI總線等等，此外，設(shè)計最主要部分的MFRC522芯片的初始化、讀寫函數(shù)、復(fù)位、校驗函數(shù)的編寫，涉及多處算法的設(shè)計。整個設(shè)計中涉及與數(shù)學(xué)物理相關(guān)的理論設(shè)計部分，以及設(shè)計的核心應(yīng)用工程設(shè)計。理論部分有天線匹配、參數(shù)計算、算法設(shè)計等內(nèi)容，工程設(shè)計則包括原理圖設(shè)計、PCB版圖設(shè)計、程序設(shè)計，編譯調(diào)試等相關(guān)部分1.5論文結(jié)構(gòu)依據(jù)半年來的設(shè)計以及整體思路，撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，論文將按照總分總的形式進(jìn)行編寫，論文大致結(jié)構(gòu)如下：：緒論：分析課題背景意義，闡述與課題相關(guān)的技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹畢業(yè)設(shè)計的主要研究問題以及解決總體方案，并分析存在的問題以及為今后改進(jìn)提供思路。：系統(tǒng)總體設(shè)計：全面系統(tǒng)分析畢業(yè)設(shè)計所需技術(shù)解決方案以及整個設(shè)計的整體思路，為整個設(shè)計的總體框架。：系統(tǒng)硬件設(shè)計：主要論述射頻讀寫模塊、天線模塊、通訊模塊、液晶、溫度傳感器、時鐘電路等硬件模塊的詳細(xì)設(shè)計方案。：系統(tǒng)軟件設(shè)計：給出整個設(shè)計的總體程序流程圖和模塊化設(shè)計，同時具體分析各個模塊代碼，在附錄給出具體的程序。第五章：總結(jié)與展望?？陀^的評價了本論文所作的工作和設(shè)計方案，以及有待改進(jìn)的地方。結(jié)束語：總結(jié)設(shè)計并表示致謝。附錄：電路圖、PCB版圖、主要程序代碼基于RFID的開放式家居控制系統(tǒng)模型設(shè)計 第二章系統(tǒng)總體設(shè)計概述第二章系統(tǒng)總體設(shè)計概述本章主要系統(tǒng)介紹整個平臺的總體設(shè)計方案，其中包括軟硬件平臺的設(shè)計方案及模塊的功能分析。整個設(shè)計的需求分析以及解決方案也會在這一部分完成。在整體分析的基礎(chǔ)上，本章將涉及設(shè)計所需的技術(shù)、相關(guān)的元器件選擇原則以及如何安排設(shè)計等方面的內(nèi)容。為了更加適合相關(guān)內(nèi)容的編寫，論文將采用總體的到局部、從上至下的設(shè)計。2.1系統(tǒng)總體設(shè)計方案根據(jù)整個系統(tǒng)分析與需求分析，整個系統(tǒng)分為如下幾個模塊，分別是：由RFID射頻卡和RFID讀卡器共同構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，溫度檢測模塊，顯示模塊，串口發(fā)送/接收模塊，按鍵模塊。各個模塊的具體作用如下：（1）數(shù)據(jù)采集模塊：當(dāng)有符合14443標(biāo)準(zhǔn)的近距離射頻卡進(jìn)入到讀卡器卡范圍時，RFID讀卡器啟動掃描卡號。（2）數(shù)據(jù)處理模塊：基于增強型51內(nèi)核單片機的控制部分，負(fù)責(zé)處理射頻讀卡器傳送的數(shù)據(jù)以及其他信號處理（3）溫度檢測模塊：用于檢測當(dāng)前溫度，并對對應(yīng)相關(guān)卡號進(jìn)行操作（4）顯示模塊：用來接收單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)處理后予以在LCD上顯示，包括一塊1602和一塊12864（5）串口發(fā)送/接收模塊：主要用來通過串口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)（6）按鍵模塊：用于輸入操作以及復(fù)位操作串口串口STC11F32XEAT89C52STC11F32XEAT89C52LCD顯示RFID讀卡器按鍵最小系統(tǒng)LCD顯示LCD顯示RFID讀卡器按鍵最小系統(tǒng)LCD顯示時鐘控制溫度檢測最小系統(tǒng)圖2.1系統(tǒng)總體設(shè)計模塊2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計分為兩個部分，分別是射頻模塊和溫度檢測模塊。溫度檢測主要由AT89C52主控芯片、基于IIC總線的MCP9801、DS1302始終芯片組成。硬件電路由五部分構(gòu)成：微控制器AT89C52、LCD1602顯示、串口通信MAX232、按鍵電路、DS1302時鐘電路等部分。微控制器AT89C52負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制操作。中控芯片負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化，驅(qū)動各個模塊以及協(xié)調(diào)控制。按鍵按下時溫度檢測模塊檢測當(dāng)前溫度，通過單片機輸出到1602液晶顯示器上。1302通過單片機在液晶屏上顯示當(dāng)前時間，同時當(dāng)串口有數(shù)據(jù)微控器負(fù)責(zé)匹配當(dāng)前溫度。射頻模塊主要由STC11F32XE單片機、LCD12864顯示、RC522射頻讀卡器組成。硬件電路包括微控制器、LCD顯示器、射頻讀卡器、串口、按鍵等部分。當(dāng)讀卡器檢測到有M1卡進(jìn)入讀卡范圍時，便讀取卡號傳送給單片機，有單片機驅(qū)動在LCD12864上進(jìn)行顯示，同時將溫度信息傳輸給溫度檢測模塊，增強型的STC單片機通過與讀卡器的SPI總線連接，通過模擬SPI時序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通信。2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的分析，模塊之間的通信，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。系統(tǒng)軟件部分通過C語言編寫，編譯工具采用Keil和STC-ISP下載。系統(tǒng)軟件設(shè)計分為射頻模塊和溫度檢測模塊兩部分。溫度模塊：（1）數(shù)據(jù)采集：MCP9801檢測當(dāng)前溫度，通過IIC控制器傳送給單片機，單片機負(fù)責(zé)處理相應(yīng)數(shù)據(jù)，包括溫度時間等。（2）數(shù)據(jù)分析：AT89C52接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理傳送個液晶屏。（3）模塊之間的通信：微控器與MCP9801/DS1302之間的通信都是通過模擬I2C總線進(jìn)行的，I2C總線的高效性、高實用性、高可靠性數(shù)據(jù)傳輸增強了系統(tǒng)的實時性和可靠性。（4）數(shù)據(jù)處理：針對數(shù)據(jù)的采集和分析的結(jié)果做出相應(yīng)的處理，例如顯示等。射頻模塊：（5）數(shù)據(jù)采集：讀卡器RC522通過耦合天線讀取符合14443協(xié)議的RFID卡的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)通過SPI總線時序傳送出去。（6）數(shù)據(jù)分析：STC11F32XE接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理傳送個液晶屏和溫度主控模塊（7）模塊之間的通信：微控器與射頻讀卡器之間的通信都是通過模擬SPI總線進(jìn)行的，SPI總線傳輸增強了系統(tǒng)的實時性和可靠性。（8）數(shù)據(jù)處理：針對數(shù)據(jù)的采集和分析的結(jié)果做出相應(yīng)的處理，例如顯示等。2.4本章小結(jié)總體設(shè)計階段，大致給出了系統(tǒng)的硬件功能模塊和軟件功能模塊，并且在此分析基礎(chǔ)上做出了整個設(shè)計出的具體的、可以滿足本系統(tǒng)全部需求和要求的子模塊，以實現(xiàn)以后的設(shè)計中的模塊化進(jìn)行，為整體設(shè)計帶來方便，簡化工作程序?；赗FID的開放式家居控制系統(tǒng)模型設(shè)計 第三章系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計第三章系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計硬件是整個系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，硬件的可靠性與穩(wěn)定性也直接影響到整個系統(tǒng)的可靠運行。此外，硬件設(shè)計相對與軟件成本顯得格外重要，因此，如何綜合性價比選出合適硬件設(shè)備來組建平臺就成了一個關(guān)鍵問題。最終目標(biāo)是硬件選擇要為軟件運行搭建合適合理的系統(tǒng)構(gòu)架。本章主要講述硬件的具體設(shè)計方案，其中涉及硬件平臺構(gòu)架、元器件選擇、以及詳細(xì)的設(shè)計方案。3.1硬件設(shè)計總體方案整個設(shè)計中的電路通過仿真和部分實物的形式構(gòu)成，其中溫度檢測控制部分采用仿真形式，電路的仿真設(shè)計軟件使用Protues7.7，RFID讀卡器以及其相應(yīng)的電路部分因無法仿真，采用實際電路，電路設(shè)計以及PCB版圖設(shè)計使用AltiumDesigner10設(shè)計。3.1.1溫度檢測模塊硬件設(shè)計總體方案溫度檢測主要由AT89C52主控芯片、基于IIC總線的MCP9801、DS1302始終芯片組成。硬件電路由五部分構(gòu)成：微控制器AT89C52、LCD1602顯示、串口通信MAX232、按鍵電路、DS1302時鐘電路等部分。溫度檢測模塊總體設(shè)計框圖如圖3.1所示：AT89C52AT89C52LCD1602LCD1602MCP9801MCP9801最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)串口串口DS1302DS1302圖3.1溫度檢測模塊總體設(shè)計框圖3.1.2射頻模塊硬件設(shè)計總體方案射頻模塊主要由STC11F32XE單片機、LCD12864顯示、RC522射頻讀卡器組成。硬件電路包括微控制器、LCD顯示器、射頻讀卡器、串口、按鍵等。射頻識別模塊總體設(shè)計框圖如圖3.2所示：STC11F32XELCD12864STC11F32XELCD12864RC522RC522天線最小系統(tǒng)天線最小系統(tǒng)串口串口2*2按鍵2*2按鍵圖3.2射頻識別模塊總體設(shè)計框圖3.2各模塊電路設(shè)計分析針對于本系統(tǒng)的要求，現(xiàn)將電路的設(shè)計分為以下幾個方面進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計，并說明設(shè)計的利弊?？傮w設(shè)計方案參見附錄圖紙。3.2.1元器件選擇通過多方調(diào)研考證，充分考慮性價比的前提下，在本次設(shè)計中我選擇最容易實現(xiàn)產(chǎn)品指標(biāo)的元件。（1）主控芯片：AT89C52、STC11F32XE（2）射頻讀卡器：MFRC522（3）溫度檢測：MCP9801（4）始終芯片：DS1302（5）LCD液晶：ZL1602C2、ZYMG12864（6）串口通訊芯片：MAX232（7）其他：蜂鳴器、晶振、電阻、電容、按鍵、LED若干3.2.2讀卡器電路設(shè)計本部分設(shè)計應(yīng)用宏晶公司的STC11F32XE單片機。STC11F32XE是STC公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含32KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM），器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，同時在標(biāo)準(zhǔn)的51單片機擴展了P4口，使功能比常規(guī)51系列單片機更加強大。STC11F32XE提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：32K字節(jié)Flash交速存儲器，集成1280字節(jié)片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)存儲器超強抗干擾，超強抗靜電，單片機內(nèi)部EPROM可以保證在2萬伏靜電電壓情況下穩(wěn)定運行，其擦寫可以超過10萬次，運行速度快，具備32個I/O口，1個時鐘/機器周期，采用了增強型的51內(nèi)核，其運行速度超過常規(guī)80C51速度的8～12倍，STC11F32XE的復(fù)位腳燒錄程序時如設(shè)置為I/O口，可以當(dāng)作為I/O口使用或者使其懸空。機內(nèi)具備2個16位定時器。STC11F32XE單片機的優(yōu)勢在于兼容普通80C51的定時器T0/T1，I/O口多，最多有40個I/O，復(fù)位腳如當(dāng)I/O口使用，可省去外部復(fù)位電路。具有外部晶體或內(nèi)部RC振蕩器可選，在ISP下載編程用戶程序時設(shè)置加密性強，無法解密，采用了宏晶科技的第六代最新加密技術(shù)。STC11F32XE單片機一個時鐘/機器周期內(nèi)，可用低頻晶振，大幅降低EMI（電磁干擾）是芯片更具穩(wěn)定性。機內(nèi)有1個獨立波特率發(fā)生器（因此便無需使用定時器T2做波特率發(fā)生器），缺省是T1做波特率發(fā)生器，保證其超低功耗，芯片內(nèi)置硬件看門狗（WDT），此外整個STC11xx系列單片機還額外添加了用于掉電喚醒的專用定時器。STC11F32XE采用44管腳的PLCC封裝，如圖3.3所示圖3.3PLCC44封裝的STC11F32XE本設(shè)計通過STC11F32XE控制讀卡器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，設(shè)計的電路原理圖如圖3.4所示：(a)(b)圖3.4STC11F32XE與射頻芯片連接原理圖單片機部分（b）MFRC522射頻芯片部分設(shè)計中單片機與讀卡芯片之間通過排針相連，單片機P0.5\P0.6\P0.7\P4.1\P2.6分別用于與射頻芯片的SDA\SCK\MOSI\MISO\RST相連，分別為數(shù)據(jù)、時鐘線、主數(shù)據(jù)輸入、主數(shù)據(jù)輸出、復(fù)位功能。設(shè)計中采用的MFRC522是采用的被動式非接觸半雙工通信模式，工作頻段為13.56MHz，具備高集成度、低成本的優(yōu)勢。設(shè)計公司為NXP公司，其主要針對嵌入式三表設(shè)計而成，適合各種中小型設(shè)備、便攜式設(shè)備，也是未來小體積智能儀表的的理想選擇之一。MFRC522的采用最新的設(shè)計手段，其利用較新型的調(diào)制解調(diào)模式，無源設(shè)計，13.56MHz中低頻段，在電路設(shè)計時無需考慮高頻信號影響，優(yōu)勢較為明顯。芯片采用國際標(biāo)準(zhǔn)的ISO14443的A型通信協(xié)議，支持該標(biāo)準(zhǔn)的多層協(xié)議應(yīng)用，同時兼容B型卡協(xié)議。MFRC522內(nèi)置數(shù)據(jù)發(fā)送器，數(shù)據(jù)發(fā)送電路主要由耦合天線驅(qū)動電路驅(qū)動器以及支持ISO14443A/MIFARE?協(xié)議射頻卡讀卡應(yīng)答處理機組成，在設(shè)計中無需添加其他外圍輔助電路即可實現(xiàn)讀卡功能。而在射頻讀卡與接收電路部分，讀卡芯片內(nèi)部提供穩(wěn)定高效的編解碼電路，其編解碼能力較為突出，速度較快，編解碼器可以用基于ISO14443的A/B兩種型號射頻的的脈沖信號編譯。芯片內(nèi)置數(shù)字信號處理單元，其主要用于兼容性卡片的幀處理和容錯檢測，其中容錯檢測基于奇偶校驗和CRC循環(huán)校驗。除此之外，射頻芯片支持加密功能，加密方法為它CRYPTO1算法，具有加密解密速度快的有點，加密算法主要用于兼容MIFARE?的產(chǎn)品協(xié)議校驗。設(shè)計中采用的讀卡芯片支持基于MIFARE?協(xié)議的更高速半雙工通信模式，其雙向通信最高可以達(dá)到424kbit/s。MFRC522是之前RC500系列的延續(xù)，字作為工作頻段在13.56MHz的最新新型讀卡芯片，在設(shè)計上做了諸多改進(jìn)，其中通信方式多樣化則是其比RC500系列其他芯片的巨大優(yōu)勢，RC522采用兼容包括串口、SPI總線、I2C總線的多種通信模式，通過接線方式以及功能管腳的鎖定可以實現(xiàn)用于不同地方的靈活選擇。多種通信協(xié)議的搭配可以實現(xiàn)在電路設(shè)計的最優(yōu)化方案，例如減少與主控芯片的連線數(shù)，控制PCB版圖的大小等。MFRC522支持多種主機接口，分別是：（1）10Mbit/s的SPI接口（2）I2C接口，快速模式的速率為400kbit/s，高速模式的速率為3400kbit/s（3）串行UART，傳輸速率高達(dá)1228.8kbit/s，幀取決于RS232接口，電壓電平取決于提供的管腳電壓MFRC522功能框圖如圖3.5所示。圖3.5MFRCC522內(nèi)部框圖由上述框圖可以得知，MFRC522可以用多種方式與MCU相連，在每次上電或硬件復(fù)位后，MFRC522也復(fù)位其接口模式并檢測當(dāng)前微處理器的接口類型。MFRC522在復(fù)位階段后根據(jù)控制腳的邏輯電平識別微處理器接口。這是由固定管腳連接的組合和一個專門的初始化程序?qū)崿F(xiàn)的。MFRC522管腳配置方式如表3.1所示：表3.1MFRC522通信方式配置引腳名稱UART方式SPI方式IIC方式SDARXNSSSDAIICLLHEALHEAD7TXMISOSCLD6MXMOSIADR_0D5DYRQSCKADR_1D4--ADR_2D3--ADR_3D2--ADR_4D1--ADR_5從時序圖上可以看出主器件的輸出口（MOSI）輸出的數(shù)據(jù)bit1，在時鐘的前沿被從器件采樣，那主器件對出bit1進(jìn)行采樣，輸出時刻實際上在SCK信號有效以前，比SCK的上升沿還要早半個時鐘周期。bit1的輸出時刻與SSEL信號沒有關(guān)系。再來看從器件，主器件的輸入口MISO同樣是在時鐘的前沿采樣從器件輸出的bit1的。從器件是在SSEL信號有效后，立即輸出bit1，盡管此時SCK信號還沒有起效。其中MFRC522讀卡器實物PCB如圖3.6。圖3.6讀卡器實物PCB實物圖3.2.3MFRC522匹配電路和天線設(shè)計設(shè)計中采用的MFRC522是MFRC500系列的產(chǎn)品之一，芯片最為一個高集成度電路具有獨立的讀卡、校驗、加密功能。MFRC500系列外圍電路設(shè)計具有較多相似之處，其設(shè)計基本要求是不在芯片外部使用獨立放大電路是可以實現(xiàn)10cm以上的通信，這樣就為外圍無源射頻電路設(shè)計提供條件。在耦合天線的設(shè)計[6]上，MFRC522為滿足不同的設(shè)計應(yīng)用，通常給設(shè)計者提供兩種解決方案：（1）直接匹配的天線：在不使用外置放大電路的情況下，采用射頻讀卡芯片外加耦合天線來組成最小系統(tǒng)，其系統(tǒng)的有效訪問距離便是芯片的最小有效距離，小于10cm，這樣組成的終端可以用來給小型建筑物搭建門禁、訪問控制平臺。對于小型的智能家居系統(tǒng)也較為合適。（2）500歐姆匹配天線：可以作為讀卡器和天線之間用長距離同軸電纜連接的應(yīng)用的一個簡單的解決方案，主要是應(yīng)用于長距離傳輸，連接讀卡器匹配電路和天線的同軸電纜最長距離可達(dá)10m。表3.2天線概念比較概念500Ω匹配天線直接匹配天線長距離短距離讀卡器MFRC522EMC電路電路和阻值相同接受電路電路和阻值相同阻抗變換TX1\TX2TX1天線電纜500Ω同軸電纜短線或直接連接天線匹配電路電路相同，但天線的大小不同值也不同電路相同，但天線的大小不同值也不同天線線圈工作距離由天線的大小和環(huán)境的影響決定工作距離由天線的大小和環(huán)境的影響決定天線屏蔽由應(yīng)用決定，例如外殼和環(huán)境的影響因為設(shè)計中所使用的射頻全部為近距離通信，所以采用了直接天線匹配，同時滿足射頻部分工作頻率13.56MHz。天線整體等效為一個阻容耦合電路，MIFARE?的工作頻率是13.56MHz在這個頻率下，電阻的集膚效應(yīng)所導(dǎo)致的損耗不能忽略，所以線圈不能只使用DC阻抗的原因。圖3.7天線電路設(shè)計其等效電路如圖3.8所示。圖3.8天線電路的等效電路圖天線設(shè)計的重要指標(biāo)是品質(zhì)因數(shù)Q，假設(shè)天線電感LANT和電阻RANT的值已知，可以用阻抗分析儀測量LANT和RANT，如果是用公式估算出的值，要記住它們只是起始值，在確認(rèn)Q因子后可能需要改變。天線的品質(zhì)因子是糾正天線調(diào)諧和所獲得的性能的一個重要特性，天線的品質(zhì)因子由下面的公式定義：其中（3.1）根據(jù)天線的幾何形狀，Q的值通常在50~100之間，要進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)傳輸這個值還要減少。MIFARE?的波特率是105.9kHz/sec。數(shù)據(jù)從RWD傳輸?shù)娇ㄊ褂妹}寬T=3μs的Miller編碼。用時間與帶寬的乘積的定義：其中（3.2）這樣可以計算出Q的因子是：（3.3）根據(jù)計算值，設(shè)計中的電路天線數(shù)值取35，為了穩(wěn)定電阻，可以在電路外面添加一個穩(wěn)定電阻REXT，REXT的計算如下面公式：QUOTE（3.4）3.2.4溫度檢測電路設(shè)計設(shè)計中的溫度檢測以及相關(guān)的顯示采用了protues的仿真，因為系統(tǒng)為模擬，從成本考慮并未做出相應(yīng)的實物，同時因為所涉及的模塊均已十分成熟，所以無需實物驗證其可行性。設(shè)計中采用的單片機為AT89C52，此單片機為美國著名半導(dǎo)體公司Atmel的經(jīng)典微控制器。AT89C52具有多重優(yōu)點，其低壓高性能的優(yōu)勢使其成為該公司應(yīng)用極為廣泛的產(chǎn)品。機內(nèi)具有8KB的EPROM（ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，可擦除編程只讀存儲器），同時單片機具有256字節(jié)的隨機存儲器。AT89C52采用標(biāo)準(zhǔn)的51指令系統(tǒng)，與常規(guī)51芯片相互兼容，片內(nèi)的為8位處理器結(jié)合閃存電路可以使其適用于多重控制系統(tǒng)。本設(shè)計通過AT89C52控制溫度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，設(shè)計的電路原理圖如圖3.9所示。溫度傳感器采用美國微芯科技公司的MCP9801芯片，MicrochipTechnologyInc.（美國微芯科技公司）的MCP9800/1/2/3系列數(shù)字溫度傳感器可將在-55°C和+125°C范圍之間的溫度轉(zhuǎn)換為一個數(shù)值。在-10°C至+85°C時，精度為±1°C（最大誤差）。圖3.9溫度傳感器電路MCP9800/1/2/3系列溫度傳感器內(nèi)置寄存器可用于用戶的編程處理，這樣的可編程器件的應(yīng)用使得傳感器的應(yīng)用范圍更加廣泛。寄存器的編程設(shè)置為分辨率設(shè)置，其分辨率可調(diào)精度最大可達(dá)到12位，最低可實現(xiàn)9位分辨率，傳感器具有省電關(guān)斷模式和單次測量模式，單次測量模式是指在傳感器的關(guān)斷指令下達(dá)時根據(jù)來自微控器的指令對數(shù)據(jù)進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，省電關(guān)斷和單次測量均可以進(jìn)行變成配置。當(dāng)傳感器檢測溫度的變化范圍超過規(guī)定上限時，傳感器可以通過特定電平變化輸入報警信號，其中報警信號的設(shè)置也是可以通過用戶編程對極性進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定用于內(nèi)部參考恒溫器的操作，有效電平經(jīng)過比較器輸出或者也可以通過MCU(MicroControlUnit,為控制單元)的外部中斷輸出信號來實現(xiàn)。MCP9800系列溫度傳感器采用I2C?/SMBus的總線接口，標(biāo)準(zhǔn)的I1C總線接口可以在一條總線上對多個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這中設(shè)計允許在僅有一個微控制器的狀況下對多個點進(jìn)行溫度采樣，適合需要多處測量需求的系統(tǒng)設(shè)計。由于AT89C52沒有I2C接口，實際需要在程序中模擬I2C時序，仿真中采用protues中內(nèi)部的I2C連接器，在程序中做相應(yīng)的時序模擬。I2C接口是飛利浦公司制定的串行總線接口，標(biāo)準(zhǔn)的I2C接口具有SDA\SCL兩條信號線，其中SDA為一條雙向的信號總線，SCL為時鐘線。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時鐘線SCL接到總線的SCL上。采用I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時，需要遵循一定的通信協(xié)議，如圖3.10中I2C數(shù)據(jù)傳輸時序所示，當(dāng)時鐘信號SCL為高電平，數(shù)據(jù)線SDA的電平需要保持穩(wěn)定，當(dāng)在時鐘線SCL為低電平，數(shù)據(jù)線SDA電平值才可以產(chǎn)生跳變。下圖顯示了I2C總線數(shù)據(jù)總線的基本原則見文獻(xiàn)[7]。圖3.10I2C總線的數(shù)據(jù)讀取I2C總線起始與終止時序原則：當(dāng)時鐘信號SCL電平為1時，數(shù)據(jù)信號SDA由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r設(shè)為數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)钠鹗紶顟B(tài)；當(dāng)時鐘信號SCL為電平值為1時，數(shù)據(jù)信號SDA由低電平跳變?yōu)楦唠娖教儠r設(shè)置為數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)慕K止標(biāo)志狀態(tài)。圖3.11I2C總線起始與終止信號通常一個I2C總線上會連有多個器件，每個器件按其唯一的地址進(jìn)行劃分。當(dāng)主機與其通過I2C總線相連的器件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，主機可以作為發(fā)送機向相連的I2C器件發(fā)送數(shù)據(jù)，也可作為接收器接受來自器件的反饋數(shù)據(jù)。因此I2C可以級聯(lián)多個芯片，相比設(shè)計最初考慮采用18B20作為溫度傳感器具備很多優(yōu)勢，MCP9801按照地址線連接便可以同時采集收集多個房間的溫度，更適合智能家居應(yīng)用，并且不會占用MCU過多I/O口。見文獻(xiàn)[8]MCP9801共八個引腳，各引腳功能如表3.3所示。表3.3MCP9801引腳對應(yīng)MCP9801符號功能1SDA雙向串行數(shù)據(jù)2SLCK串行時鐘輸入3ALERT溫度報警輸出4GND接地5A2地址選擇引腳（bit2）6A1地址選擇引腳（bit1）7A0地址選擇引腳（bit0）8VCC電源輸入MCP9801溫度傳感器由一個帶隙型溫度傳感器，一個Σ-?模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，若干個用戶可編程寄存器和一個兼容雙線I2C/SMBus總線協(xié)議的接口組成。圖3.12溫度傳感器功能框圖MCP9801利用晶體管集電極電流從IC1變化到IC2時基極-發(fā)射極的電壓差()。通過此方式，只取決于兩個電流的比值和環(huán)境溫度，如公式3.5所示。QUOTE（3.5）其中：T=溫度，以開氏溫標(biāo)表示=二極管基極-發(fā)射極的電壓差k=波耳茲曼常數(shù)(Boltzmann'sconstant)q=電量QUOTE和QUOTE等于比值為n:1的電流根據(jù)功能框圖可知Σ??模數(shù)轉(zhuǎn)換器將轉(zhuǎn)換為與晶體管溫度相對應(yīng)的數(shù)值。轉(zhuǎn)換器的分辨率可調(diào)，可調(diào)范圍從9位(轉(zhuǎn)換時間為30ms)到12位(轉(zhuǎn)換時間為240ms)。這樣就使用戶可在分辨率和轉(zhuǎn)換時間之間進(jìn)行權(quán)衡。3.2.5串口通信模塊設(shè)計設(shè)計中兩塊單片機之間的數(shù)據(jù)通信是通過串行口進(jìn)行的，電路采用RS-232電平設(shè)計。RS-232是采用異步串行通信方式，也是推行最早，使用最廣泛的總線標(biāo)準(zhǔn)之一。其最初是基于公用電話網(wǎng)的一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)。它的邏輯電平與公共地址對稱，其邏輯0電平規(guī)定在+3~+25V之間，邏輯1電平則在-3~-25V之間，因而它需要使用正負(fù)極性的雙電源。一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊，串行通信接口簡稱串口(SerialInterface)，其特點是通信線路簡單，串口設(shè)計電路可以加大限度的減少連線，一堆數(shù)據(jù)線便可以實現(xiàn)雙向通信，其具備通信距離長、成本低、連線簡單等多重優(yōu)勢。串口通信的協(xié)議特點是：所有數(shù)據(jù)按位傳輸，諸位發(fā)送，理論上最簡傳輸設(shè)計只需要一個數(shù)據(jù)線；串口的通信的數(shù)據(jù)傳輸成本極低，但傳輸速度比較慢。串口通信協(xié)議可實現(xiàn)及長距離傳輸，最長可達(dá)到幾千米；根據(jù)設(shè)計需求可以設(shè)計成單工通信、半雙工通信、雙工通信三種方式。串口通信的兩種最基本的方式：同步串行通信方式和異步串行通信方式。串行接口按電氣標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議可以分為RS-232-C、RS-422、RS485等。RS-232-C、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議。本次設(shè)計中用到的是RS232接口，通信原理較為簡單。芯片的引腳分為三個部分：第一部分：由1-6引腳和4只電容組成的電荷泵電路。這一部分可以產(chǎn)生數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換所需要的能量。這一部分電路產(chǎn)生的+12v和-12v兩個電平電路可以給RS-232供電。第二部分是數(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。數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到串口9針串口接口；來自9針串口插頭的數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成電平數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電：15腳GND、16腳VCC（+5V）。本設(shè)計中，通過單片機的10引腳P3.0(RXD)、11引腳P3.1(TXD)與電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232的9引腳(R2OUT)、10引腳(T2IN)相連接，MAX232的7引腳(T2OUT)、8引腳(R2IN)與9針D型插座2(RXD)引腳、3(TXD)引腳相連，MAX232的5引腳接地。9針D型插頭與計算機的9針D型插頭相連接來實現(xiàn)單片機與計算機通信的硬件連接。其基本接線方式如圖3.13所示：圖3.13串口連接電路原理圖如圖3.13所示，本次設(shè)計中用到的串口芯片為MAX232，這款芯片是半導(dǎo)體芯片商美信（MAXIM）公司專門RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口所設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，芯片使用+5v單電源對其供電。3.2.6其他輔助模塊設(shè)計設(shè)計中除了用到了以上主模塊，還用到了12864和1602兩塊液晶顯示器以及DS1302的I2C接口的時鐘芯片、蜂鳴器、按鍵等輔助硬件，分別用于顯示射頻、溫度以及時間。顯示器1602與AT89C52相連，配合溫度傳感器和時鐘芯片顯示當(dāng)前檢測溫度以及時間；顯示器12864與STC11F32XE相連，其中涉及數(shù)據(jù)和控制端的連接，配合單片機以及射頻芯片輸出卡號和與卡號相對應(yīng)的最適溫度。見文獻(xiàn)[9]圖3.1412864顯示器連接圖3.15液晶顯示器1602連接其中如圖3.15所示，1602的VSS與VEE之間通過變阻器連接，可以調(diào)節(jié)屏幕亮度。時鐘芯片DS1302是美國DALLAS公司推出的具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實時時鐘電路。它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒進(jìn)行計時，且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。DS1302由八個引腳組成,其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。這樣的設(shè)計是為了保證主電源在未接通的情況下，時鐘依舊可以連續(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32.768kHz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。表3.4DS1302標(biāo)志位電平對照表標(biāo)志位邏輯0邏輯1第7位數(shù)據(jù)寫保護數(shù)據(jù)可以寫入第6位讀取日歷時鐘數(shù)據(jù)讀取RAM數(shù)據(jù)第5位指定輸入或輸出的特定寄存器第4位第3位第2位第1位第0位數(shù)據(jù)寫操作數(shù)據(jù)讀操作圖3.16DS1302連接示意圖3.3本章小結(jié)本章主要對系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計從總體到局部做了比較詳細(xì)的說明，隨著社會經(jīng)濟和科技的發(fā)展，RFID技術(shù)的使用會越來越廣泛，其應(yīng)用前景也會涉及到各行各業(yè)，包括公共交通、智能控制、社會安全、身份識別等等。隨著國家隊物聯(lián)網(wǎng)的重視，毫無疑問，射頻卡技術(shù)將是我們以后將要進(jìn)一步努力研究的技術(shù)，而其涉及的射頻技術(shù)與本文所講原理基本相似。本次設(shè)計將中，對基于射頻識別的智能家居系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的實驗與研究?；诳刂破鰽T89C52、STC11F32XE和MFRC522系列讀卡器的基礎(chǔ)上外接溫度傳感器、液晶顯示器等，整個設(shè)計基于RFID的智能家居溫控系統(tǒng)。整個的電子線路上基本上實現(xiàn)了其設(shè)計原理的要求，電路盡可能簡潔化，其中仿真部分電路的實現(xiàn)時還需考慮各模塊之間的復(fù)位操作、接地以及電壓穩(wěn)定性等諸多問題?；赗FID的開放式家居控制系統(tǒng)模型設(shè)計 第四章系統(tǒng)軟件詳細(xì)設(shè)計第四章系統(tǒng)軟件詳細(xì)設(shè)計軟件設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分，在一定的硬件電路基礎(chǔ)上，加上相應(yīng)的軟件，才可以實現(xiàn)相關(guān)的功能。本次設(shè)計中，軟件設(shè)計包括射頻和溫度檢測兩部分，涉及80C51以及增強型51單片機、射頻、顯示、時鐘、串口等多個模塊的設(shè)計。軟件設(shè)計需要配合硬件完成，以保證其穩(wěn)定運行。設(shè)計中編譯環(huán)境選擇KeiluVision4，下載器選擇STC-ISP下載程序。4.1軟件設(shè)計總體方案4.1.1軟件設(shè)計方法與設(shè)計語言選擇程序設(shè)計的基本方法有三種：分別是（1）模塊化；（2）自頂向下、逐步求精；（3）結(jié)構(gòu)化。模塊化設(shè)計的核心思想是要把一個復(fù)雜的程序按其各部分的功能劃分為若干模塊，設(shè)計完成后，各模塊的設(shè)計、編程、調(diào)試和查錯獨立互不影響，最后實現(xiàn)個模塊之間的聯(lián)調(diào)測試運行，最終編譯行程最終可行程序。自頂向下、逐步求精的設(shè)計原則是從系統(tǒng)主干開始，優(yōu)先解決整體問題，再然后一層層逐漸細(xì)化設(shè)計，完成精度要求，最終完成整體程序。結(jié)構(gòu)化設(shè)計是按照一種理想的程序設(shè)計方法，在編程過程中對程序進(jìn)行適當(dāng)限制，使程序在其上下文之間銜接與執(zhí)行流程效率上保持基本的協(xié)調(diào)性。本次畢業(yè)設(shè)計由于程序的模塊化非常清晰，所以總體程序按照模塊化的設(shè)計思想，各個模塊獨立編譯、調(diào)試、運行。各個模塊則采用自頂向下的設(shè)計原則，從上層開始逐步實現(xiàn)。因為設(shè)計中主要設(shè)計便是單片機控程序，對于常規(guī)的單片機程序C語言或匯編語言是比價理想的選擇。C語言程序的庫支持非常豐富、具有良好的結(jié)構(gòu)化特點、容易查找錯誤、可移植性高、可讀性高，實現(xiàn)容易，所以整個設(shè)計均采用C語言作為設(shè)計的程序編寫語言。因為設(shè)計中所涉及模塊眾多，部分模塊比如射頻讀卡芯片MFRC522的的初始化程序代碼量比較大，受到單片機存儲空間限制，所以需要考慮精簡部分冗余代碼，優(yōu)化程序設(shè)計。在本次設(shè)計中，軟件的設(shè)計主要包括射頻模塊與溫度檢測模塊兩個部分，這種具體設(shè)計到如下部分的程序編寫。4.1.2射頻模塊軟件設(shè)計總體方案（1）數(shù)據(jù)采集模塊：讀卡器MFRC522通過連接天線讀取RFID卡的數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳送出去（2）數(shù)據(jù)處理模塊：STC11F32XE單片機處理來自射頻讀卡器的數(shù)據(jù)，并完成顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。?）顯示模塊：STC11F32XE接收到數(shù)據(jù)后，將通過數(shù)據(jù)處理完并在12864上予以顯示（4）報警模塊：STC11F32XE接收到數(shù)據(jù)后，啟動蜂鳴器，進(jìn)行蜂鳴報警，提示有卡進(jìn)入（5）鍵盤模塊：通過按鍵進(jìn)行四種狀態(tài)轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)對卡注冊、讀卡、溫度變換的四種操作（6）串口通信：將預(yù)設(shè)溫度發(fā)送給溫度檢測部分單片機。圖4.1是射頻部分工作的總體框圖。 圖4.1射頻部分總體運行框圖 4.1.3溫度檢測模塊軟件設(shè)計總體方案（1）串口通信：串口實時檢測來自射頻部分的信號，當(dāng)有數(shù)據(jù)時采用中斷接受發(fā)送數(shù)據(jù)，并交付單片機處理（2）數(shù)據(jù)采集模塊：單片機收到來自串口的數(shù)據(jù)后初始化溫度傳感器MCP9801采集，采集當(dāng)前房間溫度（3）數(shù)據(jù)處理模塊：單片機收到溫度傳感器和串口數(shù)據(jù)后進(jìn)行比對，然后做出相應(yīng)處理（4）顯示模塊：系統(tǒng)待機時，LCD1602顯示來自DS1302的時間信號，當(dāng)有溫度檢測時，顯示器顯示當(dāng)前溫度圖4.2是射頻部分工作的總體框圖。圖4.2溫度檢測部分總體運行框圖4.2射頻模塊主要軟件詳細(xì)設(shè)計分析4.2.1讀卡器初始化與卡操作程序分析射頻讀卡芯片MFRC522是本次設(shè)計的基礎(chǔ)，讀卡器的軟硬件設(shè)計是本次設(shè)計的重點，射頻的讀卡芯片的軟件初始化程序包括總線設(shè)置、尋卡、防沖撞檢測、卡片選定、卡片驗證[10]（14443A協(xié)議驗證）、讀卡、寫數(shù)據(jù)、卡片掛起休眠、校驗、復(fù)位等操作。初始化程序如下voidInit_MFRC500(void){RFID_Reset();//復(fù)位RFID_AerialOff();//天線關(guān)閉RFID_AerialOn();//天線開啟MFRC_Type('A');//設(shè)置芯片工作方式}程序的初始化操作主要是針對天線進(jìn)行的，初始化是讀卡前對天線的復(fù)位啟用，天線掃描到卡后便進(jìn)行讀卡操作，主要通過讀卡芯片RC522進(jìn)行，下面主要分析社對射頻芯片操作的程序。設(shè)計中采用函數(shù)voidpcd_contpro(void)對射頻卡進(jìn)行卡操作，其中包括了對預(yù)設(shè)溫度以及其相關(guān)操作。RFID_Rebcon(uchar*pSn);//進(jìn)行防沖撞檢測RFID_Cho(uchar*pSn);//函數(shù)進(jìn)行卡選擇以上兩個函數(shù)只有一個參數(shù)，即指針變量pSn，指針指向數(shù)組，卡片序列號存儲在參數(shù)pSn[OUT]中，共4字節(jié)，兩個函數(shù)執(zhí)行完成后返回值均為為MI_OK，無其他值。RFID_Auth_State(ucharau_mode,ucharaddr,uchar*pKey,uchar*pSn);函數(shù)有四個參數(shù)，分別是密碼驗證模式au_mode[IN]，塊地址addr[IN]，密碼pKey[IN]，卡片序列號pSn[IN]，其中密碼驗證模式有兩種，以十六進(jìn)制的形式進(jìn)行表示，驗證A密鑰為0x60，驗證B密鑰為0x61，卡號共4字節(jié)RFID_Write(ucharaddr,uchar*pData);//讀取卡數(shù)據(jù)RFID_Read(ucharaddr,uchar*pData);//向卡寫數(shù)據(jù)這兩個函數(shù)是卡的讀寫操作函數(shù)，每個函數(shù)均有兩個參數(shù)，一個字符串變量，一個指針變量，變量addr[IN]存儲卡的塊地址，pData[OUT]存儲讀出的數(shù)據(jù)，共16字節(jié)，函數(shù)運行成功返回MI_OK。ucharRead_MFRC(ucharAddr)voidWrite_MFRC(ucharAddr,ucharvalue)voidSet_Flag(ucharreg,ucharflag)voidClr_Flag(ucharreg,ucharflag)以上四個函數(shù)是對MFRC522的寄存器進(jìn)行操作，分別包括讀寄存器、寫寄存器、寄存器置位、寄存器清零操作。讀寄存器函數(shù)參數(shù)為寄存器地址Addr[IN]，函數(shù)返回值為讀出的值；寫寄存器函數(shù)參數(shù)Addr[IN]為寄存器地址，value[IN]為要寫入的值；寄存器置位/清零函數(shù)參數(shù)reg[IN]為寄存器地址，flag[IN]為置位或者清零值；4.2.2讀卡器通信與數(shù)據(jù)處理程序分析天線配合讀卡器完成其初始化后需要進(jìn)行卡和讀卡器之間的數(shù)據(jù)通信，通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的14443A協(xié)議，通過數(shù)據(jù)通信，讀卡器將采集卡號，同時將卡號發(fā)送給單片機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本節(jié)將著重分析卡通信和與卡相關(guān)的數(shù)據(jù)處理部分程序。設(shè)計中讀卡器的通信是采用函數(shù)charRC500_com實現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)如下:charRC500_com(ucharCommand,uchar*pIn_Dat,ucharIn_LenByte,uchar*pOut_Dat,uint*pOut_LenBit)函數(shù)基本功能是實現(xiàn)讀卡芯片MFRC522與采用ISO14443協(xié)議的射頻卡進(jìn)行通信。函數(shù)中涉及5個參數(shù)，其對應(yīng)意義表4.1所示表4.1卡通信函數(shù)參數(shù)對照表參數(shù)參數(shù)功能意義Command[IN]RC522命令字pIn_Dat[IN]通過RC522發(fā)送到卡片的數(shù)據(jù)InL_enByte[IN]發(fā)送數(shù)據(jù)的字節(jié)長度POut_Dat[OUT]接收到的卡片返回數(shù)據(jù)*pOut_LenBit[OUT]返回數(shù)據(jù)的位長度當(dāng)讀卡器完成讀卡將卡號傳送個單片機后，單片機根據(jù)相應(yīng)案件進(jìn)行操作，其操作包括注冊、讀卡、預(yù)設(shè)溫度降低、預(yù)設(shè)溫度升高等操作。if(flag_Menu){if((KNumb==N1)&&(!KTime)){KTime=15;Show_Menu=0;card_op=temp_down;send_char1(KNumb);Show16_16(2,0,4);Show16_16(2,2,5);}elseif((KNumb==N2)&&(!KTime)){KTime=15;Show_Menu=0;card_op=temp_up;send_char1(KNumb);Show16_16(2,0,6);Show16_16(2,2,7);}elseif((KNumb==N3)&&(!KTime)){KTime=15;Show_Menu=0;card_op=card_reg;send_char1(KNumb);Show16_16(2,0,10);Show16_16(2,2,11);}elseif((KNumb==N4)&&(!KTime)){KTime=15;Show_Menu=0;card_op=card_read;send_char1(KNumb);Show16_16(2,0,12);Show16_16(2,2,13);}}4.2.3射頻LCD顯示模塊程序詳細(xì)設(shè)計及分析設(shè)計中射頻部分采用的LCD12864，用于顯示系統(tǒng)的卡號以及預(yù)設(shè)溫度，同時可以輔助修正預(yù)設(shè)溫度。顯示器自身不帶中文字庫，需要采用取模軟件對中文進(jìn)行取模操作，以獲得中文對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)。字體取模軟件如圖4.3所示圖4.3十六進(jìn)制A51字體取模軟件液晶屏操作分為初始化、狀態(tài)檢查、數(shù)據(jù)寫入、清屏等操作，設(shè)計中軟件部分建立了相關(guān)字庫，同時做了以上基本分任務(wù)。LCD初始化程序采用函數(shù)InitLcd0108(void);初始化函數(shù)分為如下幾部分：voidInitLcd0108(void){CLR_LCD_EN;SET_LCD_CS1;SET_LCD_CS2;SetStartLine(0);//設(shè)置開始行為第0行SetOnOff(1);//開關(guān)顯示ClearScreen();//清屏}液晶屏操作主要部分是數(shù)據(jù)寫入，其中向液晶屏寫數(shù)據(jù)的函數(shù)為WriteByte()，首先檢測屏幕狀態(tài)，設(shè)置功能管腳，向數(shù)據(jù)端口寫數(shù)據(jù)，選擇寫入方向，寫入數(shù)據(jù)。voidWriteByte(unsignedchardatadat,uchardataScreen){CheckState(Screen);SET_LCD_DI;CLR_LCD_RW;LCD12864DataPort=swapbit(dat);switch(Screen){caseSCREENLEFT:CLR_LCD_CS2;break;caseSCREENRIGHT:CLR_LCD_CS1;default:break;}SET_LCD_EN;CLR_LCD_EN;SET_LCD_CS1;SET_LCD_CS2;}顯示模塊其他函數(shù)為數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)顯示函數(shù)，函數(shù)Show816()、ShowHZ1616()用于顯示8*16、16*16點陣，字體旋轉(zhuǎn)90度，字模被豎著切分，行(0-7)，列(0-15)，dataaddress為字模區(qū)首地址。4.3溫度檢測模塊主要軟件詳細(xì)設(shè)計分析4.3.1I2C總線程序分析溫度傳感器MCP9801采用I2C總線實現(xiàn)與單片機通信，因為溫度檢測控制部分為仿真電片機沒有內(nèi)置I2C總線接口，在程序編寫中需要模擬時序以實現(xiàn)傳感器與單路，標(biāo)準(zhǔn)51單片機之間的通信。見文獻(xiàn)[14]設(shè)計中采用iic_start(void)和iic_stop(void)兩個函數(shù)實現(xiàn)總線的啟用和停止，在SCL為高電平期間，將SDA由高電平跳到低電平，啟動總線首發(fā)數(shù)據(jù)，在SCL為高電平期間，將SDA由低電平跳到高電平終止總線數(shù)據(jù)首發(fā)?？偩€初始化完成后便進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，其中數(shù)據(jù)讀寫相關(guān)函數(shù)有三個，分別得總線應(yīng)答函數(shù)bitiic_ack(void)，數(shù)據(jù)寫入函數(shù)bitiic_write(ucharc)，數(shù)據(jù)讀取函數(shù)uchariic_read(void)。其中對于總線操作需要格外注意的是數(shù)據(jù)要在上升沿發(fā)送，I2C總線中數(shù)據(jù)發(fā)送以8位為一個單位，將數(shù)據(jù)與0x80位與，得到高位上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)，具體寫入程序如下：for(i=0;i<8;i++) { if(c&0x80) //上升沿發(fā)送數(shù)據(jù) SDA = 1;else SDA = 0; c = c << 1; SCL = 1; iic_delay(); SCL = 0; iic_delay(); }程序接收數(shù)據(jù)原理與發(fā)送相似，以下降沿為標(biāo)志接受。4.3.2溫度傳感器初始化程序分析溫度傳感器初始化包括向傳感器寫入數(shù)據(jù)、讀取傳感器返回數(shù)據(jù)三個主要操作。函數(shù)MCP_wrbyte()以及MCP_rdbyte()功能便是通過I2C總線向溫度傳感器寫入數(shù)據(jù)以及從溫度傳感器讀取數(shù)據(jù)的兩個函數(shù)。void MCP_wr1byte(uchar reg,ucharaddress,ucharcmd) { bit ack; iic_start(); re1: ack = iic_write(address); if(ack == 1) goto re1; re2: ack = iic_write(reg); if(ack == 1) goto re2; re3: iic_write(cmd); if(ack == 1) goto re3; iic_stop(); delay(100);}函數(shù)三個變量分別為寄存器、地址變量和寫入模式命令。void MCP_rdbyte(ucharreg,ucharaddress,uchar*des) { iic_start(); iic_write(address); iic_write(reg); iic_start(); iic_write(address|0x01); *des = iic_read(); iic_sendack(1); *(des+1) = iic_read(); iic_sendack(1); iic_stop();}溫度傳感器MCP9801讀取程序流程為總線啟用、寫高位地址、讀取高位數(shù)據(jù)、返回，指針后移讀低位讀數(shù)據(jù)，返回，函數(shù)返回值為空。4.3.3溫度檢測程序分析溫度檢測模塊采用循環(huán)檢測串口程序，仿真時采用了外部中斷，當(dāng)按鍵按下模擬串口有數(shù)據(jù)進(jìn)入，開始進(jìn)入溫度檢測狀態(tài)。voidshow_tmp(ucharaddress,ucharmode) { uchartmp[2],ll= 0x80,flg; uint x; iic_init(); MCP_wrbyte(0x01,address,mode); MCP_rdbyte(0x00,address,tmp); lcd_wcom(ll); lcd_string(tmp1); flg =(*tmp&0x80)>>7; if(flg) //負(fù)數(shù)操作 { lcd_wdat('-'); *tmp=~(*tmp)+0x01; } x= *tmp; lcd_wdat(num[x/10]); lcd_wdat(num[x%10]); if(*(tmp+1)&0x80) lcd_string(".5"); else lcd_string(".0"); lcd_string(tmp2);}單片機通過I2C接口向溫度傳感器發(fā)送地址數(shù)據(jù)、模式、溫度傳感器接到來自單片機的地址數(shù)據(jù)和模式后向單片機返回溫度數(shù)據(jù)，函數(shù)中同時設(shè)計了負(fù)數(shù)溫度的取補碼操作，以及0.5攝氏度的誤差修正。4.4系統(tǒng)運行與仿真結(jié)果4.4.1溫度檢測模塊整體運行示意溫度模塊演示傳感器啟動前圖4.4（a）所示已經(jīng)傳感器啟動后圖4.4（b）所示。（a）（b）圖4.4溫度檢測電路整體運程圖(a)沒有溫度數(shù)據(jù)輸入（b）啟動傳感器之后4.4.2射頻模塊整體運行示意射頻模塊主演是了硬件電路的整體構(gòu)造以及讀卡前歡迎界面圖4.5（a）所示以及當(dāng)有卡進(jìn)入射頻區(qū)后的讀卡與溫度綁定后的界面顯示，如圖4.5（b）所示。（a）（b）圖4.5射頻模塊整體運行示意圖4.5（a）為射頻模塊啟動時的運行狀態(tài)示意圖，展示了運行的環(huán)境界面，圖4.5（b）為有已注冊射頻卡進(jìn)入讀卡器范圍后讀卡示意圖，當(dāng)前為讀卡模式，當(dāng)期用戶卡號為3E523E00，當(dāng)前用戶最適宜溫度為26攝氏度。4.5本章小結(jié)本章對整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計進(jìn)行了分析，首先總體分析軟件設(shè)計方案，然后從射頻模塊和溫度檢測模塊兩部分分析了本次設(shè)計在軟件設(shè)計部分所做的具體工作，本章給出了軟件的各部分的程序流程圖以及主要函數(shù)的程序代碼并對其進(jìn)行了響應(yīng)分析。同時本章對系統(tǒng)開發(fā)的語言選擇和編譯軟件、輔助軟件進(jìn)行了簡單的介紹?；赗FID的開放式家居控制系統(tǒng)模型設(shè)計 第五章總結(jié)與展望第五章總結(jié)與展望5.1設(shè)計主要研究成果過去的識別系統(tǒng)大多采用二維碼、IC(IntegratedCircuit,集成電路)卡等手段，但這些識別手段存在諸多問題，比如二維碼識別困難、讀取速度慢、數(shù)據(jù)量小，IC卡采用接觸式設(shè)計，讀寫慢并且反復(fù)接觸中容易磨損，無法長時間使用。RFID設(shè)備出現(xiàn)解決了以上諸多問題，射頻讀卡器與射頻卡之間采用無接觸的設(shè)計方案、卡片無磨損，因為卡片內(nèi)無芯片，所以單卡成本比IC卡低很多，無源卡片功耗很低，相比之前的識別方案，射頻卡彌補了諸多不足。設(shè)計中采用的射頻作為智能家居的識別系統(tǒng)，從成本、識別率、識別速度方面均有較大的優(yōu)勢，設(shè)計借鑒國內(nèi)外的智能家居理念，做了最簡單的式溫控制與射頻識別相配合的系統(tǒng)。（1）文章論述了基于RFID的智能機聞之系統(tǒng)模型的總體設(shè)計方案，設(shè)計中一MFRC522為識別核心，結(jié)合增強型STC單片機，液晶顯示器的射頻讀卡模塊設(shè)計，設(shè)計中給出了具體實現(xiàn)的電路圖、PCB電路板以及與射頻相關(guān)的程序代碼。讀卡器主要由射頻耦合天線、MFRC522讀卡芯片、RS232串口、液晶顯示器以及MCU微控制器電路組成。讀卡部分設(shè)計完成可以讀取基于ISO14443A的采用點陣式的12864作為射頻部分的顯示器，通過總線于單片機相連接可以用于顯示卡號與預(yù)設(shè)溫度。（2）設(shè)計中完成了整個系統(tǒng)另一個重要部分溫度檢測與控制模塊，設(shè)計采用MCP9801作為溫度傳感器，結(jié)合AT89C52、液晶顯示器、DS1302芯片、RS232串口設(shè)計等部分，做了電路的仿真。溫度檢測部分主要由溫度傳感器和MCU配合完成溫度測量功能并且有單片機完成溫度信號處理以及溫度控制功能。溫度檢測部分增加實時時鐘芯片DS1302，當(dāng)沒有溫度信號需要顯示時，系統(tǒng)顯示當(dāng)前時鐘，當(dāng)有來自溫度傳感器的信號時，液晶屏顯示溫度信息。芯片采用采用I2C總線設(shè)計，可以節(jié)約單片機管腳。采用RS232的串口實現(xiàn)溫度傳感器與射頻識別模塊之間的溫度數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)基礎(chǔ)的通信功能。（3）整個設(shè)計采用自上而下的程序設(shè)計方案，同時具體實現(xiàn)采用模塊化設(shè)計。設(shè)計中根據(jù)MFRC522芯片以及溫度傳感器MCP9801的具體特性，針對性的設(shè)計了實現(xiàn)電路與程序編寫，其中對不同總線的時序模擬以及射頻讀卡芯片和溫度傳感器功能函數(shù)的編寫是程序設(shè)計的重點也是難點。整個程序編寫采用自頂向下的設(shè)計方案，由簡之難。程序采用C語言編寫，開發(fā)了芯片的底層驅(qū)動程序，C語言程序可讀性高、編寫相對匯編用以，而基本的串口、時鐘、顯示等模塊可以直接移植，充分體現(xiàn)了C語言良好的移植性。軟件通過KeiluVision4進(jìn)行調(diào)試編譯，通過STC-ISP進(jìn)行下載。5.2設(shè)計研究工作展望在整個設(shè)計中，已經(jīng)存在諸多問題，也發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)的不足，有的在設(shè)計中進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)，但由于時間和成本的考慮，部分問題并沒有得到非常好的解決，對于整個系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步研究，還可以繼續(xù)完成如下設(shè)計，并繼續(xù)發(fā)現(xiàn)其中的不足進(jìn)行及時修正（1）改進(jìn)系統(tǒng)的通信方式。設(shè)計中兩個模塊采用串口通信，盡管協(xié)議簡單但存在受數(shù)據(jù)線的限制，受傳輸速度限制等問題。繼續(xù)設(shè)計中可以采用無線傳輸方式進(jìn)行設(shè)計，以滿足更加靈活的需要。（2）上位機與數(shù)據(jù)處理方式的改進(jìn)。本次設(shè)計因受時間限制僅做了智能家居的模擬系統(tǒng)，進(jìn)一步智能家居研究需要將數(shù)據(jù)錄入大型終端，比如計算機等設(shè)備，建立完善的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，同時理想方案還涉及Internet在線的系統(tǒng)操作和數(shù)據(jù)整理，實現(xiàn)用戶可以從遠(yuǎn)程登錄智能家居。（3）本次設(shè)計中未能將全部系統(tǒng)做成硬件，僅實現(xiàn)了部分硬件化，沒有聯(lián)合調(diào)試各個模塊，以確保各個部分的硬件穩(wěn)定性。其次，因為STC單片機ROM大小有限，限制了可編寫程序的大小，限制了系統(tǒng)的擴展。隨著經(jīng)濟的發(fā)展與現(xiàn)代科技的快速進(jìn)步，人們對生活質(zhì)量的要求也會越來越高，智能家居作為未來與每個人生活息息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)必定會有巨大的市場，與之相關(guān)的研究、軟硬件開發(fā)、服務(wù)提供等也會越來越多的進(jìn)入工程技術(shù)人員的視野。為真正實現(xiàn)家居智能化需要科研工作人員不懈的努力?；赗FID的開放式家居控制系統(tǒng)模型設(shè)計 結(jié)束語結(jié)束語為期一個學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計過去了，在這短短幾個月時間里，我得到巨大的鍛煉和提高。在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，我得到了老師和同學(xué)們的鼎立相助，借此向這期間給我?guī)椭睦蠋熗瑢W(xué)表示誠摯感謝。首先，本次設(shè)計實在導(dǎo)師張金煥老師的悉心指導(dǎo)下完成的。張老師知識淵博、態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)、經(jīng)驗豐富，在畢業(yè)設(shè)計的選題、整體設(shè)計與具體實現(xiàn)上，給了我許多寶貴的意見，也保證我了在設(shè)計中有正確的設(shè)計思路，使得畢業(yè)設(shè)計可以順利進(jìn)行。同時在最終的論文撰寫期間，張老師認(rèn)真審閱論文，極大規(guī)范了我的論文格式。其次，在畢業(yè)設(shè)計中期，設(shè)計還得到了李登老師的悉心指導(dǎo)在此向李登老師表示誠摯的感謝。再次，我要感謝身邊同學(xué)，感謝四年來他們的關(guān)心幫助以及在畢業(yè)設(shè)計期間對我的巨大幫助，我以四年來能結(jié)識這樣一群朋友深感榮幸，畢業(yè)在即，希望我的同學(xué)們前途似錦。最后，我還要衷心的感謝我的家人，感謝他們一直以來在生活學(xué)習(xí)上對我巨大的支持與幫助。再一次衷心地謝謝大家！謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給我的父母、師長、親人朋友，以及所有關(guān)心幫助我的人們！基于RFID的開放式家居控制系統(tǒng)模型設(shè)計 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)陳國棟．基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)研究與設(shè)計[D]:[碩士學(xué)位論文].長沙：中南大學(xué)，2005聰慧網(wǎng).智能家居現(xiàn)狀與發(fā)展[EB/OL]./zt/zhinengjj/陳錦.基于射頻識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)研究[D]:[碩士學(xué)位論文]武漢理工大學(xué),2010游戰(zhàn)清，李蘇劍，張益強等．無線射頻識別技術(shù)（RFID）理論與應(yīng)用［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2004安靜宇．基于非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)的設(shè)計[D]:[碩士學(xué)位論文].西安科技大學(xué)，2006陳華君,林凡,郭東輝等.RFID技術(shù)原理及其射頻天線設(shè)計[J].廈門大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2005,44(z1):312-315王振宇，成立．I2C總線數(shù)據(jù)存儲器在單片機系統(tǒng)中的用法．浙江大學(xué)學(xué)報．2006，32(2)：195-215陳光建,賈金玲.基于單片機的I2C總線系統(tǒng)設(shè)計[J].儀器儀表學(xué)報,2006,27(z3):2465-2466,2472張猛,王瑞光,鄭喜鳳等.基于AT89C52的VFD顯示模塊應(yīng)用[J].液晶與顯示,2012,27(1):93-97.DOI:10.3788/YJYXS20122701.0093MFRC500HighlyIntegratedISO14443AReader