智能家居畢業(yè)設計(共53頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上摘要智能家居系統(tǒng)采用電子傳感技術、計算機技術和信息傳輸技術，對用戶提供全方位的服務，同時對住房內情況進行實時監(jiān)控和管理。它包括家庭內部信息傳輸系統(tǒng)、家庭報警、顯示系統(tǒng)及智能傳感/執(zhí)行設備等幾個部分。本文所做的智能家居控制系統(tǒng)包括室內信息智能監(jiān)控功能、輸入與實時顯示功能、智能報警和通訊報警等。本文將整個系統(tǒng)分為主機部分和分機部分，以AT89C51單片機為主控器件，兩部分之間通過無線通訊模塊進行數據交換。主機部分是系統(tǒng)的核心部分，通過鍵盤輸入模塊對系統(tǒng)溫濕度的進行初始化設置，并利用LCD顯示模塊對室內狀況進行實時顯示，本部分還具有溫濕度控制和煤氣閥開關控制的功能，對于異常

2、情況，系統(tǒng)可通過聲光報警模塊進行報警提示，情形嚴重的可通過電話撥號模塊通知用戶、物業(yè)或相關部門。分機部分是系統(tǒng)的監(jiān)測部分，主要是通過溫濕度傳感器、氣體傳感器和煙霧傳感器對室內信號進行采集，并通過無線通訊模塊PTR8000將信息傳送給主機，實現對家居的智能控制。通過本文的研究，使得整個智能家居控制系統(tǒng)得到了進一步完善！關鍵詞：AT89C51；智能控制；傳感器；無線通訊關鍵詞是為了文獻標引工作從論文中選取出來用以表示全文主題內容信息款目的單詞或術語。如有可能，應盡量用漢語主題詞表等詞表提供的規(guī)范詞。不用此信息時，刪除此框。AbstractIntelligent home system uses e

3、lectronic sensing technology, computer technology and information transfer technology to provide a full range of services, and at the same time to monitor the situation of housing and real-time management. It includes family information transmission systems, home alarm, display system and intelligen

4、t sensor / equipment such as the implementation of several parts.The intelligent home control system made in this article including an indoor information intelligent monitoring, input and display real-time, intelligent alarm and communications alarm. It is divided into host part and extension part,

5、and make the AT89C51 single-chip as the main control unit, the two parts exchange data for each other through the wireless communication module.The host part is the core of the system, initialize the temperature and humidity settings through the keyboard input module of the system, and use the LCD d

6、isplay module for the real-time display of indoor situation, this part also have the control functions for temperature, humidity and gas valve switch, for anomalies, the system also can alarm by sound and light alarm module. For the serious situation, the system also can inform the users, property o

7、r related sectors by telephone dial-up module.Extension is the monitoring part of the system, it collect the indoor signal through temperature and humidity sensors, gas sensors and smoke sensors, and transport the information to the host through wireless communication module PTR8000 , to achieve Int

8、elligent control of home.Through the study of this article, the entire intelligent home control system has been further improved!Key Words：AT89C51; Intelligent Control; Sensor；Wireless communication專心-專注-專業(yè)目錄引言隨著現代科學技術的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對居住環(huán)境的要求正在從追求居室空間寬大和裝飾豪華向著追求品味、安全、舒適、便捷和智能方向發(fā)展。單個家用電器的自動化已不能完全滿足人們

9、的需求，家電網絡化就成為必然的趨勢，于是智能家居、智能住宅、數字家園網絡化住宅、家庭網絡、數碼家庭等概念在國內外被廣泛提出，各種新技術在家庭智能化系統(tǒng)中不斷得到應用。近幾年來，國內外研究機構和廠商已經意識到家庭安全的重要性，把智能家居作為一個極其重要的方向來考慮，并紛紛投入技術力量和資金對其進行研究和產業(yè)化。通過對智能家居的進一步研究，達到對家庭的安全方面進行智能控制的目的。本文所研究的目的是設計一個智能家居控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)應能夠實現對系統(tǒng)進行初始化設置；對室內溫濕度信號、煙霧信號和氣體信號的采集；并能夠對室內狀況進行實時顯示；具有對溫濕度智能控制和氣體泄漏智能控制功能；在異常情況下，能夠進行

10、聲光報警和遠程報警的功能。1 緒論1.1 研究智能家居的意義隨著人們生活水平的不斷提高，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、安全與便利，因此從市場需求的角度看，智能家居必然是前景廣闊1?？v覽中國的智能家居市場，我覺得現在呈現出以下幾個特點：沒有形成統(tǒng)一的行業(yè)標準，各大、中、小廠家各自為政，種類繁多且互不兼容的產品充斥市場，形成春秋戰(zhàn)國時代諸侯爭霸的分割局面。廠家多集中在東部沿海地區(qū)，且沒有形成規(guī)模化生產，產品銷量不大，與國外產品相比品牌的影響力遠遠不夠。市場分布極不平均。沿海經濟發(fā)達地區(qū)和內地大中城市的市場活躍，人們大多接受智能家居的概念；北方和西部地區(qū)則遜

11、色許多，但是市場潛力巨大。隨著房地產市場的穩(wěn)中有升，新樓盤的火爆開發(fā)，房地產開發(fā)商和投資商日益重視智能家居的廣泛應用。實際生活當中的家居智能化與理想的智能化差距甚大。隨著未來幾十年的蓬勃發(fā)展，將使智能化家具系統(tǒng)的應用越來越廣泛。對于智能化家具的研究，將在理論上推動智能化技術在家具領域的縱深發(fā)展，并為各類智能化家具新產品的設計與開發(fā)提供一定理論依據，產生一定的經濟效益和社會效益，大大豐富并充實了家具系統(tǒng)理論。到目前為止，國內外尚未有學者進行智能化家具的系統(tǒng)研究，因此以此作為主要研究內容具有現實指導意義。1.2 國內外智能家居的現狀與發(fā)展趨勢1.2.1 國內外智能家居的發(fā)展現狀人類在追求高度物質文

12、明的同時，更加追求環(huán)境綠色化、生活信息化。安全、舒適、方便、現代的家居環(huán)境已成為 21 世紀居家生活的象征。進入 21 世紀，日新月異的現代科技的力量，打破了傳統(tǒng)的時空界限，計算機網絡和層出不窮的信息技術，改變了人類的生產、生活方式，科技正以超乎想象的速度深刻地影響著人類的思維模式和生存狀態(tài)。住宅作為人類生存的物質基礎，必將受到信息技術的沖擊和影響，傳統(tǒng)住宅己不能滿足現代社會對其使用功能及其所能提供的環(huán)境的更高要求，未來住宅應是高科技與傳統(tǒng)技術的有機融合體：不僅功能齊全、居住舒適、使用方便，而且安全節(jié)能，有益人類健康和自然生態(tài)環(huán)境2。目前，智能技術在家具行業(yè)中已經得到初步應用，一些智能化家具的

13、雛形或前期產品己經出現。國外，如愛爾蘭的蘭開斯特大學與蘇黎世、德國、瑞典及芬蘭等學府合作，開發(fā)了一系列“智能家具”。用“智能沙發(fā)”可以開啟電視機、激活電話錄音機，還可以認出是誰坐在沙發(fā)上，懂得說歡迎辭，甚至根據輸入的程序自動喚醒躺在特定位置的病人?！爸悄軙堋睍谪摵蛇^重時做出投訴“智能藥品柜”會在藥物過期時發(fā)出警告。美國紐約現代博物館展館中央放著一張智能化桌子，里面裝了多個芯片及多個網絡接入點，通過感應手的動作，控制有信息裝置的特定物體。德國烏爾姆大學的一個研究小組研制出了一種智能輪椅，它是通過一個高度發(fā)達的導航系統(tǒng)實現的，這一系統(tǒng)利用它的傳感器和激光儀連續(xù)不斷地搜索其周圍的障礙物，利用一個

14、小型計算機分析出如何選擇穿過人群的路線。這種輪椅能自動穿過擁擠的火車站大廳，而不會與人相撞。我國在智能化家具方面也作了一些初步探索，有些先進家具企業(yè)也開發(fā)了一些簡單的智能化家具產品。智能化家具必然是世紀發(fā)展的趨勢。例如，深圳市大富豪實業(yè)發(fā)展有限公司，正以“富之島小狗第一”的旗幟在國內率先推出了智能嬰兒床，能在嬰兒尿床時立即發(fā)出溫馨警報、能夠定時自動彈起的懶漢床、能夠接受聲音指令的智能按摩床、能教人化妝的梳妝臺等等眾多新款智能家具。這些家具之所以具有智能，除了傳感器和硬件控制電路以外，單片機發(fā)揮了大腦指揮作用。總之，我國的家具智能化水平還處在起步和嘗試階段，具體表現在基礎比較薄弱、技術含量低等方

15、面。國內家具智能化的研究僅僅停留在概要性論述和一些簡單產品開發(fā)的層面上，缺乏系統(tǒng)的理論研究，有待于進一步開發(fā)設計。 1.2.2 智能家居的發(fā)展趨勢我們都知道，智能家居目前已取得了初步的成功，但是離“智能化”還有很長的距離，智能家居的發(fā)展趨勢有以下幾個方向：1. 網絡化每一個大大小小的家電都有固定的網絡地址，可以隨時控制，網絡化是信息技術、通信技術和計算機技術發(fā)展的必然趨勢，是智能家居的一個重要條件。2. 智能化、人性化隨著人工智能的不斷發(fā)展和機器人的出現,使得智能化不再是一個神話，智能化是智能控制發(fā)展的必然趨勢。因此，家居的智能化也必然向智能化方向發(fā)展；智能家居是IT技術(特別是計算機技術)、

16、網絡技術、控制技術)向傳統(tǒng)家電產業(yè)滲透發(fā)展的必然結果。智能化應服務于人們的生活，因此應更全面、更富有人性化，因此也是智能家居未來的一個發(fā)展方向。3. 節(jié)能環(huán)保智能化的本質之一是降低成本和提高效率,節(jié)能是降低成本的關鍵技術；綠色、環(huán)保、節(jié)能將成為未來家居的重要考核指標,甚至是首要考慮因素。在住宅實現了基本智能化后，綠色生態(tài)住宅成為必然的追求目標。提高生活環(huán)境的質量，這些也是其未來發(fā)展必須考慮的因素。4. 一體化家居智能化需滿足自動化管理、安全防范監(jiān)控、火災報警、對講呼叫、設備監(jiān)控等內容，把它們智能化功能集成,從而降低成本，也是未來發(fā)展的一個方向。5. 規(guī)范化、標準化由于智能家居發(fā)展較晚，新技術、

17、新產品層出不窮，標準和規(guī)范還在制定之中，規(guī)范化、標準化是智能家居快速發(fā)展，走入國際市場的必由之路。6. 成本低廉化2 智能家居控制系統(tǒng)的方案設計2.1 AT89C51單片機1. AT89C51單片機簡介本系統(tǒng)采用由美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能的CMOS 8位AT89C51單片機，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯

18、片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器34。引腳排列如圖2.1所示。圖2.1 AT89C51引腳圖2. AT89C51單片機的主要特性 l 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 l 壽命：1000寫/擦循環(huán) l 數據保留時間：10年 l 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz l 三級程序存儲器鎖定 l 128×8位內部RAM l 32可編程I/O線 l 兩個16位定時器/計數器 l 5個中斷源 l 可編程串行通道 l 低功耗的閑置和掉電模式 l 片內振蕩器和時鐘電路2.2 系統(tǒng)的總體方案設計智能家居控制系統(tǒng)主要是在家庭安全方面起到智能控制的目的，本系統(tǒng)分為主機部分和分機部分。系統(tǒng)的整體框圖如

19、圖2.2。主機部分首先可以通過鍵盤輸入模塊對系統(tǒng)進行初始化設置；其次，通過通訊模塊實現與分機之間的數據傳輸；然后，主控元件對接收到的數據通過LCD顯示模塊進行實時顯示，使室內情況一目了然；對于需要控制的情況可通過溫濕度控制模塊和煤氣閥開關進行控制；對于危險的情況也可以通過聲光報警模塊和遠程報警模塊實現報警。分機部分是系統(tǒng)的執(zhí)行部分，其功能主要是對室內的安防進行監(jiān)控，首先是對溫濕度傳感器、氣體傳感器以及煙霧傳感器對室內的溫濕度、氣體以及煙霧等信號進行采集并作出判斷，然后通過通訊模塊將檢測的結果傳送與主機系統(tǒng)。主機和分機之間采用無線傳輸的方式進行通訊，這樣可以省去傳統(tǒng)的在家居內走線的弊端，從而具有

20、低成本和組網方便的優(yōu)勢。同時選用射頻技術，因其具有省電、可靠、低成本、時延短等優(yōu)點。圖2.2 系統(tǒng)整體框圖3 硬件設計正確可行的硬件設計是整個智能家居系統(tǒng)開發(fā)的基礎和主要部分。一個好的可靠的系統(tǒng)硬件設計，應該能夠在系統(tǒng)分析時實現對功能目標的確定。另一方面，硬件設計的同時要考慮到與軟件開發(fā)相協調的問題，在保證軟件設計正確和簡明的同時，也必須考慮到該硬件基礎上進行軟件開發(fā)的可行性和難度。3.1 主機系統(tǒng)的硬件設計主機系統(tǒng)主要部件有主控器件AT89C51、鍵盤輸入模塊、LCD液晶顯示器、報警系統(tǒng)和無線通訊模塊等。當家庭內發(fā)生危險情況時，系統(tǒng)不僅能及時的做出聲光報警警戒人們，而且還具有對外通訊的功能，

21、以此通知有關部門。所以系統(tǒng)對報警系統(tǒng)分為聲光報警和自動報警兩部分?？紤]到主控器件的I/O接口數量的限制,所以主機部分采用可編程并行I/O擴展芯片8255A對I/O接口進行擴展，以此實現對各個部分的設計。3.1.1 可編程并行I/O口的擴展在本系統(tǒng)中，8255A的A0、A1端分別接地址鎖存器74LS373的地址線的Q0、Q1，CS與單片機的P2.0相連，數據線和P0口相連，讀寫線和單片機的對應讀寫線相連，這樣8255A的口地址為：A：0A00H，B口：0A01H，C口：0A02H，控制口：0A03H。8255A與單片機的接線圖如下圖3.1所示5。圖3.1 8255A與單片機的接線圖3.1.2 鍵

22、盤接口電路設計鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中是一個關鍵部件，它能實現向單片機輸入數據、傳送命令等功能，是人機對話不可缺少的輸入方式之一。主機部分一共包含了18個鍵，其中包括一個系統(tǒng)復位按鍵、一個由T1中斷實現的鍵盤啟動鍵、10個數字鍵和5個功能鍵，其余的按鍵無效。5個功能鍵分別是:確認鍵、退出鍵、溫度設定鍵、濕度設定鍵、火災報警快捷鍵。在此我們采用4×4鍵盤，鍵盤與8255的PA口、PB口低四位相連，8255A的PA口作輸入，PB口的低四位作輸出。矩陣的4條列線接到輸出端口B的低四位PB0-PB3，用程序能改變這4條列線上的電平。4條行線連到輸入端口A的PA0-PA3，4條列線同時接到輸入端

23、口A的PA4-PA7上，這樣，用輸入指令讀取A口狀態(tài)時，可同時讀取鍵盤的行列信號。鍵盤接口電路如圖3.2所示6。圖3.2 鍵盤接口電路3.1.3 液晶顯示模塊本系統(tǒng)采用的顯示模塊是LCMZK，中文液晶顯示模塊LCMZK的字型ROM內含8192 個16*16點中文字型和128 個16*8半寬的字母符號字型；另外繪圖顯示畫面提供一個64*256點的繪圖區(qū)域GDRAM；而且內含CGRAM提供 4組軟件可編程的16*16 點陣造字功能。電源操作范圍寬2.7V-5.5V，低功耗設計可滿足產品的省電要求；同時與單片機等微控器的接口界面靈活（三種模式：并行8 位/4位，串行 3線/2線）。中文液晶顯示模塊具

24、有上/下/左/右移動當前顯示屏幕及清除屏幕的命令，具有光標顯示/閃爍控制命令及關閉顯示命令。預留多種控制線（復位/串并選擇/亮度調整）供用戶靈活使用。LCMZK的引腳說明如表3.1。表3.1 LCMZK的引腳引腳名稱方向說明1GND×地2VCC×邏輯電壓*3V0×LCD亮度調整，外接電阻端4RS(CS)I選擇寄存器(并行) 0：指令寄存器 1：數據寄存器片選(串行) 0：禁止 1：允許5R/W(SID)I讀寫控制腳(并行) 0：寫入 1：讀 輸入串行數據(串行)6E(SCLK)I讀寫數據啟始腳(并行) 輸入串行脈沖(串行)7DB0I/O數據線08DB1I/O數據線

25、19DB2I/O數據線210DB3I/O數據線311DB4I/O數據線412DB5I/O數據線513DB6I/O數據線614DB7I/O數據線7*15PSBI控制界面 0：串行，1：并行8/4位16NC×未用續(xù)表3.1 LCMZK的引腳*17/RSTI復位信號，低有效*18VR×LCD亮度調整，外接電阻端19LED+×背光正極20LED-×背光負極LCMZK具有兩種傳輸模式：并行傳輸模式和串行傳輸模式。1. 并行接口數據傳輸當PSB腳接高電時（模塊背面S/P的短路電阻在“P”側） ，模塊將進入并行傳輸模式；在并行傳輸模式下， 可由指令位 （DL FLAG

26、） 來選擇8-BIT 或4-BIT接口， 主控制系統(tǒng)將配合 （RS， RW， E， DB0.DB7）來完成傳輸動作。 在4-BIT傳輸模式中，每一個八位的指令或資料都將被分為二組：較高4位(DB7DB4)的資料將會被放在第一組的(DB7DB4)部分，而較低4位(DB3DB0)的資料則會被放在第二組的(DB7DB4)部分，至于相關的另四位則在4-位傳輸模式中DB3DB0 介面未使用。 2. 串行接口數據傳輸當PSB腳接低電位（模塊背面S/P的短路電阻在“S”側），模塊將進入串行模式；在串行模式下將使用二條傳輸線作串行資料的傳送，主控制系統(tǒng)將配合傳輸同步時鐘(SCLK)與接收串行數據線(SID),

27、來完成串行傳輸的動作。本系統(tǒng)對LCMZK采用串行輸入模式，這樣可以節(jié)約系統(tǒng)的I/O引腳，簡化系統(tǒng)的復雜性，使系統(tǒng)清晰易懂。在串行輸入模式下，LCMZK與主機的連接主要占用三個引腳，為合理利用系統(tǒng)I/O口，在此將LCMZK的片選端與74LS138的Y3腳相連，實現片選。將SCLK和SID分別與AT89C51單片機的P26、P27相連，LCMZK與主機的連接圖如圖3.3。 圖3.3 LCMZK與AT89C51的連線圖3.1.4 聲光報警本系統(tǒng)中所涉及的聲光報警電路是由一個蜂鳴器與四個不同顏色的小燈組成。其中蜂鳴器連接在擴展I/O口的PA口的PA0位上，可以根據不同情況(火災、氣體泄漏等異常情況)，

28、從PA0位輸出發(fā)出不同頻率的電平信號，實現聲音報警；三個光報警小燈與PA口的PA1-PA4三位相連，綠燈表示鍵盤設置指示、紅燈表示火災報警、黃燈表示氣體泄漏報警。聲光報警電路與8255A的連接圖如圖3.4。圖3.4 聲光報警連線圖3.1.5 自動報警系統(tǒng)智能家居的最終目的都是為“滿足人們對安全、舒適、方便、高效和符合綠色環(huán)境保護的需求”，其中“方便”要求家庭內部系統(tǒng)能夠通過家庭對外接口，實現家庭外部的通訊。家庭對外通信模塊在智能家居系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。具體來講， 該模塊的功能是提供一個家庭內部與外部的通信鏈路，通信的內容是數據信息或指令信息，常用的通信媒介有電話、GSM短信、Inter

29、net 等。電話比 Internet 更具有普及性和方便性，這是中國國情, 國內信息家電的發(fā)展落后于歐美發(fā)達國家，家庭中信息家電的數量少，無需 Internet 提供的寬帶數據通信鏈路?，F階段家庭內部智能化方面的需求主要是開關家庭設備，例如電燈、窗簾。因此，在智能家居的遠程通訊方面，電話通信具有更高的優(yōu)越性。綜上所述，本文選擇電話作為智能家居外部通信的方式。本系統(tǒng)設計的自動撥號電路可根據不同的危情，通過電話網實現自動撥打用戶事先設定的電話號碼(手機、固話等)，對所指定的機構或人員發(fā)出求救信號，使救援人員采取相應措施來制止事故。本系統(tǒng)在此方面的主要功能如下。報警優(yōu)先功能：主機與用戶電話機共用一條

30、電話線，非報警時，不影響電話的正常使用，電話機的正常使用不影響也不干擾主機報警。主機報警時，優(yōu)先撥打報警電話。自動撥號功能：當主機接收到報警信號后，可自動撥打預存的1-6組電話或手機號碼，每組11位數。自動探測通話狀態(tài)：報警時自動探測對方電話機的使用狀態(tài)，若對方為占線或響鈴后無人接，則保留跳過，等待下一輪續(xù)撥。本電話自動撥號電路采用MT8888芯片設計10：MT8888是采用CMOS工藝生產的DTMF信號收發(fā)一體集成電路，它的發(fā)送部分采用信號失真小、頻率穩(wěn)定性高的開關電容式D/A變換器，可發(fā)出16種雙音多頻DTMF信號。接收部分用于完成DTMF信號的接收、分離和譯碼，并以4位并行二進制碼的方式

31、輸出。MT8888芯片集成度高、功耗低，可調整雙音頻模式的占空比，能自動抑制撥號音和調整信號增益，還帶有標準的數據總線，可與TTL電平兼容，并可方便地進行編程控制。MT8888管腳排列如圖3.5所示。圖3.5 MT8888引腳圖MT8888引腳功能說明：l IN+：運放正相輸入端l IN-：運放反相輸入端l GS：運放輸出端l VREF：基準電壓輸出端，電壓值為VCC/2l WR：寫控制端，低電平有效，與TTL兼容l CS：片選端，低電平有效l RS0: 存儲器選擇輸入端，與TTL兼容l RD: 讀控制端，低電平有效，與TTL兼容l IRQ/CP: 中斷信號請求端l D0D3: 數據總線，在C

32、S=1或RD=1時，處于高阻狀態(tài)，與TTL電平兼容l EST: 初始控制輸出端l ST/GT: 控制輸入/時間檢測輸出l VCC: +5V電源端MT8888提供了與Intel微處理器相連的接口，以對其發(fā)送、接收和工作模式進行控制。在電話自動報警系統(tǒng)中，MT8888與AT89C51的接口電路參見圖3.6。它的接收部分采用單端輸入，由R0、R1和C2組成，其輸入電壓增益為R1/R0=1，通過改變R1可調節(jié)輸入信號的增益。它的發(fā)送部分由C3、R3、C4和XTAL2構成，其中XTAL2為3.5795MHz的晶體振蕩器，負責產生全部16種標準雙音信號。它的控制部分由R4、C6構成。另外，由于IRQ /C

33、P端為開源輸出，故要用上拉電阻R5，與單片機P2.4腳相連，用于監(jiān)測計數電話回路中信號音的方波個數。C3為去耦電容。DTMF IN和DTMF OUT與電話接口電路相連。DO-D3與單片機的數據線P0.0-P0.3相連，完成數據的傳輸和控制命令的輸入，狀態(tài)的讀出等。WR、 RD引腳分別與單片機的同名引腳相連，以對該信芯片的讀寫進行控制。CS為片選線，74LS138譯碼器的Y4腳相連。RSO引腳完成對該芯片內部寄存器的選擇，與P2.5相連。圖3.6 撥號電路3.1.6 電磁閥控制模塊的設計電磁閥是控制燃氣開啟的執(zhí)行機構。本系統(tǒng)選用ZD-20型電磁閥，它是一種雙穩(wěn)態(tài)高效節(jié)能型電磁閥，由3.6V鏗電池

34、供電，具有點開和點關的脈沖工作方式。一旦開啟或關閉，可處于自保持狀態(tài)，無須電源供電。將電磁閥的控制端接到8255A的PC4位上，當PC4腳輸出低電平時，三極管T，截止，電磁閥關閉：當PC4腳為高電平時，三極管T，導通，電磁閥ZD開啟。通過電磁閥控制電路，單片機控制系統(tǒng)可以很方便地控制用戶能否用氣。其控制電路見圖3.7。圖3.7 電磁閥控制電路圖3.1.7 溫濕度控制系統(tǒng)的硬件設計人體對溫度變化非常的敏感，溫度過高或過低都會引起人們的不適，特別對于老人和小孩尤其重要。根據有關測定，氣溫15-21時，是溫度環(huán)境的舒適區(qū)段，在這個區(qū)段里，體力消耗最小、工作效率最高、最適宜于人們的生活和工作。溫度控制

35、是智能住宅系統(tǒng)的重要組成部分，本系統(tǒng)設計的溫度控制功能敘述如下：南方的冬天，溫度不致于太低，根據預設室內溫度對空調自動進行啟/停控制，以達到最佳舒適度。而在北方，冬天的溫度是非常低的，絕大多數的地方是用暖氣供熱取暖。本系統(tǒng)根據相應的控制算法，控制暖氣上電動閥開通時間，從而達到控制溫度的作用。硬件設計中，用主機控制供暖設備進水的電動閥門，選用KLD公司的防潮微型電動閥門。其工作電壓是DC3V到5V，因為電動閥的耗電量小，可以與單片機共用同一個電源。其接線如圖3.8所示。圖3.8 電氣閥與8255A的連接圖用安裝在電動閥的分機的兩個通用I/O端口來控制閥門:PC5控制閥門開，PC6控制閥門關。閥門

36、的電源和地分別接系統(tǒng)的電源和地。本系統(tǒng)對濕度的控制類似于對濕度的控制，通過控制加濕器啟停來控制調節(jié)。3.2 分機系統(tǒng)的硬件設計智能家居在滿足人們舒適、方便生活的同時, 也要求為家庭提供安全防范方面的保障，因此，智能家居將家庭安全防范模塊定義為其四個基本模塊之一。家庭內部環(huán)境安全體現了現代技術在智能家居中的應用。家庭內部環(huán)境安全的目標是：環(huán)境檢測、判斷與遠程交互、報警。檢測的內容包括可燃氣體濃度、有毒氣體濃度、二氧化碳濃度、一氧化碳濃度、甲烷濃度、火警，高檔家居還配有噪音、濕度、溫度等檢測內容。所有對象數據都通過特定傳感器獲取，檢測的結果作為報警的依據，可以通過家庭對外通訊模塊將報警信息發(fā)送至用

37、戶、小區(qū)物業(yè)或者相關部門，也可以通過電話直接報警。分機部分選型的方案是對于傳感器一級的檢測報警系統(tǒng)，這部分有主控元件AT89C51、A/D轉換電路ADC0809、溫濕度傳感器SHT11、氣體傳感器和煙霧傳感器，實現對室內的防火和防煤氣泄漏等情況的檢測。 在本子系統(tǒng)中涉及多種傳感器，煙霧傳感器采集到的信號是模擬量，需要進行模數轉換，本設計采用具有8通道A/D轉換芯片ADC0809實現對模擬量的轉換。 3.2.1 A/D轉換芯片ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說明各引腳功能：l IN0IN7：8路模擬量輸入端l 2-12-8：8位數字量輸出端l ADDA、ADDB、ADDC

38、：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路l ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效l START：AD轉換啟動信號，輸入，高電平有效l EOC： AD轉換結束信號，輸出，當AD轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）l OE：數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數字量l CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZl REF（+）、REF（-）：基準電壓l VCC：電源，接5Vl GND：地本系統(tǒng)的ADC0809的通道選擇地址A，B，C分別由AT89C51的P0.0P0.2經地址鎖存器74LS373

39、輸出提供。當P2.7=0時，與寫信號WR和讀信號RD共同選通ADC0809，在WR信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉換。圖中ADC0809的CLK引腳經D觸發(fā)器與AT89C51的ALE信號連在一起，為ADC0809提供500KHZ的時鐘信號。圖中ADC0809的轉換結束狀態(tài)信號EOC經非門接到AT89C51的P11引腳，當A/D轉換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉換結束，利用查詢的方式，將轉換好的數據送到指定的存儲單元。由圖可以看出，ADC0809的采集通道IN0-IN7的地址為8000H-8007H。圖3.9 A/D轉換電路3.2.2 溫濕度傳感器SHT11SHT11芯片是瑞士Sensi

40、rion公司生產的具有I2C總線接口的單片全校準數字式相對濕度和溫度傳感器。該傳感器采用獨特的cMossens技術，具有數字式輸出、免調試、免標定、免外圍電路及全互換的特點15。傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器一般都要設計信號調理電路并需要經過復雜的校準和標定過程，因此測量精度難以保證，且在線性度、重復性、互換性、一致性等方面往往不盡人意。SHT11傳感器將CMOS芯片技術與傳感器技術結合起來，從而發(fā)揮出它們強大的優(yōu)勢互補作用。SHT11溫濕度傳感器的主要特性如下：將溫濕度傳感器、信號放大調理、A/D轉換、I2C總線接口全部集成于一芯片(CMossenS技術)；可給出全校準相對濕度及溫度值輸出；帶有工業(yè)

41、標準的I2C總線數字輸出接口；具有露點值計算輸出功能;具有卓越的長期穩(wěn)定性；濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，并可編程為12位和8位；小體積 (7.65x5.08x23.5Inln)，可表面貼裝；具有可靠的CRC數據傳輸校驗功能；片內裝載的校準系數可保證100%互換性；其電源電壓范圍為2.4-5.5V；電流消耗，測量時為 550uA，平均為 28uA，休眠時為 3uA。SHT11溫濕度傳感器采用SMD(LCC)表面貼片封裝形式，管腳排列如圖3-10所示：圖3.10 SHT11 引腳配置其引腳說明如下：l GND：接地端l DATA：雙向串行數據線l SCK：串行時鐘輸入l V

42、DD電源端：0.45.5V電源端l (58)NC：空管腳SHT11的濕度檢測運用電容式結構，并采用具有不同保護的“微型結構”檢測電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來組成傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御來自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結合在一起而構成了一個單一的個體，因而測量精度較高且可精確得出露點，同時不會產生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。cMossens技術不僅將溫濕度傳感器結合在一起，而且還將信號放大器、模/數轉換器、校準數據存儲器、標準I2C總線等電路全部集成在一個芯片內。由于將傳感器與電路部分結合在一起，因此，該傳感器具有比其它類型的濕

43、度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號強度的增加增強了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長期穩(wěn)定性，而A/D轉換的同時完成，則降低了傳感器對干擾噪聲的敏感程度。其次在傳感器芯片內裝載的校準數據保證了每一只濕度傳感器都具有相同的功能，即具有100%的互換性。最后，傳感器可直接通過I2C總線與任何類型的微處理器、微控制器系統(tǒng)連接，從而減少了接口電路的硬件成本，簡化了接口方式。在本設計中，由于AT89C51不具備I2C總線接口，故使用單片機通用I/O口線來虛擬I2C總線，并利用P2.1來虛擬數據線DATA，利用P2.0口線來虛擬時鐘線SCK，并在DATA端接入一只4.7K的上拉電阻，同時，在VCC

44、及GND端接入一只0.1F的去耦電容。下面給出連接線路圖如圖3.11。圖3.11 SHT11與AT89C51的連線圖3.2.3 氣體傳感器本文選用氣敏傳感器作為氣體檢測元件，通常使用的氣敏傳感器根據檢測方式可以分為好幾種類型，其中半導體氣敏傳感器由于具有優(yōu)良的靈敏度、響應特性和穩(wěn)定性，且使用方便而得到廣泛的應用。本文采用AF30L / 38L型氣敏傳感器作為檢測元件。AF30L / 38L 是一種利用了氣敏檢測部分的表面氧化還原反應使傳感元件電阻值發(fā)生變化的半導體氣敏傳感器。在清凈的空氣中, 由于半導體氣敏傳感器檢測部分的表面吸附著氧氣，因此在結晶粒子之間形成了一個較高的勢壘，從而使它的電導率

45、下降；然而在被測氣體環(huán)境中，由于被測氣體與附吸的氧氣之間的氧化反應，導致傳感器檢測部分表面吸附的氧氣減少，勢壘降低，致使元件電阻值變小，而且電阻值隨著被測氣體的濃度增大而下降。圖3.12給出了它的等效電路。圖3.12 AF30L/38L外形圖AF30L / 38L 探測器能敏感香煙的煙霧和刺激性氣體。AF30L 對苯、氫、乙醇、二氧化硫、氨、醋酸等氣體靈敏度依次減弱；AF38L 探測器對乙醇、香煙煙霧、苯、醋酸、甲醛、氫等氣體靈敏度依次減弱。半導體氣敏傳感器在待測氣體中的電阻值與環(huán)境溫、濕度有關。一般情況下，當環(huán)境溫度較低時，傳感器的電阻值較高；溫度高時電阻值低。而濕度低時電阻值高；濕度高時電

46、阻值低。由于這一原因，即使在相同濃度的待測氣體中，傳感器的阻值也有所不同，因此必須在電路中加以補償。AF30L / 38L與單片機的電路圖見圖3.13。圖3.13 AF30L/38L檢測電路圖3.2.4 煙霧傳感器要準確地進行火災警情的預報，選擇合適煙霧傳感器是準確報警的前提。本文選擇光電傳感器用作采集系統(tǒng)的敏感元件。光電傳感器及放大電路如圖3.14所示。傳感器電路主要由紅外發(fā)射管D1和紅外接收管D2構成，探測信號經過放大之后被單片機接收。圖3.14 光電傳感器及信號放大電路D1和D2被置于光電感應室中，二者之間有障礙，D1發(fā)射的紅外線不能直接被D2接收，當有煙霧進入迷宮時，紅外線經煙霧折射后

47、被D2接收，繼而轉化成電信號，以此檢測煙霧的存在。信號經放大后進入A/D轉換器ADC0809輸入通道IN1。3.3 主機與分機通訊部分PTR8000是迅通公司推出的無線收發(fā)模塊，內核為挪威公司生產的射頻芯片nRF905，它是PTR2000模塊的升級產品，雖然目前PTR2000(其內核為nRF401)的技術相對成熟，性能較之穩(wěn)定，但由于PTR8000的通信速度快于PTR2000且功能更趨完善，因此本系統(tǒng)選用PTR8000進行數據的無線傳輸作為主機與分機之間的通訊模塊。nRF905是一款工作在433/868/915MHz上的單片無線射頻收發(fā)芯片，由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調

48、制器組成。它采用高抗干擾GFSK調制，數據速率50kb/s，發(fā)射功率可調，最大為+10dBm，獨特的載波檢測輸出(CD)、地址匹配輸出(AM)、數據就緒輸出(DR)，自動產生前導碼和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，工作電壓范圍為1.9V3.6V，其電流消耗很低，發(fā)射電流約為11mA(-10dBm輸出)，接收電流約為12.5mA，待機電流為2uA。無線收發(fā)模塊PTR8000的管腳排列如下圖3.15。圖3.15 PTR8000引腳圖PTR8000的引腳說明：l VCC：正電源1.93.6V輸入l TX_EN：TX_EN=“1”發(fā)射模式；TX_EN=“0”

49、接收模式l TRX_CE：使能發(fā)射/接收模式（區(qū)別于配置模式）l PWR：Power down模式l UCLK：時鐘分頻輸出l CD：載波檢測輸出l AM：地址匹配輸出l DR：數據就緒輸出l MISO：SPI輸出l MOSI：SPI輸入l SCK：SPI時鐘l CSN：低電平時，SPI有效l GND：電源地由于AT89C51單片機沒有SPI的功能，在使用PTR8000模塊進行無線通訊時模擬SPI協議，用中斷的方式讀取信號。PTR8000與單片機AT89C51的連接圖3.16所示。圖3.16 PTR8000與AT89C51的連線圖3.4 電源模塊的設計系統(tǒng)主控單元AT89C51的工作電壓為5V

50、，無線通信模塊PTR8000的工作電壓為3.3V，所以需要進行必要的電壓轉換。圖3.17 3.3V轉換電路4 系統(tǒng)的軟件設計“軟件”是系統(tǒng)控制的靈魂，靈活性很強，可以根據系統(tǒng)的要求和功能而變化。在硬件結構一定的情況下，智能性都是由軟件實現。在本系統(tǒng)中，軟件結構采用模塊化設計，各功能程序分別編寫和調試。各模塊調試成功后，再將所有模塊連接起來，構成系統(tǒng)的軟件。這樣的設計有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于編程、調試、維護及協作。本家居控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件部分主要包括以下幾個部分：(1)主機部分相關軟件設計；（2）分機部分相關軟件設計；(3)無線通訊的軟件設計。4.1 軟件開發(fā)環(huán)境的介紹本系統(tǒng)的設計、開發(fā)和

51、調試主要采用單片機的C語言編程，使用Keil uVision2,作為單片機軟件的開發(fā)環(huán)境，實現對程序的編輯、編譯、調試。C語言是一種通用的計算機程序設計語言，它提供高效的代碼，結構化的編程，和豐富的操作符。其語言簡潔，使用靈活方便，可移植性好，表達能力強，具有自接訪問機器物理地址的能力。C不是一種大語言，不是為任何特殊應用領域而設計。它一般來說限制較少，可以為各種軟件任務提供方便和有效的編程。許多應用程序用C編寫比其他語言編寫更方便和有效。Keil C51是美國Keil Software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、結構性、可讀性、可維護性上有明顯

52、的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。在Keil C51軟件中提供了豐富的庫函數和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現高級語言的優(yōu)勢。在本系統(tǒng)中單片機程序利用uVision2軟件來開發(fā)的。4.2 主機系統(tǒng)部分的軟件設計在對系統(tǒng)進行編制之前，必須對各個部分引腳、寄存器及各種實現方式進行說明。鍵盤輸入模塊利用INT1外部中斷實現；LCD液晶顯示模塊利用T0定時器中斷對接收到的溫濕度值進行實時顯

53、示；電話撥號報警模塊采用T1定時器中斷實現報警；其余的功能在主程序中實現。在系統(tǒng)中開辟一段連續(xù)地址作為標準寄存器用需要設置的寄存器有溫度設定值寄存器、濕度設定值寄存器、溫度采集值寄存器、濕度采集值寄存器、火災標志寄存器和氣體泄漏標志寄存器。系統(tǒng)整體流程圖見附錄C。4.2.1 鍵盤輸入模塊的軟件設計4×4鍵盤部分設有專門的啟動按鍵，通過INT1中斷進入讀鍵盤程序。鍵盤模塊主要實現對溫度值和濕度值的設置，以及火災快速啟動按鈕。溫濕度的設置值的流程圖如圖4.1。圖4.1 溫濕度設置流程圖識別鍵盤上哪個鍵被按下的過程稱為鍵盤掃描，此系統(tǒng)鍵盤的掃描過程是:首先將8255A的PB0-PB3輸出值

54、為低電平，從PB口讀得的低四位值均為高電平時，表示無鍵按下。當有鍵按下時,進行行列掃描。首先從PB0輸出低電平，使第一列為低電平，其余列為高電平，判斷哪行有鍵壓下；若無，使得鍵盤的第二列為低，重復上述操作，直到讀到鍵盤值或掃描完畢。為了保證正確檢測哪個鍵按下，當有鍵按下后延時一段時間后再判斷一次，然后再讀鍵號，就可以消除鍵盤機械抖動的影響。設K0K9為數字0，1，2，9，CF為功能鍵分別實現4種功能。在程序中先識別鍵碼，然后根據鍵碼值跳到執(zhí)行相應的功能。其鍵盤掃描具體流程圖如圖4.2。圖4.2 鍵盤掃描流程圖4.2.2 LCD液晶顯示模塊程序設計LCD液晶顯示器的程序設計首先應先進行初始化設置

55、，其初始化程序見附錄E程序1。LCD液晶顯示器串行接口傳輸的工作時序如下：在片選CS 設為高電位時，同步時鐘線SCLK輸入的訊號才會被接收，另一方面，當片選CS設為低電位時，模塊的內部串行傳輸計數與串行資料將會被重置，也就是說在此狀態(tài)下，傳輸中的資料將被終止清除，并且將待傳輸的串列資料計數重設回第一位；模塊選擇腳CS可被固定接到高電位。 模塊的同步時鐘線SCLK具有獨立的操作，但是當有連續(xù)多個指令需要被傳輸，必須確實等到一個指令完全執(zhí)行完成才能傳送下一筆資料，因為模塊內部并沒有傳送/接收緩沖區(qū)。 從一個完整的串行傳輸流程來看，一開始先傳輸起始位，它需先接收到五個連續(xù)的“1”（同步位串）在起始位

56、元組，此時傳輸計數將被重置并且串行傳輸將被同步，再跟隨的二個BIT 分別指定傳輸方向位RW及暫存器選擇位RS，最后第八位則為“0”。 在接收到起始位元組后，每個指令/數據將分為二組接收到：較高4位元（DB7DB4）的指令資料將會被放在第一組的LSB部分，而較低4位元（DB3DB0）的指令資料則會被放在第二組的LSB部分，至于相關的另四位則都為0。圖4.3 串行控制界面時序在主系統(tǒng)運行過程中，通過定時器T0進行定時顯示采集到得溫濕度值以及各種控制閥的開關狀態(tài)進行顯示。LCD初始化流程圖和數據顯示流程圖分別如下。 圖4.4 液晶模塊顯示初始化流程圖 圖4.5 液晶顯示設置流程圖4.2.3 MT8888的軟件設計MT8888內部有兩個數據寄存器