智能家居控制系統(tǒng)-畢業(yè)論文正稿

1、.wd.wd.wd.畢業(yè)論文設(shè)計論文題目：智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計學生姓名：學 號：所在院系：電氣信息工程學院專業(yè)名稱：電子信息科學與技術(shù)屆 次：2012屆指導教師：目 錄TOC o 1-2 h u HYPERLINK l _Toc9069 前言 PAGEREF _Toc9069 3 HYPERLINK l _Toc19641 1 設(shè)計概述 PAGEREF _Toc19641 4 HYPERLINK l _Toc23696 1.1 設(shè)計創(chuàng)新點 PAGEREF _Toc23696 4 HYPERLINK l _Toc4426 1.2 論文概述 PAGEREF _Toc4426 4 HYPERLIN

2、K l _Toc28687 2 總體設(shè)計 PAGEREF _Toc28687 4 HYPERLINK l _Toc8148 2.1 整體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc8148 4 HYPERLINK l _Toc9081 2.2 主控芯片選擇 PAGEREF _Toc9081 5 HYPERLINK l _Toc14879 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc14879 5 HYPERLINK l _Toc16926 3.1 主控芯片ATmega16 PAGEREF _Toc16926 5 HYPERLINK l _Toc29753 3.2 功能設(shè)計 PAGEREF _Toc2975

3、3 6 HYPERLINK l _Toc13778 3.3 電源模塊設(shè)計 PAGEREF _Toc13778 9 HYPERLINK l _Toc1723 3.4 顯示模塊 PAGEREF _Toc1723 10 HYPERLINK l _Toc14990 3.5 鍵盤模塊 PAGEREF _Toc14990 11 HYPERLINK l _Toc13405 3.6 步進電機模塊 PAGEREF _Toc13405 11 HYPERLINK l _Toc11337 3.7 電機驅(qū)動 PAGEREF _Toc11337 12 HYPERLINK l _Toc25835 4 軟件設(shè)計 PAGERE

4、F _Toc25835 13 HYPERLINK l _Toc10375 4.1 原理圖繪制 PAGEREF _Toc10375 13 HYPERLINK l _Toc26902 4.2 程序編譯環(huán)境 PAGEREF _Toc26902 14 HYPERLINK l _Toc18799 5 結(jié)論 PAGEREF _Toc18799 16 HYPERLINK l _Toc13763 參考文獻 PAGEREF _Toc13763 18智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計學生：呂倩(指導教師：解萍)(淮南師范學院電氣信息工程學院)摘 要：21世紀是一個信息化的社會，它與人們的生活的關(guān)系也日益嚴密。信息化的社會不僅

5、改變了人們的生活方式，也對傳統(tǒng)住宅提出了挑戰(zhàn)。人們對家居的要求早已不只是物理空間，更為追求的是一個安全，方便，舒適的居家環(huán)境。本文詳細介紹了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計，本設(shè)計采用Atmega16單片機作為主控芯片，各種傳感器對周邊環(huán)境進展數(shù)據(jù)采集，從而反響給處理中心，進而對整個系統(tǒng)進展實時監(jiān)控與控制。其中對各類傳感器模塊進展了詳細的說明介紹。并通過軟件程序的設(shè)計，設(shè)置了二種工作模式，既安防模式和自動控制模式。通過軟硬件的設(shè)計與協(xié)調(diào)工作，從而保證整個系統(tǒng)的完美運行，到達智能控制的效果，給人們帶來不一樣的享受，且能增加住戶的安全感，使人們能夠全身心地投入到工作，從而提高生活質(zhì)量。關(guān)鍵詞：Atmega1

6、6；智能家居；傳感器；控制Design of intelligent home furnishing control systemStudent: Lv Qian(Faculty Adviser：Xie Ping)(College of electrical and Information Engineering, Huainan Normal University)Abstract:Twenty-first Century is a society of information technology, its relationship with peoples life increasing

7、ly close.Society of information technology not only changed peoples way of life, but also a challenge to the traditional residential.People on the home furnishing already not just physical space requirements, more is the pursuit of a safe, convenient, comfortable home environment.This paper introduc

8、es the design of intelligent home furnishing control system, this design uses Atmega16 microcontroller as the main control chip, a variety of sensors to collect data on the surrounding environment, so as to give feedback to the processing center, then carries on the real-time monitoring and control

9、of the whole system.The detailed description of various sensor module.And the design of software, set two kinds of working mode, not only security mode and automatic control mode.Through the design and coordination of software and hardware, so as to guarantee the perfect operation of the whole syste

10、m, the intelligent control effect, bring people do not enjoy the same, and can increase the sense of security of households, enable people to devote themselves to work, so as to improve the quality of life.Key words:Atmega16;Intelligent Home Furnishing; Sensor; Control前言隨著科學技術(shù)的不斷進步及對生活質(zhì)量的要求不斷提高，人們在選

11、擇和使用電器時，已從單一功能的家電轉(zhuǎn)向智能化家電。信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的卓越開展，使家用電器的集中控制和遠程遙控技術(shù)已不再是夢想。通過信息技術(shù)和家電控制技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)現(xiàn)代家庭生活的信息話和自動化，滿足人們不斷提升的生活要求，使能夠充分的享受到生活中去。從現(xiàn)如今數(shù)字化家庭的開展趨勢來看，遠程監(jiān)控，智能化的家居，已將成為未來的必然，將在一定程度上改善人們的生活水準1。其實，智能化住宅小區(qū)早在興旺國家得到實現(xiàn)。譬如美國、德國、新加坡、英國、日本等經(jīng)濟比較興旺的國家，智能化家居早被廣泛應用于生活。在1998年，新加波舉辦了一場“家用電器與電子消費品國際展覽會，通過現(xiàn)場模擬，介紹了智能家居系統(tǒng)。整個系統(tǒng)

12、功能包括安防報警功能、視頻對講功能、監(jiān)控中心功能、家電自控功能、有線電視與 接入以及智能家居控制面板等2。利用智能家居控制器可以提供多種智能控制方案，使家居的主人更加享受家庭生活，且使他們處理家庭事務(wù)，更快、更方便。智能家居系統(tǒng)還可以提供舒適的安康環(huán)境，通過配置相應的傳感器可以有效監(jiān)視室內(nèi)的溫度、濕度和亮度，進而控制空調(diào)、窗簾和照明系統(tǒng)的運行，從而提供更加適宜的生活空間。另外通過各類安防傳感器，提高了人們及時發(fā)現(xiàn)和處理緊急情況的能力3。在智能家居中配備Internet接入功能后，那么家居的遠程監(jiān)控能力將更強，給住戶一種前所未有的安全感，使他們更加的放心去工作，去生活，從而提高用戶的生活質(zhì)量。根

13、據(jù)現(xiàn)代生活對居住環(huán)境的便捷性、安全性、舒適性等方面的要求，以及智能家居技術(shù)開展的方向，未來智能家居的開展趨勢將會有以下幾大特點：1具有功耗低，功能強大的嵌入式微處理器，通過嵌入式操作系統(tǒng)平臺，使智能家居成為囊括安防、家電控制、數(shù)字家庭的智能家居平臺4；2傳輸方式將逐步走向多網(wǎng)合一，安防、門禁、抄表逐漸采用統(tǒng)一的以太網(wǎng)連接。多網(wǎng)合一將在一定程度上降低建設(shè)和維護的復雜度，而且提高了傳輸?shù)目煽啃裕?從有線逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線。擁有無限靈活性，流動性和可擴展性的無線傳輸，是有線傳輸望塵莫及的。1 設(shè)計概述1.1 設(shè)計創(chuàng)新點多媒體家庭智能控制系統(tǒng)，結(jié)合了多媒體數(shù)字影院系統(tǒng)、家庭監(jiān)控防盜系統(tǒng)、家庭背景音樂系統(tǒng)、

14、燈光窗簾控制系統(tǒng)、家庭急救報警系統(tǒng)、遠程控制系統(tǒng)和自動節(jié)能系統(tǒng)等系統(tǒng)的功能優(yōu)點。通過手持遙控、手機等多種方式進展控制。采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)不同的家庭的習慣采用不同的組合方式，使家居智能實現(xiàn)“DIY，從而更好的表達家庭特點，表達不同的生活理念。符合人性化設(shè)計，充分表達了“以人為本設(shè)計理念。1.2 論文概述論文包括智能家居整體制作思路及硬件外設(shè)局部的介紹與設(shè)計。包括家居模式的設(shè)計；硬件電路的設(shè)計，主控芯片中的比較、選擇；軟件算法包括根據(jù)外圍硬件的環(huán)境來控制整個系統(tǒng)的運行。其中，第一章為引言，主要介紹了智能家居開展現(xiàn)狀及其應用前景；第二章為智能家居系統(tǒng)方案的設(shè)計，主要包括主控芯片的選擇、功能模式的

15、設(shè)計；第三章為硬件系統(tǒng)設(shè)計，其中主要介紹了硬件電路設(shè)計，各類傳感器的功用及電源模塊、顯示模塊等；第四章為智能家居軟件系統(tǒng)設(shè)計，包括智能家居系統(tǒng)整體設(shè)計流程，并介紹了整個軟件的編譯環(huán)境；第五章是總結(jié)和鳴謝。2 總體設(shè)計2.1 整體設(shè)計方案ATmega16單片機控制機械控制報警提醒電源模塊顯示模塊傳感器采集鍵盤控制圖1 整體設(shè)計框圖本設(shè)計采用ATmega16作為主控芯片，各種傳感器對周邊環(huán)境進展數(shù)據(jù)采集，從而反響給處理中心，進而對整個系統(tǒng)進展實時監(jiān)控與控制。系統(tǒng)的整體設(shè)計框圖如圖1所示。2.2 主控芯片選擇單片機按CPU的處理能力分類目前有4位、8位、16位、32位，位數(shù)越高的單片機在數(shù)據(jù)處理能力

16、和指令系統(tǒng)方面就越強，AVR、51、PIC都屬于8位機。8位單片機由于內(nèi)部構(gòu)造簡單、體積小、成本低廉，在一些較簡單的控制器中應用很廣。本課程設(shè)計8位單片機已滿足要求。方案一：采用傳統(tǒng)的8位89C51單片機作為主控芯片。51單片機具有價格低廉,使用簡單等特點，但其運算速度低，功能單一，RAM、ROM空間小等缺點。假設(shè)采用89C51需要做RAM，ROM來擴展其內(nèi)存空間，其硬件工作量必然大大增多。方案二：采用AVR單片機作為主控芯片，其簡便易學、費用低廉、低耗、保密、I/O口功能強，且AVR單片機是高速 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2316799.htm t _bla

17、nk 嵌入式單片機，其內(nèi)部集成了AD轉(zhuǎn)換電路，以及功能強大的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/281961.htm t _blank 定時器/計數(shù)器、通訊接口。綜上考慮，選用ATmega16單片機為CPU最為適宜，且ATmega16單片機具有16K的flash，512字節(jié)的EEPROM，滿足我們設(shè)計的需求。3 硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1 主控芯片ATmega16ATmega16是基于8位CMOS微控制器，低功耗AVR RISC構(gòu)造。得益于其先進的HYPERLINK :/baike.baidu /view/9174.htm指令集及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，使ATmega16的數(shù)

18、據(jù)吞吐量可達1MIPS/MHz，故可緩解系統(tǒng)在功耗和處理速度之間矛盾5。ATmega16具有16K字節(jié)可編程閃存，512字節(jié)的EEPROM，1K字節(jié)的SRAM，32個通用I / O端口，32個通用存放器，邊界掃描的JTAG接口6，支持片上調(diào)試和編程，三個具有更靈活方式的定時器/計數(shù)器T / C，內(nèi)部/外部中斷，可編程異步串行通訊，一個通用串行連接，8路10bit可選的ADC，一個串行端口和省電模式，模式可以通過單片機內(nèi)部的存放器進展設(shè)置選擇。當單片機處于空閑方式時，CPU不再運行，但USART、SRAM、T / C、SPI端口、兩線接口、A/D轉(zhuǎn)換器和中斷繼續(xù)正常工作；當單片機處于掉電模式時，

19、晶體振蕩器不再振蕩，但中斷模塊以及復位系統(tǒng)正常工作，而其他所有功能都不再運行；當單片機處于省電模式時，異步定時器正常運行，且允許用戶保持一個時間基準，但其他功能將停頓運行；當單片機處于ADC噪聲抑制模式下，只有異步定時器以及ADC正常運行，其他模塊均休眠，為的是減少在ADC轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的開關(guān)噪聲；ATmega16擁有C語言編譯器、宏匯編程序、程序調(diào)試器/仿真器以及仿真器等一系列的編程工具，還會有評估板等相應的系統(tǒng)開發(fā)工具7。圖2和圖3分別為ATmega16實物圖和ATmega16引腳圖。圖2 ATmega16實物圖 圖3 ATmega16引腳圖3.2 功能設(shè)計3.2.1 雙模式設(shè)計為了適應人們高

20、質(zhì)量，便捷的生活需求，本系統(tǒng)采用兩種模式控制，即安防模式和自動模式。系統(tǒng)自動控制是指系統(tǒng)的核心局部可以根據(jù)外部傳感器所采集的環(huán)境信息如溫度，光照等與用戶設(shè)定的可以使人可以較為舒適的之作比較8，然后根據(jù)比較結(jié)果對相應的設(shè)備進展調(diào)節(jié)控制，以保持著個舒適的值，為用戶提供一個良好的溫濕度環(huán)境。且設(shè)置了手動控制模式，人為的調(diào)節(jié)環(huán)境變化。而安防模式是指在主人外出或?qū)揖釉O(shè)置了防盜防火，通過外部傳感器實時檢測是否有不法人員進入居室，以及是否發(fā)生火災，及時通知并報警，到達安全防火防盜的效果。3.2.2 溫度控制通過溫度傳感器如圖4采集當前的溫度信息，送到采集模塊中進展轉(zhuǎn)換，由控制中心進展分析，通過與預設(shè)值的比

21、照，決定空調(diào)的開關(guān)，使室溫保持在一個恒定的范圍。同時為了方便控制，控制中心會將采集到的溫度值發(fā)送到液晶屏上顯示出來。圖4 溫度傳感器DS18B20 圖5 光敏傳感器3.2.3 燈光控制通過光敏傳感器如圖5采集當前光線的值，通過與預設(shè)白天夜晚的值相比，讓控制中心知道當前的環(huán)境狀態(tài)，從而決定是開燈還是關(guān)燈，是開窗簾還是關(guān)窗簾。3.2.4 聲音控制聲控燈是一種聲控電子照明裝置，由音頻放大器、選頻電路、延時開啟電路和可控硅電路組成。它提供了一種控制靈敏的聲控燈9，它采用人嘴發(fā)出約1秒的控制信號“嘶聲，即可方便及時地翻開和關(guān)閉聲控照明裝置，并有防誤觸發(fā)而具有的自動延時關(guān)閉功能，并設(shè)有手動開關(guān)，使其應用更

22、加方便。聲控燈由話筒、音頻放大器、選頻電路、倍壓整流電路、鑒幅電路、恒壓源電路、延時開啟電路、可控延時開關(guān)電路、可控硅電路組成。本次設(shè)計通過聲音傳感器如圖6檢測當前是否有語音命令，來控制窗簾、臺燈、音響的開關(guān)等，從而到達聲控的效果。 圖6 聲音傳感器 圖7 火焰?zhèn)鞲衅?.2.5 防火設(shè)計火災煙霧傳感器是一種在消防管理、安全防范系統(tǒng)中常用的報警器材，它工作可靠、體積小巧，火災煙霧傳感器是把煙霧信號轉(zhuǎn)換為電信號，電路設(shè)計時可以在背后設(shè)計專用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時通過設(shè)置在廚房、臥室、書房等的煙霧傳感器，實時監(jiān)視各個房間的狀況，以防火災的發(fā)生。假設(shè)有火災發(fā)生，那么控制器發(fā)出聲光、

23、短信等報警信號，通知家人及相關(guān)部門及時撲滅火災，保證家居的安全。除此之外，我們還能根據(jù)有人在家與否，調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度10。本次設(shè)計通過火焰?zhèn)鞲衅魅鐖D7檢測室內(nèi)是否有異常明火，假設(shè)檢測到有異常明火，那么通過蜂鳴器報警且控制噴射閥工作。3.2.6 防盜設(shè)計一般家居防盜設(shè)計包含；兩局部區(qū)域的防護，住宅周界防護和住宅內(nèi)區(qū)域防護。住宅周界防護是指在住宅門，房子的窗戶，窗戶上的玻璃等外部環(huán)境上安裝一些傳感器來檢測環(huán)境的變化，到達保護家居安全的作用，例如玻璃破碎探測器；住宅區(qū)的保護是指在主通道、臥室、書房、浴室安裝一檢測各種環(huán)境信息的傳感器11，來保護室內(nèi)的安全，諸如紅外探測器、溫度傳感器、煙霧傳感器

24、、震動傳感器等，都可以幫助居室主人更好的管理家居。本次設(shè)計通過人體紅外傳感器如圖8檢測主人外出后，室內(nèi)是在否有人進入，以及聲音傳感器，保險柜的震動傳感器如圖9，都可以到達防盜檢測。假設(shè)檢測到有異常人員進入，那么會通過蜂鳴器報警。圖8 人體紅外感應 圖9 震動傳感器3.2.7 功能設(shè)計小結(jié)通過傳感器采集當前環(huán)境中各種信息，送到采集模塊中進展轉(zhuǎn)換，處理芯片對其進展分析處理。同時為了方便控制，控制芯片會將采集到的一些數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶屏上顯示出來。總的來說，各類傳感器起著感受外界環(huán)境變化的作用，對整個系統(tǒng)的運行至關(guān)重要，具體功能如下表：表1 各類傳感器功能溫度感應，測量溫度溫度傳感器18B20 采集光照

25、，控制燈光光敏傳感器 聲音控制，聲量檢測聲音傳感器模塊 提示預警，聲音提示蜂鳴器模塊模塊 防盜系統(tǒng)，震動檢測震動傳感器模塊 安防設(shè)備，人體感應HC-SR501人體紅外3.3 電源模塊設(shè)計1)5V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路由于本控制系統(tǒng)單元電路較多對且對5V電源的要求比較高。在本次畢業(yè)設(shè)計中,我們選用了穩(wěn)壓芯片LM2576完成12V向5V的轉(zhuǎn)變,并讓其對ATmega16控制核心和其他5V單元的供電。我們需要注意,使用LM2576穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換還要用到大功率的電感(100uH)以及電容,這些是高儲能能力所必備的,從而滿足單元電路的供電需求。LM2576為5.0V-3A開關(guān)電源穩(wěn)壓器。如以以下圖

26、所示：圖10 5V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路2)其他電源穩(wěn)壓器電路本系統(tǒng)的設(shè)計還涉及到傳感器信號采集與信號放大，其中放大器等局部需要用到12V電源，因此根據(jù)設(shè)計要求增加了7812/7912三端穩(wěn)壓IC提供的12V電源，由220V的交流電經(jīng)交流變壓器T降壓，變成12V交流電，低壓交流電再經(jīng)過全橋整流變成脈動直流17V左右為三端穩(wěn)壓提供電源，脈動直流電經(jīng)4700u電解電容和0.1u瓷片電容濾波，送到穩(wěn)壓塊輸入端，進展穩(wěn)壓，然后由三端穩(wěn)壓輸出端輸出12V直流電壓，12V直流電再由2200u和0.1u電容進展濾波，輸出比較穩(wěn)定的12V直流電壓，給模塊供電源。如以以下圖所示：圖11 12V電源穩(wěn)壓器電路 3.4

27、 顯示模塊方案一：采用LED數(shù)碼管顯示器。LED 數(shù)碼管亮度高，醒目，但是其電路復雜，占用資源較多，顯示信息量較小。方案二：采用漢字LCD液晶顯示器。LCD有明顯的優(yōu)點：微功耗、尺寸小，超薄輕巧、顯示信息量大、字跡清晰、美觀、視覺舒適；可以用中文LCD液晶進展菜單顯示，使整個控制系統(tǒng)更加人性化?；谏厦娴谋容^分析，故采用LCD作為顯示模塊,而使用Nokia5110液晶如圖12的有如下優(yōu)勢：1)性價比高，LCD1602可以顯示32個字符，而Nokia5110可以顯示15個漢字，30個字符。Nokia5110裸屏僅8.8元，LCD1602一般15元左右，LCD12864一般5070元。2)接口簡單

28、，僅8根I/O線即可驅(qū)動，LCD1602需11根I/O線，LCD12864需12根。3)速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。4)Nokia5110工作電壓3.3V，正常顯示時工作電流200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動設(shè)備。圖12 Nokia5110液晶 圖13 矩陣鍵盤3.5 鍵盤模塊本次設(shè)計選用的是矩陣式構(gòu)造的鍵盤，其具有四行四列4*412，需要8個IO口，我們可以讓行線所接單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口作為輸入端。當無按鍵按下時，所有的輸入端檢測到的都是高電平，行線輸出低電平。當有按鍵按下時，那么輸入線就會被拉低。通過讀取輸入

29、線的狀態(tài)就可得知是否有按鍵按下，這種讀取方法我們稱為掃描法，這是人們最常用的矩陣鍵盤判別方法。矩陣鍵盤原理仿真圖如圖13，具體掃描過程如下：1確定是否有按鍵按下，初始化所有行y0-y3為低水平，然后檢測列線的狀態(tài)。假設(shè)有一列是低電平，那么表示鍵盤有鍵按下，且按下的鍵位于低電平線與4根行線相穿插的4個按鍵之中。如果所有的列線都沒有低電平，那么鍵盤上無按鍵按下。2確定閉合鍵的具體位置，確認方法是依次讓行線置為低電平，即在一個線為低電平時，其他線均為高電平。在確定一個線的位置為低電平后，然后檢測每行的電平狀態(tài)。如果某列為低電平，那么該列與此低電平行線穿插處的按鍵，即為閉合鍵。3.6 步進電機模塊本窗

30、簾電機采用四相步進電機，其使用單極性直流電源供電13。只要獲得正確的時序電流，步進電機就可以正常運轉(zhuǎn)。圖14是四相步進電機工作原理圖：圖14 四相步進電機步進原理圖初識時，單刀開關(guān)SB連通電源，而SA、SC、SD斷開，B相電磁和轉(zhuǎn)子0、3號齒輪相對齊，此時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒輪那么會與C、D相繞組的電磁極產(chǎn)生錯位，2、5號齒輪那么會與D、A相繞組的電磁極產(chǎn)生錯位。當單刀開關(guān)SC連通電源時，SB、SA、SD斷開，此時C相繞組的電磁力和1、4號齒之間電磁力開場作用，使得轉(zhuǎn)子開場轉(zhuǎn)動，1、4號齒輪和C相繞組的電磁極對齊。但0、3號齒輪與A、B相繞組電磁極就會產(chǎn)生錯位，2、5號齒輪就與A、D相繞組的電磁

31、極產(chǎn)生錯位。同理，ABCD四相繞組依次輪流供電，由于0至5號齒輪的之間的錯位，轉(zhuǎn)子就會依次順著ABCD方向運轉(zhuǎn)。四相步進電機一般有三種工作模式：單四拍、雙四拍、八拍三種，它們是根據(jù)電流時序的不同來劃分的。單四拍的步距角與雙四拍的一樣14，且雙四拍的轉(zhuǎn)動力矩大，單四拍和雙四拍的步距角是八拍模式下的兩倍，故八拍模式擁有保持高轉(zhuǎn)動力矩和高控制精度的雙優(yōu)點。單四拍、雙四拍與八拍工作模式的電源通電時序與波形分別如圖15所示：圖15 電機工作時序與波形3.7 電機驅(qū)動本設(shè)計的電機驅(qū)動采用ULN2003，ULN2003是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強

32、等特點15,適應于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。且廣泛用于單片機、儀器儀表、PLC等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中。在工作電壓為5V時，可直接與TTL和CMOS電路連接，即可直接驅(qū)動繼電器等負載。ULN2003輸入為5V的TTL電平，且輸出電壓可達50V，以及灌電流可達500mA。需要注意的是，在使用ULN2003時，為了讓這個二極管起到續(xù)流作用，必須將COMHYPERLINK :/baike.baidu /view/641241.htm引腳pin9接在負載的供電電源上，只有這樣才能夠形成續(xù)流回路，這是因為ULN2003是集電極開路輸出。ULN2003內(nèi)部構(gòu)造圖如圖16：圖16 ULN2003內(nèi)部構(gòu)造圖4 軟

33、件設(shè)計4.1 原理圖繪制Altium Designer 6是Altium公司Protel系列軟件基于Windows平臺的最新產(chǎn)品15，是Altium公司總結(jié)了多年的技術(shù)研發(fā)成果，是對Protel 99 SE以及Protel DXP不斷修改、擴大新設(shè)計模塊和屢次升級完善后的產(chǎn)物。Altium Designer 6是完全一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)下的一個版本。Altium Designer 6是將設(shè)計流程、集體化PCB設(shè)計、可編程器件設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的電路設(shè)計系統(tǒng)。Altium Designer 6除了全面繼承包括Protel 99SE、Protel DXP在內(nèi)的先

34、前一系列版本的功能和優(yōu)點外，還增加了許多改進和很多高端功能。該平臺拓寬了板級設(shè)計的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設(shè)計功能和SOPC設(shè)計實現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計人員能將系統(tǒng)設(shè)計中的FPGA與PCB設(shè)計及嵌入式設(shè)計集成在一起16。由于Altium Designer 6在繼承先前Protel軟件功能的根基上，綜合了FPGA設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計功能，Altium Designer 6對計算機的系統(tǒng)需求比先前的版本要高一些。 圖17和圖18分別為在Altium Designer 6平臺上繪制的ATmega16原理圖和PCB圖。圖17 ATmega16原理圖 圖18 ATmega16 PCB圖4.2

35、程序編譯環(huán)境4.2.1 ICCAVR軟件ICCAVR軟件是一種符合ANSI標準的C語言來開發(fā)MCU單片機程序的一個工具，功能適宜、使用方便、技術(shù)支持好，它主要有以下幾個特點：1.擁有工程管理以及編輯器的集成開發(fā)環(huán)境IDE；2.源文件被組織成工程工程中，文檔的編輯和工程的構(gòu)造都是在工程工程中完成的，編譯的錯誤會在在狀態(tài)窗口中顯示，且當你點擊一個編譯錯誤時，光標那么會自動跳到該行的錯誤；3.該編譯軟件可以直接生成HEX格式的燒寫文件大多數(shù)編程器都支持HEX格式的文件，可以直接下載到芯片中使用和符合 AVRStudio的調(diào)試文件(COFF格式)17。4.一個純32位的程序，可在 Win 95、Win

36、 98、Win ME、Win NT、Win 2000、Win XP和Win 7等環(huán)境下運行。以以下圖為ICCAVR編譯環(huán)境界面：圖19 ICCAVR編譯環(huán)境4.2.2 Progisp ISP下載軟件：Progisp ISP具有以下特性：1支持所有的AVR芯片的編程，支持AT89S51,AT89S52；2自定義串口的下載編程器的支持；3USBASP下載器的支持；4自定義編程熔絲信息的支持；5支持高壓下載器；6支持脫機下載器實現(xiàn)脫機下載；7支持命令行模式，可以直接嵌入其他IDE中使用；綠色軟件，無需安裝，占用資源少；8支持自定義漢化信息提示；9支持工程管理-可以將所有的配置數(shù)據(jù)與編程數(shù)據(jù)打包為單一

37、文件。圖20為progisp的主界面：圖20 Progisp 主界面4.3 整體設(shè)計功能通過按鍵選擇工作模式：1.自動,檢測光照強度，自動控制窗簾的拉伸；檢測光照強度，自動控制臺燈的亮滅；檢測聲音，控制臺燈的亮滅；2.安防,檢測是否有火焰產(chǎn)生，蜂鳴器報警；檢測是否有異常聲音產(chǎn)生，蜂鳴器報警；檢測是否有外來人員進入，蜂鳴器報警；設(shè)計功能流程圖如下：環(huán)境是否變暗開場按鍵選擇模式返回是否有異?；鹧姘卜滥Ｊ交鹧?zhèn)鞲衅鞣澍Q器報警光傳感器電機工作，拉到窗簾臺燈亮滅聲音傳感器是否有聲音自動模式圖21 功能流程圖5 結(jié)論通過本次畢業(yè)設(shè)計， 基本完成了預期的設(shè)計模式自動模式與按鍵模式。整個設(shè)計都在液晶5510下

38、顯示，如圖22。整個系統(tǒng)的檢測控制都取決于我們的傳感器模塊，它們主要由聲音傳感器、紅外傳感器以及光敏傳感器組成。在這些傳感器的實時監(jiān)測下，完成了我們的整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，使主控芯片能夠得到快速且準確的外界信息。設(shè)計的傳感器模塊如圖23。圖22 液晶顯示界面圖23 傳感器模塊本次設(shè)計為了模擬顯示的窗簾，此次選擇細線上掛幾個物體來擔當窗簾的角色，用步進電機來控制窗簾的收縮。實際測試效果明顯，能夠根據(jù)環(huán)境中光照等信息，來控制窗簾開關(guān)，實物圖如下：圖24 步進電機控制窗簾模型通過幾個月的不斷學習與設(shè)計，本次的智能家居設(shè)計實現(xiàn)了光照強度檢測、聲音檢測以及紅外煙霧檢測，并到達了自動控制窗簾拉伸，自動控制臺燈亮滅的效果。且在安防模式中，能夠?qū)崟r檢測家居環(huán)境，如有異常，且會報警提醒。參考文獻1王鵬.基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端的家庭智能控制系統(tǒng)D.西安工業(yè)學院,2003. 2唐蘋.一種基于以太網(wǎng)的嵌入式數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)J.安防科技,2008,(9):23-25.3