基于單片機的模擬智能家居系統(tǒng)

1、存檔編號 贛南師范學院學士學位論文基于單片機的模擬智能家居系統(tǒng)教學學院:物理與電子信息學院屆 不 2010屆 專 業(yè) 電子信息工程 學 號 060802044 姓 名 李自建 指導老師 李秋生 完成日期 2010-5 目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc262324063 內(nèi)容摘要 PAGEREF _Toc262324063 h 2 HYPERLINK l _Toc262324064 關鍵詞 PAGEREF _Toc262324064 h 2 HYPERLINK l _Toc262324065 Abstract PAGEREF _Toc262324065 h

2、 2 HYPERLINK l _Toc262324066 Key words PAGEREF _Toc262324066 h 2 HYPERLINK l _Toc262324067 1引言 PAGEREF _Toc262324067 h 1 HYPERLINK l _Toc262324068 2 系統(tǒng)的總體方案 PAGEREF _Toc262324068 h 3 HYPERLINK l _Toc262324069 2.1系統(tǒng)框圖 PAGEREF _Toc262324069 h 3 HYPERLINK l _Toc262324070 2.2系統(tǒng)的組成 PAGEREF _Toc262324070

3、h 6 HYPERLINK l _Toc262324071 3 硬件設計 PAGEREF _Toc262324071 h 16 HYPERLINK l _Toc262324072 3.1遠端模塊設計 PAGEREF _Toc262324072 h 16 HYPERLINK l _Toc262324073 3.2本地模擬分機部分的設計 PAGEREF _Toc262324073 h 17 HYPERLINK l _Toc262324074 3.3智能顯示和溫度部分的電路設計 PAGEREF _Toc262324074 h 18 HYPERLINK l _Toc262324075 4 軟件設計 P

4、AGEREF _Toc262324075 h 21 HYPERLINK l _Toc262324076 4.1 軟件講明 PAGEREF _Toc262324076 h 21 HYPERLINK l _Toc262324077 4.2 軟件流程圖 PAGEREF _Toc262324077 h 22 HYPERLINK l _Toc262324078 5 系統(tǒng)調(diào)試 PAGEREF _Toc262324078 h 25 HYPERLINK l _Toc262324079 5.1 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc262324079 h 25 HYPERLINK l _Toc262324080 5

5、.2 軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc262324080 h 27 HYPERLINK l _Toc262324081 5.3 軟硬件聯(lián)調(diào) PAGEREF _Toc262324081 h 29 HYPERLINK l _Toc262324082 結束語 PAGEREF _Toc262324082 h 30 HYPERLINK l _Toc262324083 附錄一 PAGEREF _Toc262324083 h 31 HYPERLINK l _Toc262324084 參考文獻: PAGEREF _Toc262324084 h 57 HYPERLINK l _Toc262324085 致謝

6、PAGEREF _Toc262324085 h 59內(nèi)容摘要：設計了一個模擬智能家居系統(tǒng)，該系統(tǒng)以STC單片機作為操縱核心，利用雙音多頻信號作為遠距離的通信信號，利用串口進行模塊內(nèi)部的通信。文章詳細介紹了系統(tǒng)的組成、工作原理及其軟硬件設計。關鍵詞: 智能家居；DTMF；STC89C52RC；模擬電話Abstract: The paper designs a system which simulates the intelligent home system. The system takes STC MCU as the control core, uses the DTMF signals

7、as the long-distance communication signals, and serial communication as the communication method between the internal modules. This paper introduces the composition, working principle and the design of hardware and software.Key words: Intelligent home system, DTMF, STC89C52RC, Analogue telephone1引言隨

8、著人們生活水平的提高，智能操縱系統(tǒng)不僅在工業(yè)操縱等方面發(fā)揮著它的優(yōu)越性，在我們的日常生活中也慢慢的凸顯它的重要性?，F(xiàn)在都市交通智能操縱和調(diào)度系統(tǒng)，都市110報警以及與之相結合的GIS系統(tǒng)等智能操縱系統(tǒng)差不多在我們的生活中應用越來越廣泛。為我們生活水平的提高發(fā)揮了重要的作用。隨著大規(guī)模集成電路及計算機技術的迅速進展，以及人工智能在操縱技術方面的廣泛運用，智能設備有了專門大的進展，是現(xiàn)代科技進展的主流方向。隨著節(jié)能環(huán)保等慢慢成為主流，智能操縱系統(tǒng)也開始朝著低能耗，低污染，高可靠性等方向進展。在操縱系統(tǒng)中通信的方式一般分為兩種，即有線通信和無線通信。顯然無線通信在系統(tǒng)應用的過程中不僅能夠減小布線部分

9、的支出，而且操縱也更加的靈活，然而關于長距離的通信來講，無線通信意味著投入到通信信道建設中的費用將會增加。而利用現(xiàn)有通信線路進行遠程操縱的方案也越來越受到人們的重視?，F(xiàn)在隨著時分復用技術的進展，一線多用越來越受到重視。而基于固定電話網(wǎng)絡而進展起來的通信應用也越來越廣泛。而本設計的模擬智能家居系統(tǒng)即是通過固定電話線路進行遠程操縱的。本設計以固定電話網(wǎng)絡為依托，一個級交換網(wǎng)絡為基礎的遠程操縱系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過模擬兩部功能具有一定不同的固定電話機，使用與固定電話交換網(wǎng)絡相同的DTMF信令，利用電話網(wǎng)絡的雙絞線作為通信線路，進行遠程操縱。該模擬智能家居系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)溫度智能檢測、時鐘功能、鬧鐘設置、溫度報

10、警、智能顯示、鍵盤撥號、遠程操縱等功能。同時還具有可靠性高，通信距離不受限制，不需要額外布線，不占用無線頻率資源，幸免了電磁污染。同時，由于電話線路各地聯(lián)網(wǎng)，能夠充分利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)，因此遙控距離可跨越省市，甚至跨越國家。本模擬系統(tǒng)適用于家庭、企事業(yè)單位、工業(yè)現(xiàn)場、商店等場所，用手機或固定電話，實現(xiàn)對電器設備的操縱和運行狀態(tài)查詢。而且本系統(tǒng)的設計思路和設計理念也是現(xiàn)在專門多遠程操縱系統(tǒng)例如：都市應急安全指揮系統(tǒng)，110報警指揮系統(tǒng)，智能調(diào)度系統(tǒng)等設計的底層通信的基礎。2 系統(tǒng)的總體方案系統(tǒng)能夠智能地顯示當前時刻和家中的實時溫度情況，同時具有時刻調(diào)整和鬧鐘設置等功能，還能夠時刻監(jiān)視家中溫度情況，

11、假如溫度異常會啟動報警單元并通過串口將報警信息傳送給模擬分機，模擬分機接收到報警信號以后，進入撥號程序，同時通過液晶顯示器顯示家中情況。模擬主機接聽后模擬分機啟動語音系統(tǒng)，通知主機家中情況，請求立即處理。若主人不在家中，能夠利用模擬遠端部分通過鍵盤輸入家中的電話號碼，號碼通過數(shù)模轉換轉化成DTMF信號，模擬分機接收到該DTMF信號后開始振鈴，并進行振鈴計數(shù)，若在一定時刻內(nèi)沒有人接聽電話則自動摘機，并啟動語音模塊，進行語音提示，用戶只需依照語音提示部分進行操作操縱相應的電器即可。2.1系統(tǒng)框圖系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)：模擬遠端模塊（模擬主機）、本地模擬分機、智能顯示模塊。2.1.1 模擬遠端模塊框圖模

12、擬遠端操縱模塊是由六部分組成：雙音多頻模塊、振鈴模塊、操縱模塊、鍵盤模塊、外部接口模塊、按鍵音單元。雙音多頻部分要緊作用是接收本地操縱單元發(fā)送過來的雙音多頻信號，并將雙音多頻信號轉換為二進制數(shù)據(jù)，轉化完成之后，產(chǎn)生中斷信號，單片機STC89C52RC外部中斷1（INT1）接收到中斷信號后，開始從雙音多頻信號收發(fā)單元中讀取剛剛轉化好的雙音多頻信號。系統(tǒng)接收到鍵盤數(shù)據(jù)后，在操縱時通過雙音多頻芯片轉換成雙音多頻信號后進行傳輸。當收到振鈴后，振鈴部分開始發(fā)送振鈴音。按鍵盤的時候有鍵盤音。其模塊圖如圖2-1所示。圖2-1 模擬遠端模塊框圖2.1.2 本地模擬分機框圖該部分有七個部分組成：雙音多頻模塊、振

13、鈴模塊、操縱?？臁⑹芸貑卧?、外圍借口、語音單元、顯示單元組成。該部分主控單元通過雙音多頻信號接收單元同意到本地模擬終端發(fā)送過來的雙音多頻信號，然后主控單元將同意到的雙音多頻信號以串口通信的方式發(fā)送給顯示單元進行顯示，同時智能顯示單元能夠依照系統(tǒng)當前所出的狀態(tài)進行不同的顯示。受控單元要緊是模擬受遠程操縱的家用電器。語音電路要緊功能是提示用戶在進行遠程操縱的時候的操作方法。振鈴單元在同意到振鈴信號之后振鈴單元開始進行振鈴，即通過蜂鳴器播放預先設置好的音樂，進行提醒。當按下接聽鍵后振鈴自然停止。其電路框圖如圖圖2-2所示。2.1.3 智能顯示和溫度操縱單元框圖智能顯示部分要緊有六部分組成：顯示單元、

14、按鍵調(diào)整單元、時鐘單元、溫度單元、報警單元、外圍接口單路組成。顯示單元要緊是利用點陣液晶點陣顯示單元FG12864E進行顯示，操縱單元將要顯示的數(shù)據(jù)通過并口寫入到液晶FG12864E中，F(xiàn)G12864E會依照主控單元的數(shù)據(jù)進行相應的顯示。按鍵調(diào)整單元通過四個按鍵進行時刻的調(diào)整，鬧鐘的設置等功能，按鍵部分功能通過掃描實現(xiàn)的。時鐘單元要緊通過DS1302進行計時的，主控單元通過三條線進行訪問。將讀取的時刻數(shù)據(jù)顯示到顯示單元上。溫度模塊通過DS18B20測試環(huán)境溫度，溫度超標時報警。其電路的整體框圖如圖2-3所示。圖2-2 本地模擬終端電路框圖圖2-3 智能顯示部分電路框圖2.1.4系統(tǒng)的總體框圖系

15、統(tǒng)的總體設計是由智能顯示部分、本地模擬分機、遠端模擬分機組成的。遠端模擬分機相當于一部電話，撥號后能夠通過鍵盤，利用雙音多頻信號進行遠程操縱家中的各種電器設備。本地模擬主機能夠在同意到報警信號之后，自動的撥打遠端電話，等待遠端接聽之后進行語音報警提示，也能夠自動或者手動的接聽遠端撥打過來的電話，然后通過語音提示提示遠端進行相應是操作，操縱家中的各類電器。本地模擬主機和遠端模擬分機之間的通信完全仿照電話之間通信的模式和通信信令的形式進行通信的。都具有振鈴檢測，忙音檢測，DTMF信令等功能。其硬件框圖如圖2-4所示。圖2-4 系統(tǒng)總體框圖2.2系統(tǒng)的組成2.2.1 智能操縱核心STC89C52RC

16、STC89C52RC是一種低功耗、高性能CMOS8位微操縱器，具有8KB在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash同意程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 STC89C52RC為眾多嵌入式操縱應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。STC89C52RC具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電

17、路。另外，STC89C52RC可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，同意RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷接著工作。掉電愛護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。圖2-5 STC89C52RC引腳結構圖2.2.2單元操縱核心STC89C2052 圖2-6 STC89C2052引腳結構圖STC89C2052是宏晶公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128B的隨機數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采納高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-

18、51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大STC89C2052單片機可為您提供許多高性價比的應用場合。同時程序保密，STC89C2052設計有2個程序保密位，保密位1被編程之后，程序存儲器不能再被編程除非做一次擦除，保密位2被編程之后，程序不能被讀出。2.2.3 DTMF收發(fā)模塊MT8880/ MT8888圖2-7 MT8888引腳結構圖MT8888是采納CMOS工藝生產(chǎn)的DTMF信號收發(fā)一體集成電路，它的發(fā)送部分采納信號失真小、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

19、的方式輸出。MT8888芯片集成度高、功耗低，可調(diào)整雙音頻模式的占空比，能自動抑制撥號音和調(diào)整信號增益，還帶有標準的數(shù)據(jù)總線，可與TTL電平兼容，并可方便地進行編程操縱。MT8888內(nèi)部由收發(fā)電路、振蕩器和電源偏置電路組成。收碼電路包括信號放大、撥號音抑制濾波、輸入信號的高低頻帶通濾波、譯碼及鎖存等功能；發(fā)碼電路包括數(shù)據(jù)鎖存、行列計數(shù)D/A轉換和混頻等功能。MT8888內(nèi)部有兩個數(shù)據(jù)寄存器，一個是只執(zhí)行讀操作的接收數(shù)據(jù)寄存器RDR；另一個是只執(zhí)行寫操作的發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器TDR。另外，MT8888中還有兩個4位的收、發(fā)操縱寄存器CRA和CRB。對CRB的操作確實是通過CRA中的一個特定位來操作的，

20、因此編程中應對其進行初始化；而MT8888中的4位狀態(tài)寄存器SR則用來反映收、發(fā)信號的工作狀態(tài)。寄存器的選擇與操作由RS0及WR和RD口線來操縱。MT8888是一款雙音頻的語音撥號芯片。它通用二個音頻信號形成一位的數(shù)據(jù)信號發(fā)出去，一組為低頻的、一是高頻的信號。接收的對方把二個音頻信號分不接收下來一查表就明白收到的是哪個數(shù)據(jù)了。表2-1所示為雙音多頻信號頻率組合表。表2-1 雙音多頻頻率組合表2.2.4 語音芯片APR9600臺灣公司最新推出的APR9600語音錄放芯片，是繼美國ISD公司以后采納模擬存儲技術的又一款音質(zhì)好、噪音低、不怕斷電、可反復錄放的新型語音電路，單片電路可錄放3260秒，串

21、行操縱時可分256段以上，并行操縱時最大可分8段。與ISD同類芯片相比它具有：價格廉價，有多種手動操縱方式，分段治理方便、多段操縱時電路簡單、采樣速度及錄放音時刻可調(diào)、每個單鍵均有開始停止循環(huán)多種功能等特點。在APR9600芯片的內(nèi)部，錄音時外部音頻信號能夠通過話筒輸入和線路輸入方式進入，話筒可采納一般的駐極體話筒，在芯片內(nèi)話筒放大器（Pre-Amp）中自帶自動增益調(diào)節(jié)（AGC），可由外接阻容件設定響應速度和增益范圍。由于FLASHRAM是非易失器件，斷電等因素可不能使存儲的語音丟失。放音時芯片內(nèi)讀邏輯電路從FLASHRAM中取出信號，通過一個低通濾波器送到功率放大器中，然后直接推動外部的喇叭

22、放音。APR9600有多種操縱模式，總的來講分為串行操縱和并行操縱兩種，由芯片MSEL1（24腳）、MSEL2（25腳）、/M8（9腳）的設置來實現(xiàn)。詳見表2-2所示。圖2-8 APR9600引腳結構圖2.2.5溫度傳感器DS18B20DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1-Wire，即單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，能夠掛專門多如此的數(shù)字溫度計，十分方便。表2-2 APR9600操縱表APR9600操作模式表MSEL1(24腳)MSEL2(25腳)/M8(9腳)/CE多為停止、復位鍵功能（以60秒計）010/1/M1

23、、/M2、CE并行操縱，分二段，每段最大30秒100/1/M1、/M2、/M3、/M4、CE并行操縱，分四段，每段最大15秒111/M1/M8、CE并行操縱，分八段，每段最大7.5秒110CE單段7.5秒循環(huán)。CE為啟動/停止鍵001/M1、CE串行順序操縱，可分一至任意多段000/M1、/M2、CE串行選段操縱，/M2系選段快進鍵。M8=0時只能錄兩段。RE=0（置低電平）為錄音狀態(tài)；RE=1（置高電平）為放音狀態(tài)。注2、/M1/M8鍵在有效段控放音時，按一下鍵即開始放音一段，放音期間再按一下即停止；如按鍵不放即循環(huán)放音注3、/M1/M8鍵在有效段控錄音時，按住不放為錄音，松鍵即停止。DS1

24、8B20數(shù)字溫度計以9位數(shù)字量的形式反映器件的溫度值。DS18B20通過一個單線接口發(fā)送或接收信息，因此在中央微處理器和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉換的電源能夠從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源。因為每個DS18B20都有一個獨特的片序列號，因此多只DS18B20能夠同時連在一根單線總線上，如此就能夠把溫度傳感器放在許多不同的地點。這一特性在HVAC環(huán)境操縱、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程監(jiān)測和操縱等方面特不有用。圖2-9 DS18B20引腳結構圖放置溫度敏感器件DSl8B20 的測量范圍從-55到+125增量值為 0.5可在l s(典型值)內(nèi)把溫度變換成數(shù)

25、字。每一個DSl8B20包括一個唯一的64位長的序號 該序號值存放在DSl8B20內(nèi)部的ROM(只讀存貯器)中開始8位是產(chǎn)品類型編碼(DSl8B20編碼均為10H) 接著的48是每個器件唯一的序號最后8位是前面56位的CRC(循環(huán)冗余校驗)碼 DSl8B20中還有用于貯存測得的溫度值的兩個8位存貯器RAM編號為0號和1號，1號存貯器存放溫度值的符號 假如溫度為負，則 1號存貯器8位全為1否則全為0，0號存貯器用于存放溫度值的補碼 LSB(最低位)的1表示0.5將存貯器中的二進制數(shù)求補再轉換成十進制數(shù)并除以2就得到被測溫度值(-55到125)DSl8B20的引腳如圖下所示。每只DS18B20都能

26、夠設置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式，采取數(shù)據(jù)總線供電方式能夠節(jié)約一根導線但完成溫度測量的時刻較長，采取外部供電方式則多用一根導線 但測量速度較快。2.2.6實時時鐘芯片DS1302圖2-10 DS1302引腳結構圖DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它能夠?qū)δ?、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采納三線接口與CPU進行同步通信，并可采納突發(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318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品

27、，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 DS1302的引腳排列，其中VCC1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關閉的情況下，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VCC2大于VCC10.2V時，VCC2給DS1302供電。當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接通操縱邏輯，同意地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提

28、供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當RST為高電平常，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，同意對DS1302進行操作。假如在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在VCC2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平常，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。2.2.7 液晶顯示器FG12864E4和LCD1602（1）漢字點陣液晶顯示器FG12864EFG12864E是一款不帶漢字字庫的液晶點陣顯示器，通過漢字取模軟件提取漢字的點陣字模，然后利用顯示器的串口將數(shù)據(jù)寫入到顯示器進行顯示的。該顯示器因為沒有

29、帶漢字庫，因此成本比較低，利用單片機自帶的程序存儲空間存儲漢字字模，需要的時候調(diào)用顯示即可。該液晶顯示器具有20引腳，同時具有內(nèi)置的DC-DC轉換電路，無需外接負電源。操縱段包括片選操縱端CS1、CS2，讀寫操縱，是能操縱，復位引腳，八位并行的數(shù)據(jù)引腳等。具有操作簡單，功耗低，易于單片機等為操縱器接口等特點。（2）字符型液晶顯示器1602采納單5V供電，具有低功耗、長壽命、高可靠性的特點。內(nèi)置192個字符，其中160個5*7點陣字符，32個5*10點陣字符。具有64字節(jié)的自定義RAM可自定義8個5*8點陣字符和4個5*11點陣字符。同時具有標準的借口特性，適配MC51和M6800系列等MCU的

30、操作時序。它內(nèi)部具有液晶顯示屏，操縱器，列驅(qū)動器，和偏壓產(chǎn)生電路構成。操縱器要緊有指令寄存器，數(shù)據(jù)寄存器，標志位，地址計數(shù)器，時序發(fā)生電路組成。通過MCU分不向相應的寄存器寫入操縱命令設置各個操縱寄存器。通過MCU的并口將數(shù)據(jù)寫入在操縱信號EN端高電平和下降沿的作用下模塊通過區(qū)分操縱信號RS和RW的組合形式來區(qū)分數(shù)據(jù)總線上傳送的是數(shù)據(jù)依舊指令，數(shù)據(jù)總顯示LCD1602和外界MCU之間進行信息或者是數(shù)據(jù)交換的通道。3 硬件設計3.1遠端模塊設計該模塊要緊功能是撥打模擬分機的號碼，利用雙音多頻信號進行遠程操縱。通過STC89C2052擴展的矩陣鍵盤進行撥號，利用串口通信，將撥號數(shù)據(jù)傳送給STC89

31、C52RC，利用STC89C52RC操縱液晶顯示器進行撥號顯示以及各個過程的顯示。STC89C52RC接收到撥號數(shù)據(jù)后臨時存入號碼暫存單元，當按下?lián)芴栨I的時候STC89C52RC操縱MT8888進行撥號，并產(chǎn)生撥號音和振鈴信號通知模擬分機。進入到操縱模式之后，STC89C52RC接收到的鍵盤輸入數(shù)據(jù)會利用MT8888轉變成雙音多頻信號操縱模擬分機執(zhí)行相應的操縱。該部分還能夠接收本地模擬終端的振鈴信號，當接收到振鈴信號后，開始振鈴，當主人按下接聽鍵的時候，振鈴停止，電路接通，開始通話，能夠接收本地終端的報警語音提示。其電路圖如圖3-1所示。圖3-1 鍵盤輸入與顯示部分電路3.2本地模擬分機部分的

32、設計該模塊的要緊功能是接收遠端操縱的操縱信號，并執(zhí)行相應的操縱動作，預警后通知遠端模塊，并有相應的語音提示。3.2.1本地模擬分機通過STC89C52RC和STC89C2052共同操縱外圍電路。STC89C52RC要緊治理MT8888收發(fā)雙音多頻信號，對受控單元的操縱，對語音提示電路的操縱等部分。STC89C2052要緊完成系統(tǒng)的顯示功能，要顯示的數(shù)據(jù)由STC89C52RC通過串口進行發(fā)送。如圖3-2所示。圖3-2 DTMF發(fā)送與接收部分電路3.2.2本地模擬分機的MT8888接收部分該部分要緊是將主控部分通過并口發(fā)過來的數(shù)據(jù)轉換成雙音多頻信號然后由雙音多頻信號輸出端發(fā)送出去，或者MT8888

33、接收到遠端發(fā)送過來的雙音多頻信號后通過一系列的轉換以二進制的形式輸出給單片機。其電路圖如圖3-3所示。圖3-3 DTMF發(fā)送與接收部分電路3.2.3本地模擬分機的語音電路單片機通過操縱譯碼器74LS138進而操縱語音芯片要播放語音的內(nèi)容，通過操縱74LS138的時能端來操縱語音播放的啟停。其電路圖如圖3-4所示。該部分通過單片機的數(shù)據(jù)總線口向74LS138輸出操縱代碼，通過74LS138譯碼后，將選中語音芯片的某一段，被選中的那段語音就會通過LM324放大以后用揚聲器輸出，將74LS138的E1、E2腳同時置為高電平，禁止其工作，這時他的輸出為高電平，現(xiàn)在語音芯片APR9600停止工作，處于靜

34、止狀態(tài)，放音停止。3.3智能顯示和溫度部分的電路設計該部分要緊功能是監(jiān)控所處環(huán)境的溫度，當溫度超過限定值的時候產(chǎn)生報警信號，同時具有時鐘顯示，時鐘調(diào)整，定時鬧鐘等功能電路圖如圖3-5所示。圖3-4 語音部分電路圖3-5 智能顯示部分電路圖電路圖中利用DS18B20進行溫度操縱，它具有單總線是結構，接收到的溫度數(shù)據(jù)通過內(nèi)部轉換以后，以二進制的形式存入相應的寄存器，單片機通過該單總線讀取到溫度數(shù)據(jù)后進行顯示。因為DS18B20有一個唯一的片序列號，因此多個DS18B20能夠同時并接在一根單線上，如此能夠把溫度傳感器放在許多不同的地點。因此能夠利用DS18B20的該特性在同一總線上拓展多個溫度測量單

35、元，進行多點溫度采集。電路中利用DS1302進行時鐘計數(shù)。它以串口的形式輸出當前的時鐘數(shù)據(jù)。它能夠?qū)δ?、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采納三線接口與CPU進行同步通信，并可采納突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。4 軟件設計4.1 軟件講明該模擬系統(tǒng)的軟件可分為三部分組成：溫度操縱時鐘顯示及時刻調(diào)整部分，遠端模擬終端機部分，本地模擬終端機部分。溫度操縱時鐘顯示及時刻調(diào)整部分能夠分為：時鐘模塊，溫度模塊，按鍵調(diào)整模塊，操作菜單模塊及顯示模塊組成。時鐘模塊要緊用于DS1302的底層驅(qū)動程序，完成時鐘數(shù)據(jù)從DS1302讀出并轉換為二進制數(shù)

36、據(jù)用于顯示和其他部分調(diào)用。溫度模塊要緊功能是完成溫度傳感器DS18B20的底層驅(qū)動和溫度轉化并將轉化好的溫度數(shù)據(jù)轉化成帶有一位小數(shù)的二進制數(shù)據(jù)用于顯示和其他操縱。按鍵調(diào)整模塊要緊用于時刻的調(diào)整和鬧鐘的設置，他是通過利用程序不停的掃描鍵盤實現(xiàn)的。顯示模塊要緊是液晶顯示器FG12864E的底層驅(qū)動部分要緊用于驅(qū)動液晶顯示器用于顯示操作過程和當前的狀態(tài)。操作菜單模塊是一個頂層模塊，用它來操縱系統(tǒng)進入不同的操作狀態(tài)，要緊分為調(diào)整狀態(tài)，顯示狀態(tài)等。遠端模擬端機部分的軟件設計分為雙音多頻信號收發(fā)部分，液晶顯示部分，按鍵鍵盤部分，振鈴部分，串口通信部分組成。其中雙音多頻信號收發(fā)部分要緊完成的MT8888底層

37、驅(qū)動以及DTMF信號的接收與發(fā)送操縱；液晶顯示部分，要緊功能是完成液晶顯示器的底層驅(qū)動，并顯示操縱過程的各個狀態(tài)；按鍵部分程序設計要緊是用于人機交流輸入的接收操縱，要緊完成人機接口功能；振鈴部分程序完成振鈴音樂的產(chǎn)生和播放；串口部分是該模塊的通信通道，要緊完成主控部分和被控部分之間的操縱信息和數(shù)據(jù)的交流。本地模擬終端部分的軟件設計要緊分為雙音多頻信號收發(fā)部分，液晶顯示部分，語音模塊操縱部分，振鈴部分，串口通信部分等組成。其中雙音多頻信號收發(fā)部分，液晶顯示部分，振鈴顯示部分，串口通信部分的結構和功能與遠端模擬端機差不多相同，語音部分要緊用于播放操縱提示，提醒用戶操縱的順序和方法。4.2 軟件流程

38、圖4.2.1開機初始化完成以后，軟件進入循環(huán)程序，開始不停的掃描按鍵，若沒有按鍵按下的時候，讀取DS18B20的溫度并進行顯示，讀取DS1302的時鐘并進行顯示。若有按鍵按下的時候，開始分不進入時鐘調(diào)整和鬧鐘設置兩個單元，具體情況依照操作確定。時鐘調(diào)整模塊和鬧鐘設置部分。時鐘調(diào)整部分要緊是通過四個按鍵鍵盤實現(xiàn)的，其中一個模式選擇鍵，一個退出鍵，一個上翻鍵，一個下翻鍵。通過按下按鍵調(diào)整按鍵能夠進入時鐘調(diào)整和鬧鐘設置兩個模式，分不進行時刻的調(diào)整和鬧鐘的設置。時鐘調(diào)結束之后會將調(diào)整之后的時刻寫入到DS1302中。若溫度超過設定的溫度上限的時候，會通過串口向本地模擬終端發(fā)出報警信號，并自己啟動超溫報警

39、。該部分軟件的框圖如圖4-1所示。4.2.2在遠端機呼叫本地終端進行遠程操縱的時候，首先利用遠端機的鍵盤進行撥號時，有撥號音。撥號鍵按下之后遠端機開始發(fā)送振鈴信號，振鈴信號占空比是1：3的形式，本地終端接收的振鈴信號的時候立即響鈴，通知接聽，若沒人接聽，本地端機具有自動接聽的功能。當接到振鈴信號后開始振鈴計數(shù)，當振鈴次數(shù)大于五的時候自動接通電話，并產(chǎn)生一個應答信號，通知遠端機，遠端機接收到本地端機的應答信號后也進行摘機接通電話線。線路接通后，本地端機開始播放提示音，提示音能夠利用耦合電路耦合到電話線路上，遠端機接收到提示音之后按照提示的順序進行操作。圖4-1 智能顯示模塊軟件流程圖圖4-2 遠

40、端模擬終端軟件流程圖4.2.3該部分在系統(tǒng)初始化以后處在等待狀態(tài)，當接收的振鈴信號的時候開始進入進行振鈴計數(shù)，當振鈴個數(shù)超過五個時會自動接聽。接通之后，會通過語音提示進行相應的操作。操縱相應的電器，操縱結束之后掛機。當串口同意到只能顯示和溫度報警模塊的報警信號的時候，在蜂鳴器發(fā)出報警信號的同時撥打主人的電話，接聽之后會操縱語音電路提示主人家中情況，等待主人處理。若沒有人接聽會一直撥打下去，直到接聽為止。 圖4-3 本地模擬終端軟件流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件調(diào)試進行系統(tǒng)的硬件調(diào)試，首先要把硬件電路焊接好，在焊接時要注意是否虛焊，假如有虛焊，就會導致電路不通，或者干擾等現(xiàn)象。焊接電路前為了幸免

41、焊接出現(xiàn)空間不足和錯誤應首先規(guī)劃好電路板，設計好各個部分的電路，然后再逐步進行焊接，能夠幸免飛線的盡量幸免飛線。另外注意電源線和地線的走向，電源線不要和信號線平行走線過長，幸免干擾，為了幸免干擾，電源線和地線 之間要依照芯片的數(shù)量增加去耦電容。各個部分焊接完畢時，先不要立即插上芯片，先接通電源查看有沒有出現(xiàn)斷路、短路的情況，檢查電路一切正常之后再插上芯片查看電路的工作情況。由于該系統(tǒng)比較大，元器件比較多，因此系統(tǒng)調(diào)試的時候采納各個模塊分不調(diào)試的方式，例如，能夠先進行語音模塊調(diào)試，然后在進行DTMF信號收發(fā)模塊的調(diào)試等等。每個模塊調(diào)試正常之后再依照自己的調(diào)試情況將各個模塊焊接在一起組成系統(tǒng)進行調(diào)

42、試。這種方法能夠準確的定位電路中存在的問題，有助于了解系統(tǒng)各個模塊的特點，為系統(tǒng)的測試做好預備。5.1.1 智能顯示部分的調(diào)試該部分有兩塊單片機組成，由于STC89C52RC的程序存儲空間有限，因此拓展了一片STC89C52RC，將程序分為兩個部分，分不有兩個單片機操縱。采納總線的時分復用的方式，讓兩塊單片機分不操縱液晶顯示器FG12864E的數(shù)據(jù)總線進行顯示。開機時，由從STC89C52RC操縱數(shù)據(jù)總線，通過74LS373將操縱數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線寫入到顯示器中，但開機畫面結束時，進入正常的界面的時候，從STC89C52RC通過串口，發(fā)出操縱命令給主STC89C52RC，同時從機關閉74LS37

43、3。主機接收到從機的移交總線操縱權的命令以后，將74LS373的OE引腳拉低，打開三態(tài)門，操縱數(shù)據(jù)總線。然后通過從溫度傳感器DS18B20和實時時鐘芯片DS1302中讀取數(shù)據(jù)并利用FG12864E進行顯示。該部分還拓展有時鐘調(diào)整模塊和鬧鐘設置部分。時鐘調(diào)整部分要緊是通過四個按鍵鍵盤實現(xiàn)的，其中一個模式選擇鍵，一個退出鍵，一個上翻鍵，一個下翻鍵。通過按鍵調(diào)整按鍵能夠進入時鐘調(diào)整和鬧鐘設置兩個模式，分不進行時刻的調(diào)整和鬧鐘的設置。該部分的調(diào)試要在軟件部分結束之后進行聯(lián)合調(diào)試，檢驗功能。為保證軟件硬件聯(lián)調(diào)由于硬件問題阻礙調(diào)試，能夠在硬件電路焊接好時利用萬用表測量按鍵兩邊的電阻，若按鍵松開時，來兩邊的

44、電阻無窮大，按鍵按下后兩邊的電阻變成零，講明按鍵部分硬件部分正常，為軟件硬件聯(lián)合調(diào)試打下基礎。5.1.2 遠程模擬終端的調(diào)試遠程模擬終端和本地模擬終端的硬件組組成由雙音多頻信號的收發(fā)部分，液晶顯示部分，矩陣鍵盤部分，語音部分，振鈴電路部分，串口通信部分等組成。由于該系統(tǒng)是模擬利用現(xiàn)有的固定電話網(wǎng)絡進行遠程操縱的智能家居系統(tǒng)，遠端機和近端機確實是兩部增加了一定功能的固定電話，他們之間的通信也是跟一般電話的信令相同的，利用雙音多頻信號，振鈴音也是和固定電話一樣，只是方波的形式，以占空比1：3的方式。在遠端機呼叫本地終端進行遠程操縱的時候，首先利用遠端機的鍵盤進行撥號時，有撥號音。撥號鍵按下之后遠端

45、機開始向本地終端發(fā)送振鈴信號，振鈴信號以方波的形式，占空比是1：3的形式，本地終端接收的振鈴信號的時候立即響鈴，通知接聽，若家中沒有人接聽，本地端機具有自動接聽的功能。當接聽到振鈴信號后開始振鈴計數(shù)，當振鈴次數(shù)大于五的時候自動接通電話，并產(chǎn)生一個應答信號，通知遠端機，遠端機接收到本地端機的應答信號后也進行摘機接通電話線。線路接通后，本地端機開始播放提示音，提示音能夠利用耦合電路耦合到電話線路上，遠端機接收到提示音之后按照提示的順序進行操作。操作時要依照提示輸入遠程操縱密碼，密碼輸入正確以后就能夠進入遠程操縱。操縱的實現(xiàn)是通過DTMF信號進行的，遠端機通過鍵盤輸入操縱鍵數(shù)字時，然手通過雙音多頻信

46、號轉換芯片將信號轉換成DTMF信號進行傳輸。本地端機接收到DTMF信號后依照設置進行相應的操作。操作結束之后，本地端機能夠自動掛機，也能夠通過遠程機進行掛機操作。當本地模擬終端接收到報警信號的時候，會自動撥打事先設置好的電話號碼。撥號時也會產(chǎn)生撥號音，撥號音也是以方波的形式，該方波的占空比為1：3，當遠端模擬終端接收到振鈴信號后就會開始響鈴，通知主人接聽，若沒有人接聽時會在振鈴信號發(fā)送15次以后自動掛機，等待一段時刻后再次撥打主任的電話，直到主人接聽，把報警信號傳達給主人。當主人聽到鈴聲后，按下接聽鍵鈴聲停止，電話線路接通，同時發(fā)送應答信號給本地模擬終端。本地模擬終端接收到應答信號后，也摘機接

47、通電話線路。當話路接通后，本地模擬終端打開語音提示，播放提示報警提示。提示結束后自動掛機。5.2 軟件調(diào)試由于該設計的軟件的工程量比較大，代碼比較多，因此設計的時候采納模塊化的設計方法。將各個模塊分成不同的功能部分，然后每部分進行單獨的設計，該部分設計完成之后進行軟件編譯，然后將編譯中出現(xiàn)的問題進行修改，完成軟件的初步調(diào)試，等到軟件編譯通過之后，利用仿真軟件Proteus對該部分進行仿真，依照仿真結果對軟件進行調(diào)試，直到軟件部分功能能夠通過仿真實現(xiàn)，若軟件仿真能夠?qū)崿F(xiàn)功能，那么當硬件沒有什么問題的時候一般軟件的功能都能夠?qū)崿F(xiàn)。該部分的軟件仿真結束之后能夠?qū)⒃摬糠值墓δ茏龀梢粋€軟件模塊，然后按照

48、同樣的方法將其他部分的軟件也做成相應的軟件包模塊，然后將各個軟件模塊鏈連接在一起，通過適當是修改，則能夠完成一個完整的工程。如此做的好處確實是當軟件工程量比較大的時候模塊化的設計就能夠方便的進行軟件功能的修改和調(diào)試錯誤的定位，一致性也比較強，利于軟件的調(diào)用。軟件測試也分為模塊測試、整體測試、異常測試等部分組成。模塊測試，關于一個整個系統(tǒng)來講，要是從整體的對系統(tǒng)軟件功能進行測試和調(diào)整會讓人感受無從下手，因此要將系統(tǒng)分成相應的模塊先一個一個的模塊進行測試，一個一個模塊的功能進行實現(xiàn)。例如關于時鐘部分的軟件進行測試，當軟件下載到硬件里面以后，通過顯示器觀看顯示時鐘的顯示情況是否正常，若顯示不正常，或

49、者是始終走時錯誤就要依照顯示情況和錯誤情況進行相應的軟件的調(diào)整，明白時鐘功能是實現(xiàn)為止。然后再進行下一步的測試。測試的時候要注意測試的步驟和順序，功能利用率高的情況先進行測試，其他的依照情況進行測試。比如，智能顯示部分由溫度測試部分，時鐘顯示部分，液晶顯示部分，報警部分，按鍵調(diào)整部分等組成。由于液晶顯示部分是不系統(tǒng)的基礎，因此測試的時候要先進行液晶顯示部分的測試，如此其他部分的測試才能夠進行下去。整體測試，若該部分的每個模塊都完成了測試之后，開始進行系統(tǒng)的測試，系統(tǒng)的測試要緊包括系統(tǒng)各個部分功能的協(xié)同，系統(tǒng)各個部分通信和操縱信號的操盡情況等。測試的時候能夠給系統(tǒng)一定的信號能夠看看系統(tǒng)對信號的出

50、力情況看看是不是符合設計的要求，是不是完成設計的功能。等到系統(tǒng)整體功能測試完成之后開始進行異常測試，異常測試的時候能夠通過測試一些干擾信號看看系統(tǒng)的抗干擾能力。也能夠看看系統(tǒng)的耐壓能力，當電壓降低的時候看看系統(tǒng)的工作情況等。5.3 軟硬件聯(lián)調(diào)系統(tǒng)工作穩(wěn)定以后，連接好電路以后開始調(diào)試系統(tǒng)的整體功能。當接通電源的時候有首先開始顯示開機畫面，開機畫面結束之后開始顯示時刻，星期，溫度等信息。若開機顯示正常則講明開機本分正常，開機部分結束以后，時鐘顯示正常后，通過調(diào)整按鍵就能夠進行時刻調(diào)整和鬧鐘的設置了，若鬧鐘設置和時刻調(diào)整菜單顯示正常之后講明按鍵調(diào)整部分的功能顯示正?！，F(xiàn)在，用手握著溫度傳感器，顯示器上面的溫度會隨著溫度顯示器的溫度上升而跟著上升，講明溫度傳感器工作正常，此部分的液晶顯示部分也正常。當溫度上升到一定的