智能家居系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

引言21世紀(jì)是信息化的時代，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動了人類文明的巨大進(jìn)步。本文介紹的智能家居系統(tǒng)中的溫濕度檢測系統(tǒng)可以使得人們在任何時候了解到居室內(nèi)空氣的溫濕度狀況，然后采取相應(yīng)的措施〔例如調(diào)節(jié)一個適宜的空調(diào)溫度、開窗通風(fēng)等方法〕來調(diào)節(jié)居室內(nèi)空氣的溫濕度，這樣根本上就可以防止了由于居室內(nèi)空氣的溫度過高、過低或濕度的過大、過小給人們身體健康帶來的不必要的危害。此外，本文還介紹了紅外遙控控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可利用一個紅外遙控器來控制居室內(nèi)窗戶的開關(guān)和電燈的亮滅，使居室生活實現(xiàn)根本的自動化，在家居生活中能夠在不影響人們做其他事情的情況下隨時控制窗戶和電燈的狀況，如果居室內(nèi)出現(xiàn)突發(fā)情況，更是便于人們快速的采取行動。舒適、時尚的家居生活是社會進(jìn)步的標(biāo)志，智能家居系統(tǒng)能夠在不改變家中任何家電的情況下，對家里居室內(nèi)的一些生活環(huán)境進(jìn)行方便地控制，使人們盡享高科技帶來的簡便而時尚的現(xiàn)代生活。實現(xiàn)智能化離不開運算和控制單元，本系統(tǒng)采用STC89C52芯片作為控制核心，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件由單片機(jī)擴(kuò)展的存儲器、輸入/出設(shè)備以及各種實現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關(guān)的外圍電路芯片或部件組成；軟件由單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程序組成。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的過程中，應(yīng)不斷調(diào)整軟、硬件，協(xié)調(diào)地進(jìn)行軟、硬件設(shè)計，以提高工作效率，當(dāng)系統(tǒng)硬件和軟件緊密配合、協(xié)調(diào)一致，就可以組成高性能的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本課題完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)其開發(fā)過程的系統(tǒng)的總體設(shè)計、硬件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試，根據(jù)開發(fā)的實際需要，相互協(xié)調(diào)、交叉，有機(jī)的進(jìn)行。本設(shè)計的構(gòu)思簡單明了，比擬容易開發(fā)從而實現(xiàn)市場化。在人們家居生活中，本設(shè)計也將是未來表達(dá)生活的必然趨勢。本系統(tǒng)以STC89C52芯片為控制核心，利用溫濕度傳感器和液晶顯示屏搭建一個溫濕度測量系統(tǒng)，還有采用紅外遙控器及其他器件組成一個紅外遙控系統(tǒng)。其中，單片機(jī)只需要識別DHT11數(shù)字溫濕度傳感器發(fā)送來的溫濕度參數(shù)，然后由單片機(jī)傳送到LCD1602液晶顯示屏顯示；紅外遙控控制電燈和窗戶是采用HT6221紅外遙控器發(fā)射信號，通過SM0038紅外接收管，采用紅外遙控控制電燈的亮滅和電機(jī)門窗的開關(guān)。在設(shè)計本系統(tǒng)時，面對各種檢測對象和大量控制單元，需要利用各種接口標(biāo)準(zhǔn)和單片機(jī)進(jìn)行連接，再經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)控制。而此時采用單片機(jī)來實現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)不僅具有采集控制方便、簡單、靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高各模塊和芯片的協(xié)調(diào)性，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。此次系統(tǒng)設(shè)計統(tǒng)正是把DHT11、LCD1602、HT6221與STC89C52單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來，順利的完成了本設(shè)計的要求。系統(tǒng)總體設(shè)計智能家居系統(tǒng)的概述家居智能化系統(tǒng)的概念起源于上世紀(jì)70年代的美國，隨后，傳播到歐洲、日本等國并且得到了很好的開展。在我國，智能家居這一概念推廣較晚，約在90年代末家居智能化系統(tǒng)才得以進(jìn)入國內(nèi)，但開展速度驚人，至今已存在相當(dāng)數(shù)量的智能化小區(qū)及住宅。所謂智能家居是現(xiàn)代電子技術(shù)、自動化技術(shù)及通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它能夠自動控制和管理家電設(shè)備，對家庭環(huán)境的平安進(jìn)行監(jiān)控報警，并且能夠為住戶提供平安舒適、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境。家居智能化系統(tǒng)將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器以及家庭保安裝置通過有線或無線的方式連接起來，并進(jìn)行集中或異地的監(jiān)控、管理，保持家庭住宅環(huán)境的舒適、協(xié)調(diào)。與普通的家居相比，智能家居不僅具備傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適溫馨，高效平安的高品位生活環(huán)境，還將一個被動靜止的居住環(huán)境提升為一個有一定智慧協(xié)助能力的體貼的生活幫手，進(jìn)一步優(yōu)化住戶的生活質(zhì)量。智能家居是現(xiàn)代社會最熱門的話題之一，它的目標(biāo)是通過網(wǎng)絡(luò)等信息通信技術(shù)手段實現(xiàn)對家居電器等的智能控制，使其能夠給人們提供生活便利，讓人們擁有一個舒適溫馨的家居生活環(huán)境。目前，已經(jīng)有越來越多的機(jī)構(gòu)和個人開始了對智能家居的研究。隨著信息技術(shù)的開展，智能家居系統(tǒng)的開展越來越成熟，它可提供遙控、家電〔空調(diào)，熱水器等〕控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報警、遠(yuǎn)程控制、可編程定時控制及計算機(jī)控制等多種功能和手段，使生活更加舒適、便利和平安。系統(tǒng)整體介紹本次設(shè)計以STC89C52芯片為控制核心，利用溫濕度傳感器和液晶顯示屏搭建一個溫濕度測量系統(tǒng)，還有采用紅外遙控器及其他器件組成一個紅外遙控系統(tǒng)。其中，單片機(jī)只需要識別DHT11數(shù)字溫濕度傳感器發(fā)送來的溫濕度參數(shù)，然后由單片機(jī)傳送到LCD1602液晶顯示屏顯示；紅外遙控控制電燈和窗戶是采用HT6221紅外遙控器發(fā)射信號，通過SM0038紅外接收管，采用紅外遙控控制電燈的亮滅和電機(jī)門窗的開關(guān)。系統(tǒng)設(shè)計方案與分析本設(shè)計屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。確定單片機(jī)控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計最重要、最關(guān)鍵的一步?？傮w方案的好壞，直接影響整個控制系統(tǒng)的性能及實施細(xì)那么。總體方案的設(shè)計主要是根據(jù)被控對象的任務(wù)及工藝要求而確定的。設(shè)計方法大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)是采用開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，或者是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。選擇檢測元件，在確定總體方案時，必須首先選擇好被測參數(shù)的測量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是微型機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據(jù)被控對象的實際情況確定。選擇輸入/輸出通道及外圍設(shè)備。選擇時應(yīng)考慮以下幾個問題：被控對象參數(shù)的數(shù)量；各輸入/輸出通道是串行操作還是并行操作；各通道數(shù)據(jù)的傳遞速率；各通道數(shù)據(jù)的字長及選擇位數(shù)；對顯示、打印有何要求；畫出整個系統(tǒng)流程圖和原理圖。單片機(jī)控制局部本系統(tǒng)是單片機(jī)在系統(tǒng)檢測以及工程控制方面的應(yīng)用，其特點是體積小，本錢低，功能強(qiáng)，功耗低，是微機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品化的最正確機(jī)種之一，它已廣泛地應(yīng)用在產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動化上。而把單片機(jī)面向工控領(lǐng)域?qū)ο?，嵌入到工控?yīng)用系統(tǒng)中，實現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計算機(jī)稱之為嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)，簡稱嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)一般分為四種:工控機(jī)，通用CPU模塊，嵌入式微機(jī)處理，單片機(jī)。嵌入式系統(tǒng)具有以下特點：(1)面對控制對象。如傳感信號輸入、人機(jī)交互操作,伺服驅(qū)動等。(2)嵌入到工控應(yīng)用系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形態(tài)。(3)能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中可靠運行的品質(zhì)。(4)突出控制功能。如對外部信息的捕捉、對控制對象實時控制和有突出控制功能的指令系統(tǒng)(I/O控制、位操作和轉(zhuǎn)移指令等)。單片機(jī)有惟一的專門為嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)，最能滿足嵌入式應(yīng)用要求。單片機(jī)是完全按嵌入式系統(tǒng)要求設(shè)計的單芯片形態(tài)應(yīng)用系統(tǒng)，能滿足面對控制對象、應(yīng)用系統(tǒng)的嵌入、現(xiàn)場的可靠運行及非凡的控制品質(zhì)等要求，是開展最快、品種最多、數(shù)量最大的嵌入式系統(tǒng)。系統(tǒng)工作流程局部圖1系統(tǒng)工作流程溫濕度測量顯示系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1設(shè)計原理溫濕度測量系統(tǒng)要滿足以下條件：溫濕度測量系統(tǒng)能完成數(shù)據(jù)采集和處理、顯示、串行通信、輸出控制信號等多種功能。由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)調(diào)理、單片機(jī)、數(shù)據(jù)顯示等4個大的局部組成。該測量系統(tǒng)具有實時采集、實時顯示的功能。其中，傳感器是實現(xiàn)測量首要環(huán)節(jié)，是監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，如果沒有傳感器對原始被測信號進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的捕捉和轉(zhuǎn)換，一切準(zhǔn)確的測量和控制都將無法實現(xiàn)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動化測量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測和控制生產(chǎn)過程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運行在最正確狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。該系統(tǒng)由DHT11數(shù)字傳感器、LCD1602液晶顯示屏及單片機(jī)STC89C52構(gòu)成。2.2溫濕度傳感器的選擇DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最正確選那么。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。該DHT11可以用于暖通空調(diào)、測試及檢測設(shè)備、汽車、數(shù)據(jù)記錄器、消費品、自動控制、濕度調(diào)節(jié)器及醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域。2.2型號測量范圍測濕精度測溫精度分辨力封裝DHT1120－90％RH0－50℃±5％RH±2℃14針單排直插2.2DHT11有四個引腳，3號引腳一般懸空，如下圖。DHT11的供電電壓為3—5.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳〔VDD，GND〕之間可增加一個100nF的電容，用以去耦濾波。建議連接線長度短于20米時用5K上拉電阻,大于20米時根據(jù)實際情況使用適宜的上拉電阻。圖3DHT11引腳圖2.2封裝圖如圖5所示：圖42.3單片機(jī)STC89C52STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改良使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)〔兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)〕，全雙工串行口。STC89C52芯片共40引腳，1~8腳是通用I/O接口〔p1.0~p1.7〕，9腳rst復(fù)位鍵，10、11腳RXD串口輸入、TXD串口輸出，12~19腳:p3接口(12,13腳INT0中斷0、INT1中斷1，14,15:計數(shù)脈沖T0T116,17:WR寫控制RD讀控制輸出端),18,19腳:晶振諧振器，20腳接地線，21~28p2接口高8位地址總線29:psen片外rom選通端，單片機(jī)對片外rom操作時29腳(psen)輸出低電平30:ALE/PROG地址鎖存器31:EArom取指令控制器，電源+5V。其引腳分布介紹如圖3所示：圖5單片機(jī)STC89C522.4液晶顯示屏LCD1602在日常生活中，我們對液晶顯示屏這種器件并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示屏。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比擬常用，軟硬件都比擬簡單，在此不作介紹，這里重點介紹字符型液晶顯示屏的應(yīng)用。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示屏作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：〔一〕顯示質(zhì)量高〔二〕數(shù)字式接口〔三〕體積小、重量輕〔四〕功耗低2.4.1液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示屏具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等眾多領(lǐng)域。2.4.2液晶顯示屏首先是液晶的線段的顯示。點陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個點組成，屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H——00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)〔000H〕=FFH時，那么屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點；當(dāng)〔3FFH〕=FFH時，那么屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)〔000H〕=FFH，〔001H〕=00H，〔002H〕=00H，．．....〔00EH〕=00H，〔00FH〕=00H時，那么在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的根本原理。其次是液晶字符的顯示。用LCD顯示一個字符時比擬復(fù)雜，因為一個字符由6×8或8×8點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比擬簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。2.4.31602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，其控制器大局部為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所示：圖6LCD1602的主要技術(shù)參數(shù)：1、顯示容量:16×2個字符2、芯片工作電壓:4.5—5.5V3、工作電流:2.0mA(5.0V)4、模塊最正確工作電壓:5.0V5、字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引腳功能說明LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳〔無背光〕或16腳〔帶背光〕接口，各引腳接口說明如下圖:編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極上圖：引腳接口說明表第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。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。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。2.5系統(tǒng)硬件原理圖1602液晶顯示模塊和DHT11溫濕度傳感器都可以和單片機(jī)直接接口，系統(tǒng)電路圖如下：圖7硬件原理圖紅外遙控控制系統(tǒng)的根本介紹紅外通信根本原理紅外通信是利用950nm近紅外波段作為傳遞信息的媒體，即通信信道。發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號，通過紅外發(fā)射管發(fā)射信號。接收端將接收到的信號裝成電信號，再經(jīng)過放大、濾波等處理后送給解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)，復(fù)原為二進(jìn)制信號后輸出。常用的有通過脈沖寬度來實現(xiàn)信號調(diào)制(PWM)和通過脈沖串之間的時間間隔來實現(xiàn)信號調(diào)制的脈時調(diào)制〔PPM〕兩種方法。簡而言之，紅外通信的實質(zhì)就是對二進(jìn)制數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，以便利用紅外信道進(jìn)行傳輸；紅外通信接口就是針對紅外信道的調(diào)制解調(diào)。紅外遙控系統(tǒng)控制過程紅外遙控系統(tǒng)主要由遙控發(fā)射器、一體化接收頭、單片機(jī)、接口電路組成。遙控器用來產(chǎn)生遙控編碼脈沖，驅(qū)動紅外發(fā)射管輸出紅外遙控信號，遙控接收頭來完成對遙控信號的放大、檢波、整形、解調(diào)出遙控編碼脈沖。遙控編碼脈沖是一組串行二進(jìn)制碼，對于一般的紅外遙控系統(tǒng)，此串行碼輸入到微控制器，由其內(nèi)部CPU完成對遙控指令解碼，并執(zhí)行相應(yīng)的遙控功能。本系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，由發(fā)射和接受兩局部組成，發(fā)射局部主要完成編碼和調(diào)制，接收局部完成調(diào)解和解碼。其發(fā)射局部主要由STC89C52單片機(jī)完成編碼，然后由紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線，接收局部主要由光電轉(zhuǎn)換，放大，解調(diào)，解碼組成。其中光電轉(zhuǎn)換，放大調(diào)解由紅外線一體化接頭來完成，接收單片機(jī)主要完成解碼功能。本次設(shè)計主要是采用HT6221紅外遙控器發(fā)射信號〔實物如圖8所示〕，通過SM0038紅外接收管，采用紅外遙控控制電燈的亮滅和電機(jī)門窗的開關(guān)。其主要硬件局部包括STC89C52單片機(jī)、HT6221紅外遙控器、SM0038紅外接收管、JRC-21F繼電器、電動機(jī)等。圖8HT6221紅外遙控器SM0038紅外接收裝置SM0038是紅外接收電路一體化的紅外接收裝置，它將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，而且輸出能夠讓單片機(jī)識別的TTL信號，這樣就大大簡化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計工作，非常方便。在本系統(tǒng)中我們采用紅外一體化接收頭SM0038，外觀圖如下。SM0038能與TTL、COMS電路兼容，其功耗低、靈敏度高。他接收紅外信號頻率為38kHz，周期約26us，同時能對信號進(jìn)行放大、檢波、整形。三個管腳分別是地、+5V電源、信號輸出端。如圖9所示。圖9紅外遙控控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計紅外遙控控制電機(jī)窗戶紅外遙控控制電機(jī)窗戶主要是通過紅外遙控器發(fā)射信號經(jīng)單片機(jī)識別后，再由單片機(jī)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來控制窗戶的開關(guān)，從而完成設(shè)計的。4.1.1〔1〕設(shè)計原理通過單片機(jī)I/O口輸出的具有時序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號，由于單片機(jī)接口信號不夠大，信號需要通過ULN2003放大再連接到相應(yīng)的電機(jī)接口〔如圖10所示〕，從而驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。1123456Header6VCCIN11IN22IN33IN44IN55IN66IN77OUT116OUT314OUT413OUT512OUT611OUT710OUT215COM9GND8ULN2003P2.4P2.5P2.6P2.7圖10ULN2003ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點如下：ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)了一個2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它可以與TTL和CMOS電路直接連接，能夠直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理數(shù)據(jù)。ULN2003的工作電壓高，工作電流大，灌電流可以到達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行?！?〕設(shè)計框圖4.1.2步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，它的的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而到達(dá)準(zhǔn)確定位的目的?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，即給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，假設(shè)按反序通電換相，那么電機(jī)就反轉(zhuǎn)。在本次設(shè)計中，我們采用四相步進(jìn)電機(jī)28BYJ-48〔實物圖如圖11所示〕。圖11步進(jìn)電機(jī)28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)28BYJ48型四相五線電機(jī)，電壓為DC5V—DC12V。該電機(jī)能夠在不同的通電方式下運作，常見的通電方式有單四拍〔A-B-C-D-A〕，雙四拍〔AB-BC-CD-DA-AB〕和八拍〔A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A〕。4.1.3本設(shè)計采用一個小模型來替代現(xiàn)實中的窗戶，因為沒有買實用的大電機(jī)，所以只能做一個智能窗模擬系統(tǒng)。在本次設(shè)計中，我們用一個盒子做了一個房子模型，然后在盒子的前面用小刀劃出一塊小方塊，在小方塊上方相對對稱的兩個側(cè)面位置鉆兩個小洞，在靠小方塊上方的小洞固定電機(jī)，再然后用一張紙卷成一個硬的紙筒固定在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，接著用一根小木棍穿在紙筒里從另一個小洞出來〔沒有固定〕，再接著紙筒上固定一根細(xì)線，在細(xì)線另一端綁上一塊小紙板吊在小方塊的位置。這樣，當(dāng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)時，便會帶動紙板的上下運動，從而表達(dá)出模擬窗戶的開關(guān)。嚴(yán)格來說，當(dāng)電機(jī)對模擬窗戶沒有牽引作用時，外界的重力感應(yīng)對其實現(xiàn)關(guān)閉。模型實物如圖11所示：圖11模擬窗實物圖紅外遙控控制電燈紅外遙控控制電燈主要是通過紅外遙控器發(fā)射信號經(jīng)單片機(jī)識別后，再由單片機(jī)控制繼電器線圈的吸合來控制電燈的亮滅，從而完成設(shè)計的。4.〔1〕設(shè)計原理單片機(jī)I/O口輸出電壓高電平為4.76V，直接接上繼電器后電平被拉低，無法控制繼電器的閉合。ULN2003〔上文已有介紹〕中達(dá)林頓晶體管具有良好的信號放大功能，信號經(jīng)過達(dá)林頓晶體管的放大后，再接入繼電器，可以實現(xiàn)對繼電器的控制。最后實現(xiàn)對交流電路的控制?！?〕設(shè)計框圖4.2繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)〔又稱輸入回路〕和被控制系統(tǒng)〔又稱輸出回路〕，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、平安保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點〔常開觸點〕吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點〔常閉觸點〕釋放。這樣吸合、釋放，從而到達(dá)了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。單片機(jī)是一個弱電器件,一般情況下它們大都工作在5V甚至更低，驅(qū)動電流在mA級以下，而要把它用于一些大功率場合,比方控制電動機(jī),顯然是不行的。所以就要有一個環(huán)節(jié)來銜接,這個環(huán)節(jié)就是所謂的"功率驅(qū)動"。繼電器驅(qū)動就是一個典型的、簡單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)。在這里,繼電器驅(qū)動含有兩個意思:一是對繼電器進(jìn)行驅(qū)動,因為繼電器本身對于單片機(jī)來說就是一個功率器件;還有就是繼電器去驅(qū)動其他負(fù)載,比方繼電器可以驅(qū)動中間繼電器,可以直接驅(qū)動接觸器,所以繼電器驅(qū)動就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口。我們采用松樂SONGLE

SRD-05VDC-SL-C

繼電器，其簡要電路如圖12所示115342圖12系統(tǒng)的調(diào)試與仿真電路板的焊接在焊接電路時，剛開始經(jīng)常出現(xiàn)焊錫和元器件不融、焊接不牢等問題，經(jīng)過屢次的請教和查閱資料，最終完成了整個電路板的焊接。然而在接下來的工作中，焊接中的問題又表達(dá)了出來。例如，在焊接過程中，由于添加助焊劑的不適和沒有掌握好焊接時間，導(dǎo)致了兩個相距較近的元件間的焊腳間形成了搭橋式短路現(xiàn)象；也因為焊料含雜質(zhì)金屬物過多，助焊劑不良，造成了相近的焊盤或焊點間的短路。經(jīng)過本次焊接的實踐和學(xué)習(xí)后，了解了焊接電路板的考前須知:1、在焊接電路板時最重要的是溫度，如果溫度過高會把電路板燒壞，溫度過低又不能焊接；2、焊接時不要用烙鐵頭摩擦焊盤的方法增強(qiáng)焊料潤濕性能，而要靠外表清理和預(yù)焊；3、注意助焊劑的用量和焊接時間。系統(tǒng)硬件搭建本次設(shè)計中，在了解和實現(xiàn)了系統(tǒng)各個模塊的功能之后，為了更好地實現(xiàn)設(shè)計效果，又完成了對整個硬件系統(tǒng)的連接如圖13所示：圖13系統(tǒng)硬件接線實物圖設(shè)計結(jié)果的實現(xiàn)與分析在本次設(shè)計系統(tǒng)中，根本實現(xiàn)了設(shè)計所預(yù)想的要求，實現(xiàn)了居室內(nèi)溫濕度的檢測、紅外遙控居室窗戶的開關(guān)及室內(nèi)不同電燈的亮滅控制。其中，溫濕度的檢測顯示主要是利用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器實時采集居室內(nèi)的溫濕度信號，然后經(jīng)過單片機(jī)的分析處理再由LCD1602顯示出來。在程序燒錄之后，只要系統(tǒng)通電，傳感器就開始工作實時監(jiān)測居室溫濕度，然后在液晶顯示屏上也會實時顯示檢測結(jié)果。而窗戶和電燈的控制都是通過紅外遙控器發(fā)射信號由SM0038接收模塊接收并傳送到單片機(jī)，然后經(jīng)過單片機(jī)的信號分析處理來分別控制步進(jìn)電機(jī)和繼電器，從而實現(xiàn)設(shè)計的功能。同樣，在程序燒錄之后，只要系統(tǒng)上電，就可以通過紅外遙控器上的按鍵來控制居室窗戶和電燈。其中，遙控器的兩個方向鍵是來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而控制窗戶的開關(guān)；另外遙控器上的0、1、2、3四個鍵是來控制電燈的，按下1時，一個燈亮，按下2時，兩個燈亮，按下3時，三個燈亮，按下0時，燈全滅〔本次設(shè)計只用了三個燈〕。雖然如此，這次系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn)還是存在了許多缺乏，例如溫濕度檢測的精度不夠、窗戶控制的功能不夠完善等。這些問題都還需要以后的不斷學(xué)習(xí)和實踐來完善。結(jié)束語本文主要介紹了基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要實現(xiàn)對家庭中居室內(nèi)的空氣進(jìn)行自動的溫度、濕度檢測以及紅外遙控器控制居室內(nèi)電燈的亮滅和窗戶的開關(guān)。其中，控制系統(tǒng)能通過其數(shù)據(jù)檢測傳感電路不斷循環(huán)檢測室內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù),從而能夠讓人們采取正確措施來實時調(diào)整到一個適宜的室內(nèi)空氣環(huán)境。另外，本系統(tǒng)還采用紅外遙控器發(fā)射信號，從而控制居室內(nèi)不同電燈的亮滅和電機(jī)窗戶的開關(guān)，這樣可以有效地調(diào)節(jié)居室內(nèi)燈光的亮度，也能方便及時地開〔關(guān)〕窗戶，為人們提供一個溫馨的家居環(huán)境。本次課題所做的功能還有些缺乏，尤其是控制窗戶局部，只實現(xiàn)了單一的開關(guān)控制功能，而沒有實現(xiàn)窗戶的自動感應(yīng)控制，這就成為了本系統(tǒng)窗戶控制的缺陷，還有許多問題需要以后不斷的研究學(xué)習(xí)。雖然如此，通過了幾個月的努力，也掌握了許多知識，例如溫濕度傳感器及液晶顯示的工作原理等。同時提高了硬件電路的設(shè)計、調(diào)試，查閱資料、解決問題的能力也得到了一定的提高。在設(shè)計電路過程中，理論知識很重要。理論知識決定了設(shè)計電路的成敗。需要足夠的耐心、細(xì)心去研究問題，解決問題。還必須有實事求是地分析問題，了解理論與實際是有一些差異的?？傊ㄟ^本次畢業(yè)設(shè)計穩(wěn)固了以前所學(xué)的知識，同時也學(xué)到了新的知識點，提高了自己的分析問題和解決問題的能力。參考文獻(xiàn)[1]余永權(quán)等．單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[M]．成都：電子工業(yè)出版，2001.1．[2]周國運.單片機(jī)原理及應(yīng)用〔C語