基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計摘要“智能家居控制系統(tǒng)”是以單片機(jī)為控制核心，通過紅外遙控模塊遙控單片機(jī)實現(xiàn)室溫實時測量、時間日期顯示、以及控制家庭用電器開關(guān)通斷來實現(xiàn)家用電器自動控制的功能。其中溫度測量是通過DS18B20芯片實現(xiàn)，日期時間是通過DS1302實現(xiàn)，家用電器開關(guān)通斷是通過繼電器實現(xiàn)，各項數(shù)據(jù)通過LCD1602液晶顯示屏顯示。該系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程方便地控制家用電器的工作狀況，既可以提升家居安全性、便利性、舒適性，又能實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。是未來家電控制發(fā)展的主要趨勢。本文首先針對課題背景設(shè)計了一套總體的系統(tǒng)框圖與方案，然后根據(jù)系統(tǒng)框圖將系統(tǒng)分為控制、紅外、時鐘、溫度、繼電器和顯示六個模塊。分別針對后五個模塊進(jìn)行電路介紹、原理分析及軟件設(shè)計，并用控制模塊將這五個模塊整理、整合到一個系統(tǒng)中成為最終的智能家居控制系統(tǒng)。本課題借助Proteus軟件進(jìn)行電路仿真，Keil軟件進(jìn)行程序設(shè)計編譯，使用STC-ISP軟件將程序燒錄至單片機(jī)中，最終成果是使用MX-51開發(fā)板，外加SRD-05VDC型號繼電器實現(xiàn)的。最終成果現(xiàn)象為開機(jī)后液晶顯示屏上顯示當(dāng)前日期、時間、環(huán)境溫度以及當(dāng)前工作的繼電器編號，遙控器按“1”、“2”、“3”鍵分別控制繼電器1、2、3的通斷，按奇數(shù)次為通電，按偶數(shù)次為斷電，繼電器之間工作獨(dú)立。關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)；繼電器；DS18B20；DS1302；紅外模塊；LCD1602基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第1頁。基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第1頁。AbstractThekernelcontrolofIHCS(IntelligentHomeControlSystem)isSTC89C52.Itcanmeasurethecurrenttemperature,calculateDateandTime,controlelectricalcomponents’switchingtorealizelong-distancedominatingtheelectricalcomponentsbyusingtheinfraredmodulecontrollingtheSTC89C52.CurrenttemperaturemeasuringisrealizedbyDS18B20,whiledateandtimedisplayingisrealizedbyDS1302.Electricalcomponents’switchingisdecidedbyelectromagneticrelay,whenalloftheinformationanddataisdisplayedbyLCD1602.Thesystemmayhavealong-distancecontrolofelectricalcomponents.Itnotonlywillimprovethesafety,convenience,comfortofourlivingcondition,butalsocanitsavetheenergytobeanenvironmentalfriendlylivingstyle.Itisthemaintendencyofthefutureelectricitycontrol.ItwasfirstlyintroducedinthisessaythattheIHCSblockdiagramandprogram.Itdividingthesystemintocontrollingmodule,infrared,timing,temperature,electromagneticrelayanddisplaymodule.Andintroducingthecircuit,analyzingthetheory,designingthesoftwareofthemexceptcontrollingmoduleonebyone.Afterthat,controllingmoduleconnectsthisfivemodulesintoasystem,thenbirthstheIHCS.Inthisessay,itprojectbackgroundoftheproductionandtheconceptandsenseofIHCS.Intheessay,itissimulatedbyProteus,theprogramisdesignedbyusingKeil,thelastbutnottheleastisthatitdownloadsthesoftwarebySTC-ISPintoMX-51developmentboardanddebugs.Thefinalresultiswhenitisstartingup,theLCD1602displaysthecurrenttimedate,time,environmenttemperatureandthecurrentworkingelectromagneticrelays’number.Theremotecontrolbutton’1’,’2’,’3’separatelycontrolsnumber’1’,’2’,’3’electromagneticrelay.Whenpushingoddtimes,theelectromagneticrelayconnects,whenpushingeventimes,theelectromagneticrelaybreaks.Differentelectromagneticrelaysworkseparately.Thekeywords:STC89C52singlechip;Electromagneticrelay;DS18B20；DS1302；analyzemodule；LCD1602基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第2頁?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第2頁。目錄第1章 緒論 11.1課題背景與意義 11.2智能家居控制系統(tǒng)的定義分析及應(yīng)用價值 21.2.1智能家居控制系統(tǒng)的定義及分析 21.2.2應(yīng)用價值的SWOT分析 21.3本文的主要工作和內(nèi)容 31.3.1本文主要工作歸納 31.3.2本文內(nèi)容分布 4第2章 智能家居控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 12.1系統(tǒng)的總體設(shè)計及系統(tǒng)框圖 12.2方案選擇 12.2.1智能家居控制模塊方案選擇 12.2.2紅外模塊方案選擇 12.2.3時鐘模塊方案選擇 22.2.4溫度模塊方案選擇 22.2.5電磁繼電模塊方案選擇 22.2.6顯示模塊方案選擇 22.3本章小結(jié) 3第3章 智能家居控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 43.1紅外模塊電路設(shè)計 43.2時鐘模塊電路設(shè)計 53.3溫度模塊電路設(shè)計 73.4電磁繼電模塊電路設(shè)計 93.5液晶模塊電路設(shè)計 103.6本章小結(jié) 12第4章 智能家居控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 134.1系統(tǒng)整體設(shè)計思想及主程序流程圖 134.2程序子模塊說明 154.2.1紅外模塊程序 154.2.2DS1302時鐘模塊程序 184.2.3DS18B20溫度模塊程序 21基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第3頁。4.2.4LCD1602液晶模塊程序 23基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第3頁。4.3本章小結(jié) 24第5章 系統(tǒng)的方案實現(xiàn)與調(diào)試 265.1程序編寫與仿真 265.1.1程序編寫軟件Keil 265.1.2仿真軟件Proteus 265.1.3仿真結(jié)果 275.2程序下載 275.2.1程序下載軟件 275.2.2程序下載過程 275.3調(diào)試結(jié)果 29結(jié)論 32附錄 35基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第4頁?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第4頁。基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計第1章 緒論1.1課題背景與意義現(xiàn)今社會，物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，是繼互聯(lián)網(wǎng)的又一大社會趨勢，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段，而顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)其實就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)[1]。無論是在生活、工作還是學(xué)習(xí)中，物聯(lián)網(wǎng)都在為人類生活的安全、便捷、舒適做出奉獻(xiàn)。而智能家居是物聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的一部分，智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)的影響下物聯(lián)化的體現(xiàn)。智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)最典型的一個實例，利用物聯(lián)網(wǎng)理論基礎(chǔ)，將家居中的各種設(shè)備，如安防系統(tǒng)（智能門禁防盜）、光線系統(tǒng)（智能照明遮陽）、溫控系統(tǒng)（智能空調(diào)電暖）、影音系統(tǒng)（智能電視音箱）、廚房系統(tǒng)（智能烹飪消毒）、衛(wèi)生間系統(tǒng)（智能淋雨洗衣）、環(huán)境監(jiān)測（智能數(shù)據(jù)）等連接到一起，提供防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、溫度控制、遠(yuǎn)程軟件家電控制、遠(yuǎn)程電話控制、紅外遙控轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。與當(dāng)下普通家居相比，智能家居不但具有普通家居的傳統(tǒng)居住功能[2]，還兼有互聯(lián)網(wǎng)通信、設(shè)備自動化、家電信號化等功能，為信息一體化提供一個全面的交互平臺，一方面可以為用戶節(jié)約很多消耗資金成本，另一方面可以節(jié)約能源，為保護(hù)環(huán)境做出不菲貢獻(xiàn)。智能家居從最開始的照明控制、家用電器遠(yuǎn)程控制和窗簾電動控制到中期可以安防報警、家庭背景音樂、可視對講等，可控制的設(shè)備越來越多，范圍也越來越廣。最初智能家居的定位是高端消費(fèi)人群，認(rèn)為只有比爾·蓋茨這樣的大亨才可以享受這樣的產(chǎn)品，因為智能家居的價格是十分昂貴的，但隨著涉及此領(lǐng)域的廠商越來越多，相關(guān)技術(shù)在不斷競爭中已經(jīng)十分成熟，人們對它的研究已經(jīng)不局限于功能的實現(xiàn)，而是產(chǎn)品的體驗以及不斷完善。智能家居產(chǎn)品也在不斷的更新?lián)Q代中由高端奢侈品行業(yè)逐漸轉(zhuǎn)化為個體化，個性化，集安全、便利、舒適于一身的高迭代速率物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。自人們在1994年智能家居雛形初誕生以來至今一直被教育市場，到現(xiàn)在人們的生活對互聯(lián)網(wǎng)的依賴，我們可以預(yù)見人們對此類產(chǎn)品消費(fèi)的未來前景。在不久的將來，智能家居將會占領(lǐng)整個家居市場作為年輕人的時尚主流消費(fèi)產(chǎn)品，這將是繼智能手機(jī)智能電視的興盛后又一互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)與傳統(tǒng)行業(yè)的完美結(jié)合?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第5頁?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第5頁。1.2智能家居控制系統(tǒng)的定義分析及應(yīng)用價值1.2.1智能家居控制系統(tǒng)的定義及分析智能家居控制系統(tǒng)（簡稱SCS，smarthomecontrolsystems），是以智能家居系統(tǒng)作為交互平臺，家用電器、設(shè)備等需人工調(diào)整的功能性家居作為主要控制的對象，利用安全防范技術(shù)、綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、音視頻技術(shù)、自動控制等技術(shù)將與家居生活相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行高效集成，構(gòu)建方便快捷效率高的住宅設(shè)施與日常生活事務(wù)的控制管理系統(tǒng)，對于提升家居的智能、安全、便利、舒適方面有著杰出貢獻(xiàn)，并實現(xiàn)環(huán)?？刂葡到y(tǒng)平臺[3]。智能家居控制系統(tǒng)是智能家居的核心，是智能家居控制模塊功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)。由于國際上并無對智能家居特定的技術(shù)與協(xié)議，不同智能家居公司研發(fā)的技術(shù)與協(xié)議并不相同，智能家居系統(tǒng)中最不可或缺的技術(shù)是安全防范技術(shù)，在自家住宅中安裝家庭防盜、防煤氣或防火防電泄漏報警、家庭監(jiān)控、公寓門禁處安裝可視對講、封閉小區(qū)采用一卡通等形式在此等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。綜合布線方式是大多智能家居研發(fā)公司普遍采用的手段，也有少數(shù)系統(tǒng)可能并不是采用綜合布線的技術(shù)[4]，例如電力載波等無需布線的設(shè)施，無論采用什么傳輸方法，都會有與之對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來實現(xiàn)該信號傳輸及轉(zhuǎn)化處理，因此網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是維系智能家居信號傳輸?shù)募~帶，是信息交互中最關(guān)鍵的技術(shù)之一[4]。音視頻技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)盛行的現(xiàn)今時代必不可少的一項功能，在小米、樂視、優(yōu)酷等互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營商不斷推出一代又一代新興網(wǎng)絡(luò)電視，音視頻技術(shù)這類精神消費(fèi)的娛樂項目更是每個家庭必不可少的產(chǎn)品。智能家居又稱作智能住宅，它是集自控系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)[5]。自控技術(shù)主要用于智能家居的控制中心、家居設(shè)備自動控制模塊中，對于家庭能源的節(jié)約以及家用電器的日常管理、延長用電器使用壽命都有十分重要的作用。智能家居將讓用戶對于家庭設(shè)備的管理更方便簡潔，簡單來說，如果有紅外遙控器、電話操作或語音識別控制家用電器[3]，又或者在手機(jī)上安裝一個家庭監(jiān)測軟件可以直接控制家庭用電器的控制中心（例如手機(jī)發(fā)射信號家庭控制中心接收信號并控制用電器工作），即可對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控；另外，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備之間也可以進(jìn)行信號交互，無需用戶親自操作，只需識別某一設(shè)備發(fā)出的信號即可控制另一設(shè)備的運(yùn)作，以最便捷的方式給用戶帶來最高效、最便利的體驗，以達(dá)到舒適與安全的效果。1.2.2應(yīng)用價值的SWOT分析（1）優(yōu)勢（Strengths）：基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第6頁。智能家居是基于傳統(tǒng)家居結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)物，相比傳統(tǒng)家居有更智能、更安全、更便利、更舒適的優(yōu)勢；基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第6頁。今后的消費(fèi)主流人群為年輕人，而智能家居更是適合年輕人使用的便捷產(chǎn)品，與年輕人較快的生活節(jié)奏相符。（2）缺點(diǎn)（Weakness）：如今智能家居的發(fā)展才剛剛有所起步，并無很多廠商對它進(jìn)行研發(fā)，也就導(dǎo)致技術(shù)不成熟，可能在成品真正運(yùn)用到生活中不是很順利，會有很多bug；對于中老年人來說，智能家居可能反而會給他們原本安穩(wěn)的生活帶來麻煩，他們會很難接受這種新事物；智能家居目前的價格還是十分昂貴的，目前普通大眾僅限于使用低端智能家居，如智能燈光音響等，而高端智能家居如遠(yuǎn)程控制、防盜系統(tǒng)等的價格十分昂貴。（3）機(jī)遇（Opportunity）：智能家居是物聯(lián)網(wǎng)的其中一種，凌駕于互聯(lián)網(wǎng)之上的新興產(chǎn)業(yè)，目前涉及此領(lǐng)域的商家還不多，技術(shù)發(fā)展及完善空間非常大，前景十分廣闊；隨著時間的推移，懂得技術(shù)、快節(jié)奏生活的年齡層會逐漸增加，智能家居最終有可能占領(lǐng)、吞并整個家居市場，就像當(dāng)年360搶占?xì)⒍拒浖袌?，小米手機(jī)搶占千元機(jī)市場一樣，讓傳統(tǒng)獨(dú)立的家居成為歷史書上的內(nèi)容。（4）挑戰(zhàn)（Threats）：“智能”無限好，只是價太高，如何做到縮小成本并能像當(dāng)年的雷軍周鴻祎一樣站出來以賣服務(wù)為核心而不是賣產(chǎn)品，讓人人都能體驗到智能的樂趣，對廠商來說是個挑戰(zhàn)；智能家居“華而不實”，很多人雖然買了但是不會用，教育市場并將用戶教會這是個很大的挑戰(zhàn)；黑客覬覦安全隱患多，還是需要一個發(fā)展階段，智能家居產(chǎn)品需要固件軟件不斷更新才可以維持穩(wěn)定發(fā)展，當(dāng)產(chǎn)品運(yùn)營完善到一定程度，能覬覦它的黑客自然沒有能力破壞它的穩(wěn)定性；缺乏標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品魚龍混雜，需要國際化規(guī)范一下產(chǎn)品的各項指標(biāo)，否則既能做安防保險，又同時可能存在安全隱患，同時也會有很多國外大牌產(chǎn)品“水土不服”；二次裝修“智能化”要傷筋動骨，如何用最簡捷方式進(jìn)行升級是個很值得探討的課題。1.3本文的主要工作和內(nèi)容基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第7頁。1.3.1本文主要工作歸納基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第7頁。（1）通過觀察現(xiàn)有智能家居簡單設(shè)計一款小型智能家居控制系統(tǒng)；（2）確定研究方向后查閱資料，搜索網(wǎng)上資源，學(xué)習(xí)Proteus，Keil等工具的用法，動手制作這款小型智能家居控制系統(tǒng)；（3）通過小型智能家居控制系統(tǒng)了解產(chǎn)品的主要工作原理以及用技術(shù)和需求分析未來可能的發(fā)展方向趨勢。1.3.2本文內(nèi)容分布第1章主要介紹了智能家居控制系統(tǒng)的選題背景和應(yīng)用價值，介紹了本文的主要工作和內(nèi)容。第2章主要介紹了智能家居控制系統(tǒng)的整體設(shè)計思想，所分的六個模塊以及每個模塊的方案選擇。第3章主要是分模塊地介紹了智能家居控制系統(tǒng)的硬件基本結(jié)構(gòu)，采用模塊化的方式使電路分析起來更有條理，方便易懂。第4章主要是沿用硬件電路分析方法，分模塊地介紹了本智能家居控制系統(tǒng)的軟件程序結(jié)構(gòu)，先將負(fù)責(zé)不同職能的各個軟件模塊通過主程序框圖劃分出來，然后逐一列程序框圖介紹不同的模塊的程序，最后再用主程序貫穿整個系統(tǒng)?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第8頁。第5章主要介紹了實現(xiàn)本課題的幾個軟件以及各個軟件輸出的結(jié)果，最后描述了制作出的成品調(diào)試現(xiàn)象?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第8頁。第2章 智能家居控制系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1系統(tǒng)的總體設(shè)計及系統(tǒng)框圖智能家居控制系統(tǒng)用到的是以下幾個模塊：①智能家居控制系統(tǒng)控制模塊②紅外模塊③時鐘模塊④溫度模塊⑤電磁繼電模塊（外接）⑥顯示模塊紅外控制模塊智能家居控制系統(tǒng)控制模塊時鐘模塊溫度模塊紅外控制模塊智能家居控制系統(tǒng)控制模塊時鐘模塊溫度模塊電磁繼電模塊顯示模塊圖2.1智能家居控制系統(tǒng)框圖2.2方案選擇2.2.1智能家居控制模塊方案選擇智能家居控制模塊使用的是單片機(jī)控制，本課題使用的芯片是51系列芯片中的STC89C52RC，在STC89C51單片機(jī)的基礎(chǔ)上多一個定時器；單片機(jī)的存儲器RAM由128位增加到256位；ROM多了4k；中斷多2個；增加一個看門狗；掉電、數(shù)據(jù)指針等方面也有改進(jìn)。52單片機(jī)的最高外接晶振在24MHz的51單片機(jī)基礎(chǔ)上擴(kuò)增為33MHz。2.2.2紅外模塊方案選擇基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第9頁。常見的適用于紅外模塊的芯片有TC6122D、BC7210A、PT2262、TC9012等，本課題使用的是功能適宜，較為常見，價格又便宜的TC9012?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第9頁。2.2.3時鐘模塊方案選擇可以使用自帶電池的12C887芯片或控制起來相對簡單的DS1302芯片。前者主要是時間可以一次設(shè)置成型，不必反復(fù)修改程序，因為有電池在關(guān)機(jī)時讓芯片自動計時；后者需要持續(xù)的供電，若中間斷電則再次通電開機(jī)需要重置時間，由于使用的MX-51開發(fā)板DS1302芯片是既有的，且我們只需要將所設(shè)計的智能家居系統(tǒng)的時間顯示模塊表達(dá)出即可。DS1302芯片是在DS1202芯片的基礎(chǔ)上增加了雙電源管腳、七字節(jié)存儲器的特性。雙電源管腳一方面用于主電源供電、另一方面用于備用電源供電，是可編程的涓流充電電源。在電話傳真、便攜式電池供電的時間日期顯示設(shè)備（儀器儀表等）領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。DS1302芯片與DS1202芯片功能對比如表2.1：表2.1DS1302與DS1202芯片功能對比優(yōu)勢及特點(diǎn)1.DS1302芯片在DS1202芯片的基礎(chǔ)上，供電電源部分有可選擇的涓流充電能力2.雙電源管用于主電源和備份電源供應(yīng)3.備份電源管腳可由電池或大容量電容輸入4.附加的7字節(jié)暫存存儲器（RAM）2.2.4溫度模塊方案選擇溫度傳感器的種類繁多，例如DS18B20、TMP35、DS1620等。本次智能家居系統(tǒng)設(shè)計使用的是DS18B20溫度傳感器。DS1620與DS18B20的區(qū)別是可以脫離單片機(jī)或電腦自行溫度控制，本課題的核心在于單片機(jī)控制，因此DS1620的功能不予考慮。DS18B20芯片體積很小，隨之的硬件開消也很小，硬件結(jié)構(gòu)簡單。每次讀取溫度前都需要經(jīng)過復(fù)雜精準(zhǔn)的時序處理，讀出的數(shù)據(jù)是直接的溫度值不是模擬量，因而抗外屆干擾能力很強(qiáng)，精度高。使用這個芯片對于智能家居系統(tǒng)的設(shè)計方便、合理。況且，我們將硬件成本轉(zhuǎn)化為軟件成本，節(jié)約了資源。2.2.5電磁繼電模塊方案選擇本課題使用的是較為常見的SRD-05VDC型號電磁繼電器，它有四路繼電器，可擴(kuò)展，每個繼電器電路分別配有一個顯示電路通斷的指示燈，方便觀測。2.2.6顯示模塊方案選擇基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第10頁。顯示屏可以選用LED液晶顯示屏例如74HC245D，也可以選用LCD液晶顯示屏例如LCD1602。但由于數(shù)碼管顯示的不穩(wěn)定性以及本課題的功能如果實現(xiàn)起來所需的數(shù)碼管數(shù)量很多，占用空間很大，所以采用LCD1602液晶顯示屏。LCD1602是字符型液晶顯示屏，顯示字母和數(shù)字都很方便，控制簡單，成本也很低?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第10頁。2.3本章小結(jié)基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第11頁。綜合本章2.1、2.2的描述，電路的元器件最終采用MX-51開發(fā)板，開發(fā)板的各模塊元器件均為以上所述的控制芯片STC89C52、紅外模塊TC9012芯片、時鐘模塊DS1302芯片、溫度模塊DS18B20芯片、電磁繼電模塊SRD-05VDC芯片、顯示模塊LCD1602芯片?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第11頁。第3章 智能家居控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計3.1紅外模塊電路設(shè)計遙控器在家庭生活中用途十分廣泛，電視機(jī)、空調(diào)等，而遙控器的購買也是比較方便，價格也在大多數(shù)人都可以接受的范圍內(nèi)。所以如果可以將遙控器的按鍵解碼作為單片機(jī)系統(tǒng)的輸入，一方面可以解決矩陣鍵盤布線復(fù)雜電路板體積過大占用I/O口過多的問題，另一方面也可以使智能家居的遠(yuǎn)程控制理論不只是紙上談兵。該智能家居控制系統(tǒng)使用的是TC9012編碼芯片的遙控器，遙控器中的發(fā)射器和接收器均使用開發(fā)板中已有的紅外模塊，需要解決的問題是接收器接收到的信號如何解碼并作為單片機(jī)的輸入。接收信號部分使用一體化紅外接收頭，它將解調(diào)、放大、整形以及紅外接收二極管電路集合到一起，三個引腳分別為+5V電源、接地、信號輸出引腳。一體化接收頭的實物如圖3.1所示，紅外接收頭輸出的信號接到單片機(jī)的INT0或INT1腳[6]，如圖3.2所示，也可以在輸出端接入一個PNP型三極管以放大輸出信號。圖3.1一體化接收頭圖3.2紅外遙控接收電路基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第12頁。如圖3.3所示，紅外接收解碼碼形是由引導(dǎo)碼、兩部分地址碼、數(shù)據(jù)碼以及數(shù)據(jù)反碼組成的[7]，只要按照一定的算法將接收到的碼形按不同碼類分開，就可以輕松解碼?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第12頁。圖3.3紅外遙控接收解碼碼形當(dāng)遙控?zé)o按鍵時，紅外發(fā)射二極管無信號發(fā)出，一體化接收頭給單片機(jī)輸入信號為1；有按鍵時，0和1編碼的高電平經(jīng)遙控頭倒相后會輸出信號0，使單片機(jī)產(chǎn)生下降沿中斷，同時，使用定時器開始計時[6]。當(dāng)下一個脈沖到來時單片機(jī)會再次產(chǎn)生中斷，此時將計時值取出并重置使之再次計時。接收信號通過判斷兩次中斷的時間間隔，引導(dǎo)碼、0、1的時間間隔有所不同。具體如表3.1所示：表3.1計時值與碼形對應(yīng)表計時值（ms）碼形9引導(dǎo)碼1.12編碼02.25編碼1由于晶振參數(shù)、發(fā)射接收時間的誤差等原因，計時值應(yīng)考慮誤差值。以TC9012遙控器接收部分的編碼為例，解碼方法為：（1）假設(shè)下降沿觸發(fā)外部中斷（0/1），16位定時器（0/1），初始值設(shè)為零。（2）遙控器控制單片機(jī)觸發(fā)第一次中斷時開始計時。（3）當(dāng)遙控器控制單片機(jī)觸發(fā)第二次中斷時，停止計時，保存計時值，然后重新計時[8]。若計時值與前導(dǎo)碼時間相等，設(shè)置前導(dǎo)碼標(biāo)志，準(zhǔn)備接收下一幀的遙控數(shù)據(jù)；若計時值與前導(dǎo)碼值不相等，但之前收到了前導(dǎo)碼，那么判斷遙控數(shù)據(jù)是0或1即可[8]。（4）接收之后的數(shù)據(jù)碼、地址碼、數(shù)據(jù)反碼。（5）如果接收的數(shù)據(jù)為32位，則已經(jīng)接收完一幀數(shù)據(jù)。這時可以將定時器停止計時，且判定此次是否為有效接收，若兩次有相同的地址碼且都與本系統(tǒng)地址相同，數(shù)據(jù)反碼與數(shù)據(jù)碼的和為0FFH，則本次接收的這一幀數(shù)據(jù)碼為有效數(shù)據(jù)碼[8]。反之為無效數(shù)據(jù)，可以丟棄。（6）接收信號完畢后初始化數(shù)據(jù)，為下次接收遙控信號做準(zhǔn)備[6]。3.2時鐘模塊電路設(shè)計基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第13頁。時鐘模塊相對比較容易，本系統(tǒng)的時間模塊主要是以DS1302芯片為核心，芯片內(nèi)有實時時鐘/日歷，通過一個31個字節(jié)的靜態(tài)RAM與單片機(jī)互通數(shù)據(jù)通信，其中年、月、日、時、分、秒等各種時間信息由芯片內(nèi)的實時時鐘/日歷電路提供[9]，閏年的天數(shù)變化以及不同月份的天數(shù)變化均可通過芯片自行調(diào)整，在程序里通過設(shè)置AM或PM的指令來控制12或24小時制輸出數(shù)據(jù)。DS1302芯片有三個引腳，一個RES復(fù)位引腳接到單片機(jī)的P2.7引腳、一個I/O數(shù)據(jù)線引腳接到單片機(jī)的P2.5引腳、一個是SCLK（串行時鐘）引腳接到單片機(jī)的P2.4引腳，通過這三個引腳與單片機(jī)進(jìn)行同步串行的通信方式。DS1302芯片工作時功率消耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于1mW?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第13頁。DS1302的管腳排列及描述如圖3.4所示：圖3.4DS1302芯片管腳排列及描述DS1302主要性能如表3.2所示：表3.2DS1302主要性能1.DS1302時鐘芯片可計算2100年以前的年、月、日、周、時、分、秒等功能，可以自動調(diào)整不同月份的時間以及閏年時間的長度[10]2.31*8位緩存RAM3.串行I/O口傳輸數(shù)據(jù)，有最少管腳數(shù)量4.工作電壓范圍為2.0V-5.5V，范圍廣5.當(dāng)工作電壓<2.0V時，工作電流<3.0nA6.讀（寫）時鐘、RAM緩存數(shù)據(jù)時，可使用兩種方式傳輸字符組：單字節(jié)傳輸、多字節(jié)傳輸7.八引腳的DIP封裝或可選性八引腳SOIC封裝（根據(jù)表面裝配）8.簡單的3線接口9.電源電壓VCC為5V，與TTL兼容10.可選擇的工業(yè)級溫度范圍為-40℃-+85℃11.與DS1202芯片的兼容性較好基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第14頁?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第14頁。DS1302芯片控制的時鐘電路圖3.5所示：圖3.5DS1302芯片控制時鐘電路3.3溫度模塊電路設(shè)計本課題使用的溫度傳感器芯片為DS18B20，主要特征如表3.3所示：表3.3DS18B20主要特征1.全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出2.先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信3.分辨率為最高12位，±0.5℃的精度4.分辨率達(dá)到最高（12位）時，最大工作周期為750ms[11]5.有可選擇的寄生工作方式6.溫度檢測的范圍為-55℃-+125℃（-67℉-+257℉）7.內(nèi)置EEPROM，有溫度限制報警的功能8.64位光刻ROM，出廠時內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機(jī)掛接[11]9.封裝形式多樣化，適用于不同的硬件系統(tǒng)[11]DS18B20有四個引腳分別為：GND接地引腳；DQ單數(shù)據(jù)總線引腳；VCC電供電引腳；NC空引腳。DS18B20的工作原理與流程：DS18B20的工作周期有兩部分工作，一個是溫度檢測，另一個是數(shù)據(jù)處理。由于溫度檢測與數(shù)據(jù)輸出均集成于該芯片，則該芯片的抗干擾能力很強(qiáng)[11]。DS18B20的內(nèi)部存儲器資源分為三種形態(tài)：ROM只讀存儲器、RAM數(shù)據(jù)暫存器、EEPROM非易失性記憶體[12]。ROM只讀存儲器：用于儲存DS18B20ID編碼，該芯片的只讀存儲器共有64位，前8位為單線系列編碼，中間48位為每個芯片唯一的序列號，最后8位為前五十六位的冗余校驗碼（CRC碼）。只讀存儲器數(shù)據(jù)為出廠自動設(shè)置，不可用戶更改[11]?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第15頁。RAM數(shù)據(jù)暫存器：用于存取數(shù)據(jù)以及內(nèi)部計算，只保留當(dāng)次斷電前數(shù)據(jù)，斷電后消失[11]。該芯片的數(shù)據(jù)暫存器共有9個字節(jié)，每個字節(jié)有8位。具體功能如表3.4所示：基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第15頁。表3.4DS18B20的RAM不同字節(jié)功能對照表字節(jié)功能1、2溫度轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)值信息3、4用戶EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像，復(fù)位刷新[11]5第3個EEPROM的鏡像6、7、8計數(shù)寄存器，更高溫度分辨率，內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元[11]9前8字節(jié)的CRC碼EEPROM非易失性記憶體：由于它硬件上的特性，常用于存放需長期保存的數(shù)據(jù)，溫度上下限警告值以及校驗數(shù)據(jù)[11]。該芯片的非易失性記憶體共有3位，并且均在RAM中存有鏡像數(shù)據(jù)，方便用戶操作[12]。單片機(jī)對DS18B20的控制流程：（1）復(fù)位：使用該DS18B20測溫度功能前需對芯片進(jìn)行復(fù)位，即由單片機(jī)給芯片的單總線提供不少于480us的低電平信號。若芯片接收到復(fù)位信號則在15—60us后回復(fù)一個“存在脈沖”證明芯片連接無恙[13]。（2）存在脈沖：復(fù)位后，單片機(jī)將數(shù)據(jù)單總線拉高來接收“存在脈沖”，“存在脈沖”是一個69—240us的低電平信號。此時雙方協(xié)議已達(dá)成[13]。（3）單片機(jī)發(fā)送ROM指令：共有五條ROM指令，分別為：讀ROM指令、指定匹配芯片指令、跳躍ROM指令、芯片搜索指令、報警芯片搜索指令。一個工作周期只可以發(fā)一條指令，每條指令長度為八位，操作片內(nèi)64位光刻ROM。因為每個器件的ID不同，所以單總線可以同時掛接多個器件，若只掛接單個DS18B20芯片可用“跳躍ROM指令”[13]。（4）單片機(jī)發(fā)送RAM操作指令：RAM操作指令的發(fā)送在ROM指令之后，操作指令共有六條，每條指令長度為八位。操作指令分別為：寫RAM數(shù)據(jù)指令、讀RAM數(shù)據(jù)指令、復(fù)制RAM數(shù)據(jù)到EEPROM指令、溫度轉(zhuǎn)換指令、復(fù)制EEPROM報警值到RAM指令、切換工作方式指令。RAM操作指令是芯片控制的關(guān)鍵[13]?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第16頁。（5）執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：RAM操作指令之后跟的是RAM操作指令對應(yīng)的數(shù)據(jù)讀寫或執(zhí)行的指令。本課題中的溫度轉(zhuǎn)換指令后接的就是DS18B20的執(zhí)行指令，延長轉(zhuǎn)換時間到500us，執(zhí)行完畢后進(jìn)行下一步工作；而數(shù)據(jù)讀寫指令是根據(jù)芯片具體的讀寫時序操作的。讀數(shù)據(jù)分為兩個工作周期，第一周期控制的內(nèi)容有：復(fù)位、“跳躍ROM指令”、執(zhí)行讀RAM操作指令、讀具體數(shù)據(jù)（2-9字節(jié)，中途可停止）[13]。基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第16頁。DS18B20與系統(tǒng)連接電路圖如圖3.6所示：圖3.6DS18B20溫度傳感器模塊電路3.4電磁繼電模塊電路設(shè)計智能家居中，將家用電器連接在電磁繼電器上，中心控制系統(tǒng)通過控制電磁繼電器的通斷來控制家用電器的工作。本設(shè)計使用的是SRD-05VDC型號電磁繼電器，具體電路如圖3.7所示。該繼電器共有五個引腳，1、4引腳為線圈引腳，5（BT）引腳為公共端、2引腳為常開端、3引腳為常閉端。相當(dāng)于一個單刀雙擲開關(guān)，當(dāng)1、4線圈不通電時，5（BT）與3閉合，5（BT）與2斷開[14]；當(dāng)1、4線圈通電時，線圈吸合銜鐵，5（BT）與3斷開，5（BT）與2閉合。本設(shè)計中使用三個繼電器來代表用電器的使用情況，分別連接在單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2端口，使用遙控器的三個按鍵，分別控制單片機(jī)的三個端口，按其中一個鍵第一次，繼電器開關(guān)閉合，按第二次，繼電器開關(guān)斷開，三個端口獨(dú)立控制，互不影響。基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第17頁。圖3.7電磁繼電模塊電路基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第17頁。3.5液晶模塊電路設(shè)計當(dāng)所有功能實現(xiàn)的部件都已就緒時，我們現(xiàn)在就需要一個能夠把時間、溫度以及工作繼電器等參數(shù)顯示的組件，即顯示模塊電路。表3.5為液晶模塊顯示的基本特性：表3.5液晶模塊顯示的基本特性表項目特性額定電壓5V直流電源電壓，功率消耗低、使用壽命長、可靠性高內(nèi)置字符共192種：160個5*7點(diǎn)陣字符，32個5*10點(diǎn)陣字符RAM64個字節(jié)的自定義字符RAM：可自定義的8個5*8點(diǎn)陣字符或4個5*11點(diǎn)陣字符顯示方式STN、半透、正顯驅(qū)動方式1/16DUTY，1/5BIAS視角方向6點(diǎn)背光方式底部LED通訊方式4位或8位并口可選接口標(biāo)準(zhǔn)的接口特性，適配MC51單片機(jī)和M6800系列MPU操作時序液晶模塊顯示特性：（1）液晶顯示模塊的通訊方式為4位或8位MPU（微處理器，本課設(shè)用到的為MC51單片機(jī)）可選并聯(lián)接口。E為使能端，控制接口，若使用雙屏或多屏顯示，每屏均有獨(dú)立的使能信號E控制顯示部分的結(jié)構(gòu)；BF為狀態(tài)標(biāo)志位，表示模塊內(nèi)部工作狀態(tài)，當(dāng)MPU（微處理器）訪問液晶模塊時，首先判斷BF狀態(tài)標(biāo)志位；在電源VDD=+5V時，模塊與MPU（微處理器）通信速度可達(dá)2MHZ；（2）液晶顯示屏幕為5*8點(diǎn)陣或5*7點(diǎn)陣、帶光標(biāo)結(jié)構(gòu)的字符顯示模式，可在編寫程序時設(shè)置；（3）在液晶模塊與單片機(jī)互通數(shù)據(jù)時，需將收到但未顯示的數(shù)據(jù)贊存起來，顯示數(shù)據(jù)緩存器DDRAM就起到了這個作用；本模塊還有字符發(fā)生器CGRAM和字符發(fā)生器ROM，字符發(fā)生器CGRAM可存儲至多8個5*8點(diǎn)陣的自定義圖形字符字模數(shù)據(jù)；（4）每一字符在本模塊LCD屏顯位置與該字符的字符代碼在DDRAM內(nèi)存儲地址相對應(yīng)；基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第18頁。（5）液晶模塊的占空比周期可通過編寫程序設(shè)置，選擇參數(shù)為：帶光標(biāo)單行5*8點(diǎn)陣字符顯示，1/8；帶光標(biāo)單行5*10點(diǎn)陣字符顯示，1/11；帶光標(biāo)雙行5*8點(diǎn)陣字符顯示，1/16；由于顯示內(nèi)容限制，本課程設(shè)計采用的是帶光標(biāo)雙行5*8點(diǎn)陣字符顯示（1/16）的占空比[16]?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第18頁。（6）液晶模塊的指令功能比較豐富全面：清屏；顯示開/關(guān)；顯示移位；光標(biāo)開/關(guān)；光標(biāo)移位；光標(biāo)回到原點(diǎn)；字符閃爍等。通過后期程序編寫，可個性化設(shè)置屏顯樣式。（7）自動初始化功能：當(dāng)外加電壓≥+4.5V時，本模塊自動復(fù)位，即恢復(fù)默認(rèn)顯示工作狀態(tài)[16]；（8）液晶模塊的設(shè)計采用低功率消耗的CMOS設(shè)計。需要構(gòu)成顯示模塊的部件主要由以下幾部分構(gòu)成：LCD液晶顯示屏、列驅(qū)動器、片內(nèi)控制器、偏壓產(chǎn)生電路，具體電路如圖3.8所示。圖3.8通用1602液晶顯示屏電路連接圖LCD顯示屏：本課設(shè)使用的是通用1602液晶顯示屏，該顯示屏為COMMON與SEGMENT交叉形成的點(diǎn)陣，使用5*8點(diǎn)陣的字符顯示結(jié)構(gòu)，根據(jù)所顯示的數(shù)據(jù)需求（時間、溫度、繼電器名稱），選擇單屏、2行顯示數(shù)據(jù)。列驅(qū)動器：列驅(qū)動器是與控制器配合使用的。列驅(qū)動器接收單片機(jī)發(fā)出的串行、幀同步輸出的數(shù)據(jù)，振蕩、鎖存、移位脈沖，產(chǎn)生出列SEGMENT交流掃描驅(qū)動信號。基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第19頁?？刂破鳎航邮諄碜詥纹瑱C(jī)的命令和數(shù)據(jù)，控制模塊的運(yùn)作。本模塊用到的部分有與單片機(jī)和列驅(qū)動器的I/O接口，CGROM、CGRAM、DDRAM等字符存儲（緩存）器，譯碼機(jī)制，地址計數(shù)器，命令寄存器等部分組成。在單片機(jī)的控制下，顯示模塊的數(shù)據(jù)總線DB0-DB7與單片機(jī)互通數(shù)據(jù)的接口分別為P0.0-P0.7，另外E、R/W、RS三個輸入控制端也分別對應(yīng)單片機(jī)的接口，并按照既定的時序結(jié)構(gòu)運(yùn)作，使顯示模塊的數(shù)據(jù)總線接收到來自單片機(jī)的命令數(shù)據(jù)，找到CGROM中對應(yīng)顯示的字符碼，將字符碼送到DDRAM，之后就可將來自單片機(jī)命令數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為我們想看到的數(shù)據(jù)顯示在LCD顯示屏上?？刂破骺蓪纹瑱C(jī)給的字符顯示、閃爍、移位等顯示效果展示出來?？刂破麟娐返慕M成為IR（指令寄存器）、DR（數(shù)據(jù)寄存器）、BF（忙標(biāo)志）、AC（地址計數(shù)器）、DDRAM（顯示數(shù)據(jù)緩存器）、字符發(fā)生器CGRAM、字符發(fā)生器ROM、時序發(fā)生電路等?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第19頁。3.6本章小結(jié)本章主要分模塊描述了智能家居系統(tǒng)中硬件電路的設(shè)計思想。分別從紅外遠(yuǎn)程控制模塊、時間模塊、溫度測量模塊、液晶顯示模塊以及電磁繼電器模塊的角度對硬件電路的布線、接口、控制流程、工作時序、各個芯片的特征、芯片對比效果以及信息傳遞的碼形等方面進(jìn)行了一系列闡釋?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第20頁。本設(shè)計用到的芯片有STC89C52、DS18B20、DS1302、TC1912、LCD1602等。從芯片角度出發(fā)，將各個模塊的職能劃分到一起，有助于后面軟件編寫的條理性和邏輯性?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第20頁。第4章 智能家居控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)整體設(shè)計思想及主程序流程圖第二章中詳細(xì)地、分模塊化地闡述了智能家居控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計思想，以及每個模塊分別的電路圖和最終的電路圖的整合。如果說智能家居的硬件設(shè)計是一個人的身體各個器官，那么智能家居的軟件設(shè)計就是這個人的大腦、靈魂，身體構(gòu)造及各部分職能梳理完畢后，智能家居的軟件設(shè)計就顯得尤為重要。軟件設(shè)計是一個系統(tǒng)的核心，它具有復(fù)雜性強(qiáng)、靈活性高的特點(diǎn)，既有利也有弊。復(fù)雜性強(qiáng)是因為它需要設(shè)計者有很強(qiáng)的邏輯思維能力，能夠?qū)④浻布ぷ鞯拿恳徊蕉际崂淼梅浅Ｓ袟l理，才可以讓一個系統(tǒng)運(yùn)作起來；靈活性高表達(dá)了它的一切判斷準(zhǔn)則、限定條件、功能效果等都是可以通過軟件來修改的，一個硬件系統(tǒng)如果經(jīng)過100個人的思維邏輯編寫軟件系統(tǒng)，可能會實現(xiàn)100種不同的功能現(xiàn)象，如果規(guī)定好功能現(xiàn)象，一個硬件系統(tǒng)經(jīng)過100個人編寫軟件系統(tǒng)，可能有100種編法，這就是軟件系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。對于智能家居而言，“智能”二字的表達(dá)還是需要軟件設(shè)計才能實現(xiàn)。軟件的設(shè)計理念可以效仿硬件電路的設(shè)計，采用分模塊的方法，各個芯片作為一個模塊，分別將其功能整理、編寫成子程序并調(diào)試，每個模塊調(diào)試成功后，再用一個整合的程序（主程序）將其邏輯性地連接、組合、調(diào)用，最終構(gòu)成系統(tǒng)的軟件。這樣寫出的軟件職能明確，有利于在調(diào)試出問題時及時找到問題所在的模塊，便于優(yōu)化子程序的代碼，對調(diào)試、維護(hù)升級和協(xié)作管理等后續(xù)工作有很大的幫助。智能家居控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為以下幾部分：（1）紅外模塊軟件設(shè)計；（2）溫度模塊軟件設(shè)計；（3）時間模塊軟件設(shè)計；（4）液晶模塊軟件設(shè)計；紅外模塊軟件設(shè)計主要是用于人與物聯(lián)網(wǎng)交流輸入端的接收控制，人機(jī)接口的功能是它主要的職能。它將所有電磁繼電器相關(guān)單片機(jī)的I/O口能實現(xiàn)的功能，全部通過程序編寫，轉(zhuǎn)換為紅外遙控器控制，通過不同波段的遙控器頻道發(fā)射信號來控制對應(yīng)的與單片機(jī)相連的紅外接收芯片，再通過單片機(jī)中的一系列算法控制電磁繼電器的工作。紅外信號接收芯片是利用程序不停地掃描遙控信號實現(xiàn)的?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第21頁。溫度模塊軟件設(shè)計主要是用于底層驅(qū)動溫度傳感器DS18B20的程序，將DS18B20對環(huán)境監(jiān)測得到的溫度數(shù)據(jù)的輸出，對應(yīng)地轉(zhuǎn)化為帶有一位小數(shù)點(diǎn)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，方便之后與液晶模塊的對接，顯示及其他部分的調(diào)用?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第21頁。時間模塊軟件設(shè)計主要是用于底層驅(qū)動DS1302的程序，將在DS1302的時鐘數(shù)據(jù)輸出，并對應(yīng)地轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)方便之后與液晶模塊的對接，顯示及其他部分的調(diào)用。液晶模塊軟件設(shè)計主要是用于底層驅(qū)動LCD1602的操作過程以及當(dāng)前狀態(tài)的程序，一方面可以顯示控制過程中的每個狀態(tài)；另一方面，可以通過內(nèi)部的符號表協(xié)議，將從單片機(jī)接收到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為液晶屏顯示的對應(yīng)字符，讓人方便、直觀地看到各個芯片在單片機(jī)中的工作情況以及輸出數(shù)據(jù)。開機(jī)時所有模塊芯片均初始化，等待工作命令，當(dāng)定時器0產(chǎn)生中斷時，分別讀取溫度、時間、紅外數(shù)值，并將對應(yīng)字符通過LCD1602液晶顯示屏顯示在已經(jīng)設(shè)置好命令的位置。開機(jī)STC89C51初始化DS1302開機(jī)STC89C51初始化DS1302初始化DS18B20初始化LCD1602初始化TC9012初始化定時器0是否產(chǎn)生中斷NY讀時間數(shù)值讀溫度數(shù)值讀紅外數(shù)值顯示圖4.1主程序框圖基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第22頁?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第22頁。4.2程序子模塊說明4.2.1紅外模塊程序初始化TC9012芯片開始初始化TC9012芯片開始遙控器按鍵掃描遙控器是否有按鍵信號識別所按鍵的編號，發(fā)送對應(yīng)頻率紅外信號是否接收到紅外信號紅外接收芯片掃描NNYY給單片機(jī)發(fā)送信號，使單片機(jī)控制繼電器和液晶顯示模塊圖4.2紅外模塊程序框圖基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第23頁。當(dāng)主程序?qū)⒅悄芗揖酉到y(tǒng)進(jìn)行初始化之后，繼電器模塊、顯示模塊均處于隨時待命可正常工作的狀態(tài)。在此系統(tǒng)中，紅外模塊分為發(fā)射電路及接收電路，程序主要由主程序和兩個子程序構(gòu)成，分別是外部中斷0子程序和外部中斷1子程序。主程序除了初始化整個系統(tǒng)外，還可以隨時調(diào)用中斷子程序，外部中斷0服務(wù)子程序的職能主要是不斷取反P3.2,以便隨時給紅外發(fā)射電路提供驅(qū)動脈沖。外部中斷1服務(wù)子程序主要將紅外信號的傳播時間計數(shù)?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第23頁。由于代碼所占篇幅很長，只針對幾個重點(diǎn)部分進(jìn)行闡述。當(dāng)遙控?zé)o按鍵時，紅外發(fā)射二極管無信號發(fā)出，一體化接收頭給單片機(jī)輸入信號為1；有按鍵時，O和1編碼的高電平經(jīng)遙控頭倒相后會輸出信號O，使單片機(jī)產(chǎn)生下降沿中斷，同時，使用定時器開始計時。開啟外部中斷0服務(wù)子程序，等待紅外準(zhǔn)備就緒的程序代碼如下：voidex0_isr(void)interrupt0using0//外部中斷0服務(wù)函數(shù){ staticunsignedchari; staticbitstartflag; if(startflag) { if(irtime<63&&irtime>=33)//引導(dǎo)碼TC9012的頭碼 i=0; irdata[i]=irtime; irtime=0; i++; if(i==33) { irok=1;//紅外準(zhǔn)備就緒 i=0; } } else{irtime=0;startflag=1;}}voidTIM0init(void)//定時器0初始化{ TMOD=0x02;//定時器0工作方式2，TH0是重裝值，TL0是初值 TH0=0x00;//reloadvalue TL0=0x00;//initialvalue ET0=1;//開中斷 TR0=1;基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第24頁。}基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第24頁。紅外接收碼的碼形由引導(dǎo)碼、地址碼、數(shù)據(jù)碼、數(shù)據(jù)反碼等構(gòu)成，解碼規(guī)則在第2章2.1節(jié)已經(jīng)闡述過，具體處理接收碼碼形的代碼編寫如下：voidIrcordpro(void)//紅外碼值處理函數(shù){ unsignedchari,j,k; unsignedcharcord,value; k=1; for(i=0;i<4;i++)//處理4個字節(jié) { for(j=1;j<=8;j++)//處理1個字節(jié)8位 { cord=irdata[k]; if(cord>7){value=value|0x80;}//大于某值為1 else{value=value;} if(j<8){value=value>>1;} k++; } IRcord[i]=value; value=0; } irpro_ok=1;//處理完畢標(biāo)志位置}紅外遙控器的具體操作設(shè)置為，（本設(shè)計只接入三個繼電器）三個繼電器的工作互相獨(dú)立。當(dāng)按下按鍵“1”時，繼電器0閉合產(chǎn)生通路，再次按下“1”時，繼電器0電路斷開；當(dāng)按下按鍵“2”時，繼電器1閉合產(chǎn)生通路，再次按下“2”時，繼電器1電路斷開；當(dāng)按下按鍵“3”時，繼電器2閉合產(chǎn)生通路，再次按下“3”時，繼電器2電路斷開。以下為實現(xiàn)該段功能的程序代碼：voidIr_work(void)//紅外鍵值散轉(zhuǎn)程序，繼電器執(zhí)行語句也在此處{ irpro_ok=0; KeyValue[0]=Tab[IRcord[2]%16];//數(shù)據(jù)碼 write_table(4,1,KeyValue);//顯示鍵值 if(KeyValue[0]=='0'){JDQ0=~JDQ0;}//按遙控'1'一下，第0個繼電器開，再按一下'1'，繼電器0關(guān)基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第25頁。 elseif(KeyValue[0]=='1'){JDQ1=~JDQ1;}//按遙控'2'一下，繼電器1開，再按一下'2'，繼電器1關(guān)基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第25頁。 elseif(KeyValue[0]=='2'){JDQ2=~JDQ2;}//按遙控'3'一下，繼電器2開，再按一下'3'，繼電器2關(guān)}4.2.2DS1302時鐘模塊程序本課設(shè)中，時間模塊主要的功能是顯示當(dāng)前實時時間，需要進(jìn)入計算的內(nèi)容有：年、月、日、時、分、秒、周。下面針對時鐘模塊的程序進(jìn)行逐一分析。開始初始化DS1302芯片使DS1302開始初始化DS1302芯片使DS1302不具備寫保護(hù)復(fù)位端產(chǎn)生一個高電平寫DS1302地址延時一段時間向該地址寫數(shù)據(jù)地址增加數(shù)據(jù)是否寫完寫DS1302地址延時一段時間將該地址的數(shù)據(jù)讀出地址增加數(shù)據(jù)是否讀完單片機(jī)控制液晶模塊顯示數(shù)據(jù)復(fù)位端產(chǎn)生一個高電平NYYN基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第26頁。圖4.3DS1302時鐘模塊程序框圖基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第26頁。該模塊的程序分為：DS1302初始化，向DS1302寫一字節(jié)數(shù)據(jù)，從DS1302讀一字節(jié)數(shù)據(jù)，向DS1302寫入時鐘數(shù)據(jù)，從DS1302讀出時鐘數(shù)據(jù)幾個程序模塊。RST信號是控制DS1302芯片工作的主要信號，置高位“1”有效，置零無效。DS1302與單片機(jī)互通數(shù)據(jù)的方式為串行輸入，串行輸出。寫一個字節(jié)和讀一個字節(jié)的時序不同。寫一個字節(jié)是上升沿有效，讀一個字節(jié)是是先上升沿后下降沿有效。寫一個字節(jié)的程序為：voidDs1302_Write_Byte(unsignedcharaddr,unsignedchard){ unsignedchari; RST_SET; //寫入目標(biāo)地址：addr addr=addr&0xFE;//最低位置零 for(i=0;i<8;i++) { if(addr&0x01) {IO_SET;} else{IO_CLR;} SCK_SET; SCK_CLR; addr=addr>>1; }//寫入數(shù)據(jù)：d for(i=0;i<8;i++) { if(d&0x01) {IO_SET;} else{IO_CLR;} SCK_SET; SCK_CLR; d=d>>1; } RST_CLR; //停止DS1302總線}讀一個字節(jié)的程序為：unsignedcharDs1302_Read_Byte(unsignedcharaddr){基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第27頁。 unsignedchari;基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第27頁。 unsignedchartemp; RST_SET; //寫入目標(biāo)地址：addr addr=addr|0x01;//最低位置高 for(i=0;i<8;i++) { if(addr&0x01) {IO_SET;} else {IO_CLR;} SCK_SET; SCK_CLR; addr=addr>>1; }//輸出數(shù)據(jù)：temp for(i=0;i<8;i++) { temp=temp>>1; if(IO_R) {temp|=0x80;} else {temp&=0x7F;} SCK_SET; SCK_CLR; } RST_CLR; //停止DS1302總線 _nop_(); //以下為DS1302復(fù)位的穩(wěn)定時間 RST=0; SCK=0; _nop_(); SCK=1; _nop_(); SDA=0; _nop_(); SDA=1; _nop_(); returntemp;}（1）秒寄存器的相關(guān)功能：地址字節(jié)0x80基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第28頁。秒寄存器的功能除了記錄“秒”這個數(shù)據(jù)之外，還有控制DS1302時鐘開關(guān)的功能，即晶振工作的開始與停止。該寄存器第七位CH，寫“1”時芯片停止工作，時間保留到最后一次計時，寫“0”時芯片開始工作，時間從上一次暫停位置繼續(xù)計時。秒寄存器是一個八位寄存器，bit4-bit6（高四位除bit7）記錄秒鐘的十位，bit0-bit3（低四位）記錄秒鐘的個位。秒針十進(jìn)制最多59，轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制0x3B,用不到最高位。但初始化秒寄存器時，bit7又會自動變成0，即CH寫“0”，芯片開始工作?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第28頁。（2）分寄存器的相關(guān)功能：地址字節(jié)0x82與秒寄存器相似，有八位寄存器，高四位記錄分鐘的十位（除bit7），低四位記錄分鐘的個位。（3）時寄存器的相關(guān)功能：地址字節(jié)0x83有八位寄存器，第五、六位（bit4、bit5）記錄時鐘的十位，低四位記錄時鐘個位。時鐘寄存器的最高位bit7決定小時制：CH=“1”是12小時制，CH=“0”是24小時制。因為初始化時鐘寄存器時bit7會自動變?yōu)?，所以默認(rèn)為24小時制。（4）日寄存器的相關(guān)功能：地址字節(jié)0x86有八位寄存器，第五、六位（bit4、bit5）記錄十位，低四位記錄個位。（5）月寄存器的相關(guān)功能：地址字節(jié)：0x88有八位寄存器，第五位（bit4）記錄十位，低四位記錄個位。（6）周寄存器的相關(guān)功能：地址字節(jié)：0x8A有八位寄存器，僅有低四位（bit0-bit3）記錄個位。（7）年寄存器的相關(guān)功能：地址字節(jié)：0x8C有八位寄存器，全部位數(shù)均會用到，高四位（bit4-bit7）記錄十位，低四位（bit0-bit3）記錄個位。（8）控制寄存器的相關(guān)功能：地址字節(jié)：0x8E有八位寄存器，只有第六位（bit7）有用，bit7為WP（WriteProtect）位。當(dāng)寫保護(hù)最高位是0時，數(shù)據(jù)時允許被寫入寄存器的，通過命令“0x00”和“0x80”可以控制允許數(shù)據(jù)寫入、讀取寄存器和禁止數(shù)據(jù)寫入、讀取寄存器。寫保護(hù)位在多模式傳送下不可寫入。以下為分別為寫保護(hù)程序允許與禁止命令：Ds1302_Write_Byte(ds1302_control_add,0x00);//寫保護(hù)允許寫入、讀取命令Ds1302_Write_Byte(ds1302_control_add,0x80);//寫保護(hù)禁止寫入、讀取命令當(dāng)寫保護(hù)最高位是1時，數(shù)據(jù)將被禁止寫入寄存器。4.2.3DS18B20溫度模塊程序首先DS18B20芯片初始化，芯片與單片機(jī)連接的端口定義為DQ，所連接的單片機(jī)引腳為P2.2，將芯片復(fù)位時，DQ置“1”，并給予初始化反饋，x=0時初始化成功，x=1時初始化失敗?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第29頁?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第29頁。開始初始化DS18B20芯片讀開始初始化DS18B20芯片讀DS18B20序列號DS18B20是否存在發(fā)送跳過ROM指令溫度轉(zhuǎn)換復(fù)位DS18B20有無中斷調(diào)用中斷子程序單片機(jī)控制液晶模塊顯示數(shù)據(jù)YYNN圖4.4DS18B20溫度模塊程序框圖然后芯片讀一個字節(jié)，寫一個字節(jié)，最后讀取溫度。程序分別如下：unsignedcharReadOneChar(void)基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第30頁。{基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第30頁。 unsignedchari=0; unsignedchardat=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0;//給脈沖信號 dat>>=1; DQ=1;//給脈沖信號 if(DQ) dat|=0x80; DelayUs2x(25); } return(dat);}//讀一個字節(jié) voidWriteOneChar(unsignedchardat){ unsignedchari=0; for(i=8;i>0;i--) { DQ=0; DQ=dat&0x01; DelayUs2x(25); DQ=1; dat>>=1; } DelayUs2x(25);}//寫一個字節(jié)4.2.4LCD1602液晶模塊程序首先將LCD1602初始化。初始化的過程如表4.1所示：表4.1LCD1602初始化過程1.延時15ms2.寫指令0x38（不檢測忙信號）[17]3.延時5ms4.寫指令0x38（不檢測忙信號）[17]5.延時5ms6.寫指令0x38（不檢測忙信號）[17]7.之后每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作前均需檢測忙信號8.寫指令0x38：顯示模式設(shè)置9.寫指令0x08：顯示關(guān)閉10.寫指令0x01：顯示清屏11.寫指令0x06：顯示光標(biāo)移動設(shè)置12.寫指令0x0C：顯示開及光標(biāo)設(shè)置基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第31頁?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第31頁。開始初始化功能設(shè)置：8位數(shù)據(jù)；開始初始化功能設(shè)置：8位數(shù)據(jù)；1/DUTY；5*8字體清屏輸入方式設(shè)置：AC自動加一開顯示設(shè)置CGRAM地址對CGRAM#00H-#3FH單元寫字模數(shù)據(jù)屏顯示計數(shù)指針：R5=#11H設(shè)置DDRAM地址對DDRAM#00H-#27H單元，即第1、3行寫顯示數(shù)據(jù)對DDRAM#40H-#67H單元，即第2、4行寫顯示數(shù)據(jù)設(shè)置DDRAM地址延時130毫秒R5-1R5=0？結(jié)束圖4.5LCD1602液晶顯示模塊程序框圖本課設(shè)中液晶設(shè)置為5*8點(diǎn)陣字符，分2行顯示，一行顯示16個字符，將溫度、時間、繼電器通斷情況分別在液晶顯示屏的相應(yīng)位置顯示出來。4.3本章小結(jié)基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第32頁。本章主要基于硬件電路的設(shè)計思想，將程序代碼分模塊地進(jìn)行闡述。每個模塊先闡述程序流程的基本原理并附上該模塊的思路程序框圖。然后根據(jù)每個模塊核心的芯片各自的特性分別對芯片的時序、寄存器位功能等參數(shù)進(jìn)行詳解。最后統(tǒng)籌到一個主程序中，主程序?qū)⒏鱾€小模塊、子程序按邏輯調(diào)用最終實現(xiàn)智能家居控制的完整系統(tǒng)?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第32頁。基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第33頁。從醞釀?wù)麄€程序框圖到編寫代碼期間遇到很多難題，比如對代碼的編寫不是很熟練、有些邏輯性的問題思考不全等。開始是翻閱各種書籍材料，到后期編寫代碼越來越熟練也歸功于善于總結(jié)工作方法。設(shè)計程序代碼時要養(yǎng)成好的寫代碼習(xí)慣，格式和注釋很重要，其次是命名，每個子程序的名稱一定要與功能相關(guān)又不可以太冗長難記住，更不可以互相之間太像以致相互混淆，通常一個代碼都不是一天寫成的，如果中間斷了幾天在回顧想續(xù)寫，如果格式不好又不加注釋，代碼名又十分相像，讀代碼都是件非常困難的事效率會是非常低的?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第33頁。第5章 系統(tǒng)的方案實現(xiàn)與調(diào)試5.1程序編寫與仿真5.1.1程序編寫軟件Keil本課題使用的程序編寫軟件為Keil，KeilC51是基于C語言系統(tǒng)針對51系列單片機(jī)開發(fā)的編譯器軟件。由KeilSoftware（美）公司出品。C語言是在最基層語言——匯編的基礎(chǔ)上，新生的易讀、易改、框架性良好的一種語言，因而方便易懂，上手快。Keil軟件提供包括C語言編譯器、鏈接器、宏匯編、庫管理和有強(qiáng)大仿真調(diào)試器等功能的方案[18]。用μVision開發(fā)環(huán)境將上述內(nèi)容結(jié)合到一起。Keil軟件所需的操作系統(tǒng)Windows98、nt、Windows2000、WindowsXP、Windows7等。本課設(shè)使用的是較為簡練的C語言編程，因而使用Keil這個軟件是十分方便的。下圖5.1為Keil對軟件的編譯結(jié)果：圖4.2-1代碼調(diào)試結(jié)果5.1.2仿真軟件Proteus基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第34頁。本課題使用的仿真軟件為Proteus，Proteus不僅具有普通軟件仿真的功能[19]，還具有仿真單片機(jī)或其他元器件的功能。該軟件是LabCenterElectronics（英）公司出品的。它對于單片機(jī)及其他元器件的仿真效果尤為出眾。深受國內(nèi)外單片機(jī)發(fā)燒友、單片機(jī)方面從事者、教師、學(xué)生的喜愛?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第34頁。在Proteus上進(jìn)行的電路仿真，可以切換到PCB設(shè)計，為生成實物電路板省去了很多麻煩。目前是世界上唯一一個可以集虛擬仿真、PCB電路設(shè)計、電路仿真為一體的設(shè)計軟件平臺。它可以支持多種處理器型，本文用到的是STC89C52單片機(jī)，更可以與本文用到的Keil編譯器聯(lián)合使用。5.1.3仿真結(jié)果圖5.2為本課題設(shè)計在軟件上的仿真效果：5.2程序下載5.2.1程序下載軟件程序下載軟件使用的是，STC-ISP，STC-ISP是一款針對STC系列單片機(jī)使用的下載編程燒錄的軟件。可燒錄12C5410系列、12C2052系列和STC89等系列的STC單片機(jī)，使用簡單易懂，是電子發(fā)燒友及相關(guān)從業(yè)者普遍認(rèn)可的軟件之一[20]。5.2.2程序下載過程基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第35頁。如圖5.3、5.4、5.5為程序燒錄到芯片的過程：首先選擇芯片類型STC89C/LE52RC，選擇程序，點(diǎn)擊“下載/編程”開始燒錄程序?；趩纹瑱C(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第35頁。圖5.3程序燒錄過程圖5.4程序燒錄單片機(jī)型號選擇圖5.5選擇所燒路程序的工程文件基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第36頁。然后等待程序燒錄成功，結(jié)果如圖5.6顯示提示：基于單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計全文共58頁，當(dāng)前為第36頁