【正文】 過LCD顯示模塊進行實時顯示，使室內(nèi)情況一目了然。然后根據(jù)各信號采集模塊傳送給單片機的數(shù)據(jù)，作出應對執(zhí)行，實現(xiàn)家居系統(tǒng)的智能控制。 LCD液晶顯示模塊 聲光報警模塊 人員闖入檢測相關(guān)用電器工作狀態(tài) GSM通信模塊溫度檢測，亮度檢測 單片機 圖21 系統(tǒng)總體框圖 首先將所需器件羅列，根據(jù)與單片機相連的各器件，確定整個系統(tǒng)所需與單片機連接的管腳數(shù)，通過查資料，由于檢測人員的有無模塊采用了接熱釋電人體紅外傳感器的方法，在不采用擴展的情況下，選取了STC12C5A60S2這個單片機。因為此單片機增加了P4口，即ALE和NA接口有第二功用，可作為普通的I/O口使用，省去了擴展的麻煩。而且此單片機內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換，這樣，在光敏電阻采集模擬信號的時候，可不用轉(zhuǎn)換成數(shù)字量而直接接入單片機，便于單片機的控制。 STC12C5A60S2單片機簡介在眾多的51系列單片機中，要算國內(nèi)STC公司的1T增強系列更具有競爭力，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的具有大容量程序存儲器且是FLASH工藝的，如STC12C5A60S2單片機內(nèi)部就自帶高達60KFLASHROM,這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。而且STC系列單片機支持串口程序燒寫。顯而易見，這種單片機對開發(fā)設備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。寫入單片機內(nèi)的程序還可以進行加密，這又很好地保護了你的勞動成果。重要的一點STC12C5A60S2目前的售價與傳統(tǒng)51差不多，市場供應也很充足。是一款高性價比的單片機。STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘、機器周期為1T的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的全新型的 51單片機，能夠完全識別傳統(tǒng)51單片機的指令代碼，在這基礎(chǔ)上，運行速度卻快了812倍。內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S)，2路PWM，特別適合電機控制的干擾嚴重的場合。 STC12C5A60S2單片機基本特點：1. 屬于增強型的51單片機內(nèi)核，1T高速運行速率，單時鐘的機器周期，全部兼容傳統(tǒng)51單片機的指令代碼； 2. 工作電壓：STC12C5A60S2的正常工作電壓范圍：（即5V單片機）； 3. 單片機工作頻率：035MHz，約為傳統(tǒng)的51單片機的0～420MHz； 4用戶應用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)；5. 片上集成1280字節(jié)RAM； 6. 通用I/O口（36/40/44個），復位后為：準雙向口弱上拉（傳統(tǒng)51單片機的I/O口），可設置成四種模式：準雙向口弱上拉，推挽強上拉，僅為輸入/高阻，開漏。每個I/O口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不要超過55mA； 7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），不需要特定的編程器，也不用專用的仿真器，可直接經(jīng)過端口（）進行程序的下載，速度極快； 8. 有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)；9. 內(nèi)部自帶看門狗； 10. 內(nèi)部集成MAX810專用復位電路（外部晶體12M以下時，復位腳可直接1K電阻到地）； 11. 外部掉電檢測電路：，誤差為+/5%，誤差為+/3%； 12. 內(nèi)部自帶時鐘電路：外部高精度晶振時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/5%到+/10%以內(nèi))。用戶在進行程序下載時，可以對使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶振時鐘自行選擇，在常溫狀態(tài)下，5V單片機的內(nèi)部R/C振蕩器頻率11MHz～，～12MHz；如果對時鐘電路的要求精度不是太高，可以考慮使用內(nèi)部自帶時鐘，但由于制造誤差和溫漂等客觀因素的影響，所以應該以實際為準；：其中，由2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器的功能，另外兩個與傳統(tǒng)的51單片機相同，即16位定時器T0和T1，和做串行通訊的波特率發(fā)生器。這就是STC12C5A60S2的四個16位定時器；14. 兩個時鐘的輸出端口，同樣的，； ，傳統(tǒng)的51單片機中斷是由下降沿或低電平觸發(fā)的，而且，此單片機增加了上升沿觸發(fā)中斷的PCA模塊，外部中斷可喚醒單片機的Power Down模式，INT0/，INT1/，T0/，T1/，RXD/，CCP0/( )，CCP1/ ()； 16. 兩路的PWM和2路的可編程計數(shù)器陣列（PCA）：在實際運用中，無論是實現(xiàn)兩個外部中斷，還是作為兩個定時器，亦或是當作兩路的D/A使用，均可實現(xiàn)； 17. 內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換模塊，8路的A/D轉(zhuǎn)換，高速的轉(zhuǎn)換速率，10位精度的ADC，都為系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換提供了良好的優(yōu)勢；18. 通用的全雙工異步串行端口(UART)，由于STC12C5A60S2系列是高速的51單片機，因此它的多端口口可以由定時器或PCA軟件實現(xiàn)； 19. STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標志的才有雙串口，RXD2/()，TXD2/()；：40~+85℃(工業(yè)級)/0~75℃(商業(yè)級)；：PDIP40,LQFP44,LQFP48； 當I/O端口口不夠時，可通過74HC164/165/595進行端口的擴展，還可用A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU，三線通信，還多了串口。 此單片機是國內(nèi)STC公司生產(chǎn)的1T運算速率的增強型新一代51單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，運算速度快了812倍。內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S）。內(nèi)部自帶看門狗電路，在諸多功能集一身的基礎(chǔ)上，STC12C5A60S2目前售價與傳統(tǒng)的51差不多，市場供應充足，因此是一款高性價比的單片機。圖22 STC12C5A60S2引腳圖 STC12C5A60S2單片機的主要特性①Flash工藝程序存儲器，可以用電的方式瞬間擦擦、改寫，而且支持串口程序燒寫；②工作頻率范圍：0~35MHz，相當于普通8051的0~420MHz；③片上集成1280字節(jié)RAM；④2個時鐘輸出口，可由T0/；⑤4個16位定時器；⑥如ALE、NA端口有第二功能，可以作為普通的I/O口接入元器件；⑦36可編程I/O線；⑧低功耗的閑置和外部掉電檢測電路；⑨內(nèi)部集成MAX810專用復位電路（外部晶體12M以下時，復位腳可直接1K電阻 接地）； 單片機STC12C5A60S2成為本設計中智能家居系統(tǒng)的主控元件，多端口的輸入/輸出，增強型的51單片機等特點，都使得此單片機有更大的優(yōu)勢，來控制整個家居系統(tǒng)的各個功能模塊的協(xié)調(diào)運作。 第三章 系統(tǒng)硬件選擇及模塊電路設計 系統(tǒng)的硬件選擇決定著整個智能家居系統(tǒng)的功能和質(zhì)量，因此在選件前必須做好充分的準備工作，無論是資料的查閱還是同類型器件優(yōu)缺點的比較及取舍，都非常重要。有時可能某個元器件的微弱誤差引起整個系統(tǒng)的失誤或失敗。所以在硬件的選取工作上一定要細致，全面比較，綜合考慮，在結(jié)合性價比的同時更主要功能的實現(xiàn)。 硬件選取后，接下來的工作就是模塊電路的連接及整合，根據(jù)所選硬件和關(guān)鍵芯片的工作原理和接線方式，進行相關(guān)模塊電路的設計，在充分考慮可行性的同時還要注重功能實現(xiàn)的簡便快捷和準確性。系統(tǒng)的主控和核心單元STC12C5A60S2的工作電壓為5V直流，而常用家居電源電壓均為220V交流，因此若要整個家居系統(tǒng)正常工作，必須提供合理的電源電壓，所以需要進行必要的電壓轉(zhuǎn)換。 常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的LM78xx 系列和負電壓輸出的LM79xx系列。由此我們我們知道，三端IC是指分別由輸入端、接地端和輸出端這三條引腳輸出的一種穩(wěn)壓用的集成電路。本設計中選用LM78xx系列，由于本設計中需用到兩個不同的直流電源，即+5V和+12V，則電路原理圖如下：圖31 電源轉(zhuǎn)換電路 電源電路工作原理：由于LM78xx系列的三端穩(wěn)壓器都有一個所謂的“壓損”問題，也就是穩(wěn)壓時所導致的輸入電壓與輸出電壓的落差值（穩(wěn)壓損耗），所以要想得到想要的穩(wěn)壓值，必須使輸入端高于所需值+壓損值，綜合LM7805和LM7812的輸入電壓范圍，變壓器變壓后所得的電壓分別為9V和15V。5V電源的獲得方式如下：首先220V交流電經(jīng)過一個變壓比約為1：24的小型變壓器變?yōu)?V交流電壓，然后通過4個二極管組成的橋式整流器進行整流，濾去大部分紋波電壓，輸出信號通過電容再次進行濾波，防止產(chǎn)生自激振蕩。然后通過一個三段集成器LM7805得到一個5V直流電源，在輸出端再接入電容來濾除輸出端的高頻信號，改善電路的暫態(tài)效應。最后得到一個穩(wěn)定的+5V直流電源輸出。同理，當經(jīng)過整流橋的電流流經(jīng)LM7812時，最終經(jīng)過濾波和穩(wěn)壓，得到一個穩(wěn)定的+12V電壓輸出。智能家居的一個主要控制對象就是住戶室內(nèi)溫度，適宜的溫度為主人提供良好的家居環(huán)境，這樣一來，溫度檢測與控制模塊就成了首先應該實現(xiàn)的功能。在測溫電路中選取了數(shù)字溫度傳感器DS18B20。它獨特的一線接口，耐磨耐碰，體積小，并能直接輸出溫度的數(shù)字信號，便于單片機控制。 溫度傳感器器件介紹DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器四大部分構(gòu)成。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖32 DS18B20內(nèi)部原理圖 DS18B20工作原理：DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。 DS18B20測溫原理是：受溫度影響很小的低溫度系數(shù)晶振，產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器1。隨溫度變化其振蕩率明顯改變的高溫度系數(shù)晶振，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1和溫度寄存器被預置在－55℃所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度?！　「鶕?jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機（單片機）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行 復位操作，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后 釋放，當DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。圖33 溫度檢測電路 溫度檢測電路工作原理：~，所以5V電源足矣保證其正常工作。數(shù)據(jù)總線可以對其進行供電，但完成溫度測量時間較長，為使其達到迅速測溫的要求，采用外部供電。首先，DS18B20把直接讀出的被測室溫根據(jù)實際要求通過簡單編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字量，單片機根據(jù)所得數(shù)字量進行讀取，并通過導線傳給接在其他端口的LCD，并顯示。完成溫度的測量和顯示。 光敏電阻特性是在不同光照強度下，其阻值發(fā)生變化（只要是人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化）。利用這一特性，我們把光敏電阻接入電路實現(xiàn)亮度檢測。圖34 亮度檢測電路 亮度檢測電路工作原理：我們把光敏電阻接入電路后，光敏電阻置于窗口處，由于光線的變化，其阻值也在一定時間內(nèi)不斷變化，從而產(chǎn)生連續(xù)的電信號。由于單片機內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換電路，通過相應程序，單片機讀取這些數(shù)字信號，就能得出相應的光照強度，并決定是否啟動其他應對措施。時鐘電路可以簡單定義如下：1).就是產(chǎn)生象時鐘一樣準確的振蕩電路。2).任何工作都按時間順序。用于產(chǎn)生這個時間的電路就是時鐘電路。 由于采用單片機計時有諸多缺點，比如一方面需要采用計數(shù)器，額外的占用了硬件資源，另一方面需要設置中斷、查詢等，都需要耗費單片機的資源，而且，可能某些測控系統(tǒng)不支持這種中斷、查詢等。因此，在本系統(tǒng)中引入時鐘電路，芯片選擇為DS1302，則能很好地解決這個問題。DS1302是DALLAS公司生產(chǎn)的的一種具有涓細電流充電能力的電路，它是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。它采用普通32768Hz晶振發(fā)出脈沖信號。DS1302 是一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，～。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(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，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時提供了對后備電源進行涓細電流充電的能力。圖35 DS1302封裝圖DS1302的引腳排列如上圖所示,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)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Vcc1+，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32768Hz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接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多