基于單片機(jī)的智能家居系統(tǒng)本科畢業(yè)論文-wenkub
2023-07-03 18:21:53 本頁(yè)面
【正文】 芯片為核心，利用單片機(jī)的外圍設(shè)備及串口通信開(kāi)發(fā)、實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)功能模塊：（1）花樣燈的控制，利用單片機(jī)上的二極管模擬電燈，根據(jù)不同的指令，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序，變換出不同的花樣。隨著人們生活水平的不斷提高，人們不斷的對(duì)居住環(huán)境提出更高的要求，越來(lái)越注重家庭生活中每個(gè)成員的舒適、安全與便利。系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成，其中硬件系統(tǒng)是以STC12C5A60S2芯片為核心的單片機(jī)開(kāi)發(fā)板以及單片機(jī)外圍發(fā)光二極管、數(shù)碼管、蜂鳴器等功能模塊。 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目: 基于單片機(jī)的小型智能家居系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 姓 名: 常盼盼 學(xué) 院: 理 學(xué) 院 專 業(yè): 網(wǎng)絡(luò)工程 班 級(jí): 2009級(jí)（2）班 學(xué) 號(hào): 1887090202 指導(dǎo)教師: 趙艷紅 職稱: 講師 2013 年 5 月 10 日安徽科技學(xué)院教務(wù)處制 目 錄1摘要 1關(guān)鍵詞 11 引言 1 課題研究背景 1 系統(tǒng)的主要功能 12 整體設(shè)計(jì) 2 總體介紹 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 23 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 硬件系統(tǒng)概述 3 硬件系統(tǒng)的功能模塊 3 電源模塊 3 串口模塊 4 核心板模塊 8 LED模塊 9 蜂鳴器模塊 10 步進(jìn)電機(jī)模塊 11 LCD模塊 12 熱敏amp。以Keil uVision2為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)之間的通訊，從而達(dá)到PC機(jī)控制單片機(jī)的目的。智能家居是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)，依照人體工程學(xué)原理，融合個(gè)性需求，將與家居生活有關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)，如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)、地板采暖等有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)“以人為本”的全新家居生活體驗(yàn)[1]。（2）音樂(lè)播放，利用單片機(jī)上的蜂鳴器模擬音箱，根據(jù)指令，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序，播放音樂(lè)。在原有的機(jī)械式按鍵開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上，采用串口通信，來(lái)控制各功能模塊，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)控制。環(huán)境信息用戶輸入信息設(shè)備狀態(tài)信息控制界面返回用戶輸入信息用戶控制信息串口窗簾（步進(jìn)電機(jī)）核心控制設(shè)備（以STC12C5A60S2為核心）音樂(lè)播放（蜂鳴器）花樣燈（LED顯示）溫度，濕度信息LCD顯示火災(zāi)報(bào)警（溫度，濕度）圖1 系統(tǒng)整體框圖3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)概述 小型智能家居系統(tǒng)的核心是單片機(jī)的主芯片，因此首先要確定單片機(jī)及所用主芯片的類型。單片機(jī)開(kāi)發(fā)板支持以下兩種供電方式： （1） 通過(guò)PC機(jī)的USB口提供的+5V電源，如圖3所示，即為通過(guò)USB為系統(tǒng)供電。常用通信方式有兩種：并行通信與串行通信，簡(jiǎn)稱并行傳送和串行傳送。同步通信中，在數(shù)據(jù)傳送開(kāi)始時(shí)先用同步字符來(lái)指示（常約定12個(gè)），并由同時(shí)傳送的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)送端和接收端同步，即檢測(cè)到規(guī)定的同步字符后，接著就連續(xù)按順序傳送數(shù)據(jù)。發(fā)送器通過(guò)發(fā)送起始位開(kāi)始一幀字符的傳送。 （3） 奇偶校驗(yàn)位：奇偶校驗(yàn)位實(shí)際上是傳送的附加位，若該位用于奇偶校驗(yàn)，可校檢串行傳送的正確性。停止位可以是MCS51的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡(jiǎn)單，只要向發(fā)送緩沖器寫入數(shù)據(jù)即可發(fā)送數(shù)據(jù)，而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)即可接收數(shù)據(jù)。RS485的接口電平比RS232電平降低了。u RS232硬件電路51單片機(jī)有一個(gè)以上全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。電路如圖8所示。 （4）提供ISP 下載接口，為AT89S5X系列單片機(jī)編程。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。工作電流是2mA30mA。蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜震動(dòng)發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它。 程序中改變單片機(jī)的輸出波形的頻率，就可以調(diào)整控制蜂鳴器音調(diào)。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。根據(jù)各管的接線形式，它可分為兩種，一是共陽(yáng)極（發(fā)光二極管的陽(yáng)極都接在一個(gè)公共點(diǎn)上），如圖20，另一是共陰極（發(fā)光二極管的陰極都接在一個(gè)公共點(diǎn)上），如圖21。舉個(gè)例子，如果我們要使數(shù)碼管的最低位顯示“A”，那么，首先通過(guò)控制DS1，選中位選控制的74HC573，控制DSD7為“0”（共陰，如果是共陽(yáng)的數(shù)碼管就置“1”），然后通過(guò)控制 DS2，選中段選選控制的74HC573，在DSD0~DSD7輸入0x77，即可實(shí)現(xiàn)“A”在第3位顯示。正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）在溫度越高時(shí)電阻值越大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。因此，在要求不高的應(yīng)用系統(tǒng)中，在一定的溫度范圍內(nèi)，常常把溫度與阻值看成是線性的關(guān)系，以簡(jiǎn)計(jì)算和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圖26 熱敏amp。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器的阻值隨入射光線（可見(jiàn)光）的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值（暗阻）可達(dá)1~10M歐,在強(qiáng)光條件（100LX）下，它阻值（亮阻）僅有幾百至數(shù)千歐姆。4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) keil uVision2簡(jiǎn)介 keil uVision2是德國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng)C語(yǔ)言的語(yǔ)法來(lái)開(kāi)發(fā)。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng)， 使用戶可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。點(diǎn)擊“ProjectNew Project…”菜單，如下圖：圖28 新建工程頁(yè)面 （3）選擇工程文件要存放的路徑，輸入工程文件名，如LED, 最后單擊保存：圖29 保存工程頁(yè)面 （4）在彈出的對(duì)話框中選擇CPU 廠商及型號(hào)：圖30 CPU型號(hào)選擇頁(yè)面 （5）選擇好選擇CPU 廠商及型號(hào)，如Atmel公司的89c51，之后，單擊確定：圖31 選定CPU型號(hào) （6）接著彈除一個(gè)對(duì)話框，問(wèn)“將標(biāo)準(zhǔn)的8051啟動(dòng)代碼復(fù)制到項(xiàng)目文件夾并將文件添加到項(xiàng)目中？”，選擇“是”：圖32 詢問(wèn)頁(yè)面 （7）新建一個(gè)C51文件。單擊Add，然后單擊Close：圖37 （12）在編輯框里輸入所需代碼，至此完成了工程項(xiàng)目的建立以及文件加入工程，現(xiàn)在開(kāi)始編譯工程。 本系統(tǒng)所用的單片機(jī)型號(hào)是STC12C5A60S2。 打開(kāi)PC機(jī)的設(shè)備管理器，確定生成的串口號(hào)（若為COM2，則在上圖COM下拉中選擇COM2）。 系統(tǒng)硬件連接 PC機(jī)與單片機(jī)的連接 通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口線將PC機(jī)的USB接口與單片機(jī)板上的串口1連接起來(lái)即可。 （3）音樂(lè)播放模塊的硬件連接 用1位杜邦線將J10_0與J18_bz連接。打開(kāi)串口通信控制界面，如圖45所示，通過(guò)串口通信控制界面，向單片機(jī)發(fā)送指令。而火災(zāi)報(bào)警模塊，通過(guò)熱敏amp。另外，改變IO 口輸出電平的高低電平占空比，則可以控制蜂鳴器的聲音大小。將一首歌相對(duì)應(yīng)的震動(dòng)頻率的大小、震動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短數(shù)字化，以這種方式等價(jià)成兩個(gè)數(shù)組，再將數(shù)組賦給相應(yīng)的歌曲處理函數(shù)，當(dāng)主板接收到相應(yīng)指令后，調(diào)用歌曲處理函數(shù)，將歌曲演奏出來(lái)，主要代碼容下： void Play_music() { uint Tone,Long。i++) //生日快樂(lè)的25種音調(diào) { Tone=SOUNDTONE[i]。j++) //輸出不同節(jié)拍 { BZ=0。 //利用Tone的不同來(lái)區(qū)分7種音調(diào) BZ=1。 //利用Tone的不同來(lái)區(qū)分7種音調(diào) } }}void Music() //音樂(lè)播放函數(shù){ Play_music()。由于將曲譜轉(zhuǎn)換成數(shù)組比較麻煩，故在此只給出了一首歌曲作為范例。主要代碼容下
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