【正文】 程互聯(lián)網(wǎng)控制和家庭娛樂諸項(xiàng)功能。 智能家居系統(tǒng)的發(fā)展方向(1) 向“一體化系統(tǒng)集成”方向發(fā)展。(3) 向仿人智能化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化方向發(fā)展。(4) 向規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。家居智能化系統(tǒng)需要大量的適合中國國情的產(chǎn)品和運(yùn)行軟件，目前開發(fā)的軟硬件產(chǎn)品的種類較少，水平較低。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案 設(shè)計(jì)任務(wù)及其要求基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)家用智能總線式系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)任意房間的用電設(shè)備的控制，并能指示設(shè)備狀態(tài)，能實(shí)現(xiàn)基于公用電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程開關(guān)功能；能對(duì)門、窗的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；能檢測室內(nèi)的溫度并能進(jìn)行調(diào)節(jié)，且具有防火防盜功能。 設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)將利用中央控制器控制各個(gè)電路模塊達(dá)到安防、溫濕度檢測、電器控制等功能的遠(yuǎn)程和本地控制。 安防報(bào)警當(dāng)一氧化碳傳感器、甲烷氣體傳感器檢測到氣體超過預(yù)設(shè)值時(shí)，門磁開關(guān)、窗戶反射式傳感器檢測到有動(dòng)作時(shí)，在設(shè)防狀態(tài)下，現(xiàn)場就會(huì)有報(bào)警信息發(fā)送到用戶手機(jī)上。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求和目的，參考國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)我國住宅的實(shí)際情況，簡單介紹幾種家居智能化的實(shí)現(xiàn)途徑。為了實(shí)現(xiàn)上述要求，近年來，單片微型計(jì)算機(jī)(簡稱單片機(jī))應(yīng)運(yùn)而生，單片機(jī)一詞最初是SingleChipMicroputer”，簡稱SCM。要實(shí)現(xiàn)家居的智能化控制，需要一個(gè)中央控制器為數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，同時(shí)控制完成各種智能化功能，這個(gè)處理器可以是計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）和單片機(jī)（MCU），根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和目的，選用單片機(jī)作為系統(tǒng)的中央控制器。(1) 通過Internet網(wǎng)進(jìn)行控制。電力線通信技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：信息家電可以通過電力線進(jìn)行通信，無需另外布線，利用電源線實(shí)現(xiàn)智能家居網(wǎng)絡(luò)成本較低，電力網(wǎng)是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，PLC技術(shù)可以輕松的滲透到每一個(gè)家庭，其應(yīng)用范圍廣泛，網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)是電源插座，數(shù)目較多且接插方便?；谝延械碾娫捑W(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制是網(wǎng)絡(luò)控制中一種簡單、廉價(jià)的控制方式，利用電話的遠(yuǎn)程控制主要是通過發(fā)送手機(jī)的短信息傳送控制信息，通過對(duì)信息的分析得到相應(yīng)的控制命令,達(dá)到控制目的。下面就幾種主流的現(xiàn)場總線做一簡單介紹。RS485/422最大的通信距離約為1219M，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。如果需要使用星型結(jié)構(gòu)，就必須使用485中繼器或者485集線器才可以。CAN協(xié)議分為二層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。3）Lonworks。Lonworks技術(shù)采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經(jīng)元）的芯片中，并得以實(shí)現(xiàn)。常用的傳輸介質(zhì)有：雙絞線、同軸電纜、光纖、無線傳輸媒介。雙絞線非常適合于短距離通信。(3) 光纖。無線傳輸媒介包括：無線電波、微波、紅外線等。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)[11]?！　?9C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，STC89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程，用STC 工具將您原有的代碼下載進(jìn)STC 相關(guān)的單片機(jī)即可,，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 兼容MCS51指令系統(tǒng) 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 2個(gè)外部中斷源 低功耗空閑和掉電模式 圖33 RS485接口示意圖 對(duì)于單片機(jī)，我們通常采用MAXIM公司的MAX1487作為接口芯片。而其它如MAX481，MAX485則不具備這種功能，在傳輸?shù)臏?zhǔn)確性就要差一點(diǎn)。所以采用32個(gè)MAX487共用一條總線是完全可行的。4DI驅(qū)動(dòng)器輸入端5GND地6A同相接收器輸入和同相驅(qū)動(dòng)器的輸出端7B反相接收器輸入和反相驅(qū)動(dòng)器的輸出端8Vcc正電源輸入端，～由MAX1487收發(fā)器組成的差分平衡系統(tǒng),抗干擾能力強(qiáng),接收器可以檢測到低達(dá)200mV的信號(hào),傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以在千米外得到恢復(fù),一般選擇雙絞線作為信號(hào)傳輸線,因?yàn)殡p絞線在長度,方向上完全對(duì)稱,因此它們受到外界干擾程度完全相同,所以實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的可靠傳送。RS485總線控制器接口模塊原理圖如圖35所示。按鍵在閉合和斷開時(shí)，會(huì)存在抖動(dòng)現(xiàn)象，按鍵的抖動(dòng)時(shí)間一般為510ms，抖動(dòng)可能造成一次按鍵的多次處理問題。鍵抖動(dòng)會(huì)引起一次按鍵被誤讀多次。(1) 硬件消抖：在鍵數(shù)較少時(shí)可用硬件方法消除鍵抖動(dòng)。當(dāng)鍵按下時(shí),輸出為0。(2) 軟件消抖：如果按鍵較多,常用軟件方法去抖,即檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個(gè)延時(shí)程序,產(chǎn)生5ms～10ms的延時(shí),讓前沿抖動(dòng)消失后再一次檢測鍵的狀態(tài),如果仍保持閉合狀態(tài)電平,則確認(rèn)為真正有鍵按下。獨(dú)立式鍵盤中，每個(gè)按鍵的都占用一個(gè)I/O口線，每個(gè)按鍵電路相對(duì)獨(dú)立，如圖37所示，I/O口通過按鍵與地連接。按鍵較多時(shí)，常采用行列式鍵盤電路。圖37 獨(dú)立式鍵盤圖38 44行列式鍵盤 顯示模塊顯示模塊采用1602液晶顯示。圖39 1602顯示硬件電路接線圖字符型LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光控制線、電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，引腳定義如表31所示.表31 1602引腳定義表表32 中文字符碼與字字符字模關(guān)系對(duì)照表1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，如下表32所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。A39。本設(shè)計(jì)采用的是西門子TC35系列的TC35i。TC35i如圖310所示[1417]。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)。131和32引腳為控制部分，15引腳為啟動(dòng)線IGT(Ignition)。 V 工作電壓．同時(shí)產(chǎn)生MAX232所需要的高電平：三端電源模塊LM7806將外部12 V直流電源轉(zhuǎn)換為6 v．連接至ZIF連接器的112引腳。模塊上電10ms后(電池電壓須大于3 V)，為使之正常工作，必須在15引腳(IGT)施加低電平信號(hào)，至少保持100 ms且該信號(hào)下降沿時(shí)間小于1ms，啟動(dòng)后15引腳應(yīng)保持高電平。數(shù)據(jù)通信電路以MAX232為核心實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信。與SMS相關(guān)的若干GSM AT指令如表33所示。7_bit編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符，8_bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。D：文件頭字節(jié)，2位十六進(jìn)制數(shù)。H：被叫號(hào)碼，長度由F中的數(shù)據(jù)決定。L：用戶數(shù)據(jù)長度，2位十六進(jìn)制數(shù)。通過ZIF連接器與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電路接口，該接口讀取或發(fā)送TC35i模塊中的數(shù)據(jù)，將是本文論述的重點(diǎn)，也是TC35i應(yīng)用的核心。本系統(tǒng)的安防是由下位機(jī)安防模塊和各種前端探測器組成。磁鐵部分由對(duì)應(yīng)的磁場強(qiáng)度的磁鐵，封裝于塑膠或合計(jì)殼體內(nèi)，當(dāng)兩者分開和接近至一定距離后，引起開關(guān)的開斷從而感應(yīng)物體位置的變化。這里選用3）煙霧探測器：煙霧傳感器通常安裝在客廳等家用電器以及布線較密集的場合。此時(shí)探測器內(nèi)部的輻射源在離子腔內(nèi)部產(chǎn)生電離，自動(dòng)形成正、負(fù)離子，并產(chǎn)生一個(gè)極小的電流和電壓。4）煤氣探測器：煤氣探測器一般安裝在廚房內(nèi)，其基本工作原理是基于氣敏元件表面氣體的化學(xué)吸附作用與解吸附作用。所以本次設(shè)計(jì)選用FIGARO公司生產(chǎn)的TGS813傳感器。AD623允許使用單個(gè)增益設(shè)置電阻進(jìn)行增益編程，以得到更好的用戶靈活性，且符合8引腳的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳配置。 圖 3 AD623引腳排列（3）A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 從煙霧傳感器和煤氣傳感器輸出的信號(hào)為模擬量，該模擬量需要運(yùn)放后送入A/D轉(zhuǎn)換器。提供的最大采樣率為66KSPS，供電電路僅需1mA。通過編程器件的DATA INPUT管腳串行輸入的8位通道/方式控制節(jié)的高4位（MSBs）,可選擇11個(gè)模擬輸入通道中的任一個(gè)。DATA INPUT為串行數(shù)據(jù)輸入端。REF+為正基準(zhǔn)電壓端，一般接+5V。而門磁開關(guān)和反射式傳感器輸出的是數(shù)字量，所以直接與單片機(jī)的I/O口相連接。外出時(shí)，可以設(shè)置系統(tǒng)工作模式在”布防狀態(tài)”，此時(shí)系統(tǒng)就可以工作了。煤氣傳感器的報(bào)警閾值為2000 ppm，相應(yīng)時(shí)間為1 s。 溫度檢測控制模塊本文提出了基于GSM的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測系統(tǒng)，采用美國Dallas公司生產(chǎn)的DSl8B20數(shù)字溫度傳感器，通過現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測結(jié)果以短信方式發(fā)送至相應(yīng)的監(jiān)控終端(如手機(jī)、PC機(jī))。上位機(jī)控制GSM無線通信模塊收發(fā)短消息，接收各下位機(jī)采集的溫度數(shù)據(jù),然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理。溫濕度檢測模塊結(jié)構(gòu)如圖3 所示。多個(gè)DSl8820可并聯(lián)至3或2根總線上．CPU只需1根端口線就能與多個(gè)DSl8820通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。其硬件電路圖如圖315所示。為了避免這兩種情況的發(fā)生，需要加上掉點(diǎn)監(jiān)測和保護(hù)電路，以提高系統(tǒng)的抗干擾性和安全性。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不少專用的電源監(jiān)測芯片，這里我們就用MAXIM公司的MAX813L和DALLAS半導(dǎo)體公司的DS12887構(gòu)成一種實(shí)用的掉電檢測和保護(hù)電路。當(dāng)VCC 降到1V 時(shí)仍能保證復(fù)位輸出處于正確的狀態(tài)。其引腳圖如下圖所示。3)電源接地端（GND）：接0 V參考電平。 S該輸入端收不到脈沖信號(hào)，則內(nèi)部定時(shí)器溢出，8號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?。圖 是DS12887 的管腳圖。當(dāng)系統(tǒng)電源恢復(fù)后,MAX813L 的RESET 端輸出能保持200ms 的高電平,使89C51 復(fù)位,恢復(fù)系統(tǒng)正常工作,在程序開始時(shí)恢復(fù)數(shù)據(jù)。圖中CC2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般在530pF。電路如圖圖317所示。狀態(tài)周期S：2個(gè)振蕩周期為一個(gè)狀態(tài)周期，用S表示。1個(gè)指令周期依據(jù)指令不同而不同，可有14個(gè)機(jī)器周期組成。表34 復(fù)位后片內(nèi)各寄存器的狀態(tài)注：X代表隨機(jī)狀態(tài)另外，在復(fù)位有效期間（即高電平），單片機(jī)的ALE引腳為高電平，且內(nèi)部RAM不受復(fù)位的影響。圖320為上電與按鈕復(fù)位電路。電源電路的硬件電路圖如圖324所示。采用RS485構(gòu)成的多機(jī)通訊系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。所以將線路兩端的正端A+和負(fù)端B間各接一個(gè)120Ω的電阻，形成一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)中協(xié)議有三種幀格式: 呼叫幀、應(yīng)答幀和數(shù)據(jù)幀。在多機(jī)通信系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)中。若從機(jī)需要發(fā)送數(shù)據(jù), 則必須等到主機(jī)輪詢本地從機(jī)時(shí), 才可提出請(qǐng)求。若與本地地址相符, 則清除SM2, 同時(shí)發(fā)送應(yīng)答幀, 進(jìn)入通信狀態(tài)。 GSM模塊程序設(shè)計(jì)GSM模塊的程序設(shè)計(jì)以報(bào)警為例說明此模塊的程序設(shè)計(jì)。圖43 GSM模塊程序流程圖圖44 中斷子程序流程圖單片機(jī)與TC35i的軟件接口其實(shí)就是單片機(jī)通過AT指令控制手機(jī)的控制技術(shù)，首先設(shè)置TC35i模塊的工作模式：AT+cMGF=n，n=0為PDU模式；n=l為文本模式；通常設(shè)置為PDU模式，在這種模式下，能傳送或接受透明數(shù)據(jù)(用戶自定義數(shù)據(jù))。軟件編程通過向TC35i寫入不同的AT指令能完成多種功能，如網(wǎng)絡(luò)登陸、讀取SIM卡上電話號(hào)碼、發(fā)送SMS消息、接收SMS消息等。單片機(jī)讀取TC35i模塊的PDU數(shù)據(jù)時(shí)，原始數(shù)據(jù)應(yīng)該是16進(jìn)制數(shù)，但讀回的數(shù)據(jù)仍然是ASCII表示的16進(jìn)制數(shù)。單片機(jī)接收到PDU數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)后，須將其恢復(fù)成16進(jìn)制數(shù)據(jù)，其算法如下：設(shè)a為接收的ASCII碼，b為轉(zhuǎn)換后的16進(jìn)制數(shù)。例如，如果TC35i模塊應(yīng)答的PDU數(shù)據(jù)長度為50．而實(shí)際向單片機(jī)傳送的16進(jìn)制數(shù)據(jù)為59字節(jié)，ASCII碼為2x59字節(jié)，所以單片機(jī)必須按2x59個(gè)字節(jié)接收PDU數(shù)據(jù)。 44鍵盤程序設(shè)計(jì)行掃描法是確認(rèn)有鍵閉合后，逐行（或逐列）置低電平，并讀入列（或行）狀態(tài)，如果出現(xiàn)非全1狀態(tài)，那么0狀態(tài)的行、列交點(diǎn)就是被按下鍵。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVisionMPLAB等軟件。 B．選擇“P”，從元件庫中提取需要的元器件（選中雙擊），選擇完點(diǎn)OK。文件保存完后，在畫好的proteus仿真圖里面，雙擊單片機(jī)，彈出如下圖51所示的界面?？偨Y(jié)與體會(huì)在這兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)過程中我有很多收獲和體會(huì)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多的東西，這些東西不單單是一些知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，還有許多做人的道理。這樣我就較好的掌握了分析問題、解決問題的方法。而且發(fā)現(xiàn)了在工作中自己的許多不足，認(rèn)識(shí)到知識(shí)的重要性，體會(huì)出只有不斷的充實(shí)自己，不斷的挑戰(zhàn)自己，才能在今后的工作生活中獲得更多的收獲。感謝費(fèi)凌老師對(duì)我設(shè)計(jì)論文不厭其煩的精心修改、費(fèi)凌老師多次耐心地審閱了論文全稿，提出了許多寶貴的意見