【正文】 程互聯(lián)網控制和家庭娛樂諸項功能。 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、網絡化、人性化方向發(fā)展。(4) 向規(guī)范化、標準化方向發(fā)展。家居智能化系統(tǒng)需要大量的適合中國國情的產品和運行軟件，目前開發(fā)的軟硬件產品的種類較少，水平較低。2 系統(tǒng)設計的總體方案 設計任務及其要求基于單片機設計的一個家用智能總線式系統(tǒng)，能實現(xiàn)對任意房間的用電設備的控制，并能指示設備狀態(tài)，能實現(xiàn)基于公用電話網的遠程開關功能；能對門、窗的狀態(tài)進行監(jiān)控；能檢測室內的溫度并能進行調節(jié)，且具有防火防盜功能。 設計目的本設計將利用中央控制器控制各個電路模塊達到安防、溫濕度檢測、電器控制等功能的遠程和本地控制。 安防報警當一氧化碳傳感器、甲烷氣體傳感器檢測到氣體超過預設值時，門磁開關、窗戶反射式傳感器檢測到有動作時，在設防狀態(tài)下，現(xiàn)場就會有報警信息發(fā)送到用戶手機上。根據本設計的要求和目的，參考國內外相關技術的發(fā)展狀況，根據我國住宅的實際情況，簡單介紹幾種家居智能化的實現(xiàn)途徑。為了實現(xiàn)上述要求，近年來，單片微型計算機(簡稱單片機)應運而生，單片機一詞最初是SingleChipMicroputer”，簡稱SCM。要實現(xiàn)家居的智能化控制，需要一個中央控制器為數(shù)據進行處理和分析，同時控制完成各種智能化功能，這個處理器可以是計算機（PC機）和單片機（MCU），根據設計的要求和目的，選用單片機作為系統(tǒng)的中央控制器。(1) 通過Internet網進行控制。電力線通信技術有以下優(yōu)點：信息家電可以通過電力線進行通信，無需另外布線，利用電源線實現(xiàn)智能家居網絡成本較低，電力網是覆蓋范圍最廣的網絡，PLC技術可以輕松的滲透到每一個家庭，其應用范圍廣泛，網絡的接入點是電源插座，數(shù)目較多且接插方便?；谝延械碾娫捑W絡實現(xiàn)遠程控制是網絡控制中一種簡單、廉價的控制方式，利用電話的遠程控制主要是通過發(fā)送手機的短信息傳送控制信息，通過對信息的分析得到相應的控制命令,達到控制目的。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構，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)據鏈路層。3）Lonworks。Lonworks技術采用的LonTalk協(xié)議被封裝到Neuron（神經元）的芯片中，并得以實現(xiàn)。常用的傳輸介質有：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計算機[11]?！　?9C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，STC89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程，用STC 工具將您原有的代碼下載進STC 相關的單片機即可,，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 兼容MCS51指令系統(tǒng) 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷 2個外部中斷源 低功耗空閑和掉電模式 圖33 RS485接口示意圖 對于單片機，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)臏蚀_性就要差一點。所以采用32個MAX487共用一條總線是完全可行的。4DI驅動器輸入端5GND地6A同相接收器輸入和同相驅動器的輸出端7B反相接收器輸入和反相驅動器的輸出端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,接收器可以檢測到低達200mV的信號,傳輸?shù)臄?shù)據可以在千米外得到恢復,一般選擇雙絞線作為信號傳輸線,因為雙絞線在長度,方向上完全對稱,因此它們受到外界干擾程度完全相同,所以實現(xiàn)了信號的可靠傳送。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，會存在抖動現(xiàn)象，按鍵的抖動時間一般為510ms，抖動可能造成一次按鍵的多次處理問題。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。(1) 硬件消抖：在鍵數(shù)較少時可用硬件方法消除鍵抖動。當鍵按下時,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)行一個延時程序,產生5ms～10ms的延時,讓前沿抖動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,則確認為真正有鍵按下。獨立式鍵盤中，每個按鍵的都占用一個I/O口線，每個按鍵電路相對獨立，如圖37所示，I/O口通過按鍵與地連接。按鍵較多時，常采用行列式鍵盤電路。圖37 獨立式鍵盤圖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系對照表1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，如下表32所示，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。A39。本設計采用的是西門子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，向用戶提供標準的AT命令接口，為數(shù)據、語音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應用開發(fā)及設計。131和32引腳為控制部分，15引腳為啟動線IGT(Ignition)。 V 工作電壓．同時產生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，至少保持100 ms且該信號下降沿時間小于1ms，啟動后15引腳應保持高電平。數(shù)據通信電路以MAX232為核心實現(xiàn)電平轉換及串口通信。與SMS相關的若干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位十六進制數(shù)。H：被叫號碼，長度由F中的數(shù)據決定。L：用戶數(shù)據長度，2位十六進制數(shù)。通過ZIF連接器與單片機實現(xiàn)電路接口，該接口讀取或發(fā)送TC35i模塊中的數(shù)據，將是本文論述的重點，也是TC35i應用的核心。本系統(tǒng)的安防是由下位機安防模塊和各種前端探測器組成。磁鐵部分由對應的磁場強度的磁鐵，封裝于塑膠或合計殼體內，當兩者分開和接近至一定距離后，引起開關的開斷從而感應物體位置的變化。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。此時探測器內部的輻射源在離子腔內部產生電離，自動形成正、負離子，并產生一個極小的電流和電壓。4）煤氣探測器：煤氣探測器一般安裝在廚房內，其基本工作原理是基于氣敏元件表面氣體的化學吸附作用與解吸附作用。所以本次設計選用FIGARO公司生產的TGS813傳感器。AD623允許使用單個增益設置電阻進行增益編程，以得到更好的用戶靈活性，且符合8引腳的工業(yè)標準引腳配置。 圖 3 AD623引腳排列（3）A/D轉換電路的設計 從煙霧傳感器和煤氣傳感器輸出的信號為模擬量，該模擬量需要運放后送入A/D轉換器。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個模擬輸入通道中的任一個。DATA INPUT為串行數(shù)據輸入端。REF+為正基準電壓端，一般接+5V。而門磁開關和反射式傳感器輸出的是數(shù)字量，所以直接與單片機的I/O口相連接。外出時，可以設置系統(tǒng)工作模式在”布防狀態(tài)”，此時系統(tǒng)就可以工作了。煤氣傳感器的報警閾值為2000 ppm，相應時間為1 s。 溫度檢測控制模塊本文提出了基于GSM的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)，采用美國Dallas公司生產的DSl8B20數(shù)字溫度傳感器，通過現(xiàn)有的GSM網絡將監(jiān)測結果以短信方式發(fā)送至相應的監(jiān)控終端(如手機、PC機)。上位機控制GSM無線通信模塊收發(fā)短消息，接收各下位機采集的溫度數(shù)據,然后對數(shù)據進行顯示、處理。溫濕度檢測模塊結構如圖3 所示。多個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，需要加上掉點監(jiān)測和保護電路，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半導體公司的DS12887構成一種實用的掉電檢測和保護電路。當VCC 降到1V 時仍能保證復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，則內部定時器溢出，8號引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健D 是DS12887 的管腳圖。當系統(tǒng)電源恢復后,MAX813L 的RESET 端輸出能保持200ms 的高電平,使89C51 復位,恢復系統(tǒng)正常工作,在程序開始時恢復數(shù)據。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個振蕩周期為一個狀態(tài)周期，用S表示。1個指令周期依據指令不同而不同，可有14個機器周期組成。表34 復位后片內各寄存器的狀態(tài)注：X代表隨機狀態(tài)另外，在復位有效期間（即高電平），單片機的ALE引腳為高電平，且內部RAM不受復位的影響。圖320為上電與按鈕復位電路。電源電路的硬件電路圖如圖324所示。采用RS485構成的多機通訊系統(tǒng)原理框圖如圖 所示。所以將線路兩端的正端A+和負端B間各接一個120Ω的電阻，形成一個電阻網絡。系統(tǒng)中協(xié)議有三種幀格式: 呼叫幀、應答幀和數(shù)據幀。在多機通信系統(tǒng)采用主從式結構中。若從機需要發(fā)送數(shù)據, 則必須等到主機輪詢本地從機時, 才可提出請求。若與本地地址相符, 則清除SM2, 同時發(fā)送應答幀, 進入通信狀態(tài)。 GSM模塊程序設計GSM模塊的程序設計以報警為例說明此模塊的程序設計。圖43 GSM模塊程序流程圖圖44 中斷子程序流程圖單片機與TC35i的軟件接口其實就是單片機通過AT指令控制手機的控制技術，首先設置TC35i模塊的工作模式：AT+cMGF=n，n=0為PDU模式；n=l為文本模式；通常設置為PDU模式，在這種模式下，能傳送或接受透明數(shù)據(用戶自定義數(shù)據)。軟件編程通過向TC35i寫入不同的AT指令能完成多種功能，如網絡登陸、讀取SIM卡上電話號碼、發(fā)送SMS消息、接收SMS消息等。單片機讀取TC35i模塊的PDU數(shù)據時，原始數(shù)據應該是16進制數(shù)，但讀回的數(shù)據仍然是ASCII表示的16進制數(shù)。單片機接收到PDU數(shù)據包數(shù)據后，須將其恢復成16進制數(shù)據，其算法如下：設a為接收的ASCII碼，b為轉換后的16進制數(shù)。例如，如果TC35i模塊應答的PDU數(shù)據長度為50．而實際向單片機傳送的16進制數(shù)據為59字節(jié)，ASCII碼為2x59字節(jié)，所以單片機必須按2x59個字節(jié)接收PDU數(shù)據。 44鍵盤程序設計行掃描法是確認有鍵閉合后，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、列交點就是被按下鍵。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調試器、SPI調試器、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、信號發(fā)生器等。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環(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OK。文件保存完后，在畫好的proteus仿真圖里面，雙擊單片機，彈出如下圖51所示的界面?？偨Y與體會在這兩個多月的設計過程中我有很多收獲和體會。通過畢業(yè)設計，我學到了許多的東西，這些東西不單單是一些知識和經驗，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，認識到知識的重要性，體會出只有不斷的充實自己，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。感謝費凌老師對我設計論文不厭其煩的精心修改、費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