【正文】 片機(jī)為核心，采用集成溫度傳感器和鉑電阻兩種方案來實(shí)現(xiàn)測溫功能，采用熱釋電紅外傳感器和超聲波傳感器兩種方案來實(shí)現(xiàn)人體檢測功能，采用 nRF401 芯片完成無線收發(fā)功能，采用 DS1302 芯片來實(shí)現(xiàn)日歷時(shí)鐘功能等。 市場上各種各樣的電器產(chǎn)品越來越多， 家電的種類繁 多在帶給人們方便的同時(shí)也帶來了安全隱患。但是現(xiàn)在的用電設(shè)備上的控制器不能夠時(shí)時(shí)監(jiān)控用電設(shè)備運(yùn)行情況，不能根據(jù)用電設(shè)備周圍環(huán)境中有無人員來控制設(shè)備是否運(yùn)行，不能夠反映出用電情況，起不到節(jié)能、環(huán)保的作用，而且現(xiàn)在的用電控制器不 能為用戶提供用電情況。開發(fā)智能用電相關(guān)產(chǎn)品不僅能夠滿足人們生活的需要，對整個(gè)社會(huì)信息化進(jìn)程的推動(dòng)作用也不可忽略?？偨Y(jié)起來，主要發(fā)展趨勢為智能用電管理器向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、低功耗節(jié)能型方向發(fā)展。 現(xiàn)在電能越來越緊張，社會(huì)各界都越來越重視安全用電與節(jié)約用電，家電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也越來越重視環(huán)保節(jié)能。智能用電管理器可以幫助解決用電浪費(fèi)、用電安全等問題。從圖中可看出，該電路的主要組成包括檢測電路（電壓檢測、電流檢測）、控制電路、溫度檢測電路、人體檢測電路、無 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ２ 線收發(fā)模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、日歷時(shí)鐘電路、 A/D 及 D/A 轉(zhuǎn)換電路、鍵盤電路、顯示電路、報(bào)警與保護(hù)電路及輔助電源等。由于檢 測 電 路 控 制 電 路 A/D 單 片 機(jī) 調(diào)理電路 溫度傳感器 D/A 人體檢測傳感器 無線收 /發(fā)模塊 顯 示 鍵 盤 日歷時(shí) 鐘電路 A/D 調(diào)理電路 A/D 220V輸入 220V 輸出 系統(tǒng)輔 助電源 報(bào)警和保 護(hù)電路 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ３ Intel公司在嵌入式應(yīng)用方面將重點(diǎn)放在 18 38奔騰等與 PC 類兼容的高檔芯片的開發(fā)上，隨后 Intel公司將 80C51 內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出讓給世界許多著名 IC 制造廠商，如 Philips 、 NEC、 ATMEL、 AMD、 Dallas、 siemens、 FUJUTSU、 OKI、華邦、 LG 等。 MOTOROLA 是世界上最大的單片機(jī)廠商，品種全、選擇余地大、新產(chǎn)品多是其特點(diǎn)。 32 位單片機(jī)的 683XX 系列也有幾十個(gè)品種。 MSP430 系列單片機(jī)是美國德州儀器 (TI)1996 年開始推向市場的一種 16 位超低功耗的混合信號(hào)處理器 (Mixed Signal Processor)。其指令是采用的 被稱為 “ CISC ”的復(fù)雜指令集， 總 共具有 111 條指令。正常情況下消耗的電流為 24mA，在待機(jī)狀態(tài)下，其耗電電流仍為 3mA；即使在掉電方式下，電源電壓可以下降到 2V，但是為了保存內(nèi)部 RAM 中的數(shù)據(jù)，還需要 提供約 50uA 的電流。而 MSP430 系列其基本架構(gòu)是 16 位的，同時(shí)在其內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線經(jīng)過轉(zhuǎn)換還存在 8 位的總線，在加上本身就是混合型的結(jié)構(gòu)，因而對它這樣的開放型的架構(gòu)來說 ，無論擴(kuò)展 8 位的功能模塊，還是 16 位的功能模塊，即使擴(kuò)展模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù) / 模 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ４ 轉(zhuǎn)換這類的功能模塊也是很方便的。但是如何實(shí)現(xiàn)在線編程還是一個(gè)很大的問題。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流會(huì)在 200~400uA 左右，時(shí)鐘關(guān)斷模式的最低功耗只有 。由系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。在等待方式下，耗電為 ，在節(jié)電方式下，最低可達(dá) 。16 位的數(shù)據(jù)寬度、 125ns 的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。然后軟件可設(shè)置適當(dāng)?shù)募拇嫫鞯目刂莆粊泶_定最后的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。其中，看門狗可以使程序失控時(shí)迅速復(fù)位；模擬比較器進(jìn)行模擬電壓的比較，配合定時(shí)器，可設(shè)計(jì)出 A/D 轉(zhuǎn)換器； 16 位定時(shí)器（ Timer A 和 Timer B ）具有捕獲 /比較功能，大量的捕獲 /比較寄存 器，可用于事件計(jì)數(shù)、時(shí)序發(fā)生、 PWM 等；有的器件 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ５ 更具有可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問串行通信接口可方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信等應(yīng)用；具有較多的 I/O 端口，最多達(dá) 6*8 條 I/O 口線； P0、 P P2 端口能夠接收外部上升沿或下降沿的中斷輸入； 12/14 位硬件 A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達(dá) 200kbps ，能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動(dòng)液晶多達(dá) 160 段；實(shí)現(xiàn)兩路的 12 位 D/A 轉(zhuǎn)換；硬件 IIC 串行總線接口實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器串行擴(kuò)展；以及為了增加數(shù)據(jù)傳輸速度，而采用直接數(shù)據(jù)傳輸（ DMA）模塊。這種方式只需要一臺(tái) PC 機(jī)和一個(gè) JTAG 調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。 基于以上的比較和 MSP430 單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn) ，我選擇 MSP430 單片機(jī)作為本課題的 控制 處理器。 電流檢測電路 ： 模擬量的數(shù)據(jù)采集一般分為直流采樣和交流采樣兩種方法。 控制電路 ：控制電路包括 自動(dòng)控制 、 報(bào)警控制 、 開關(guān)電路 、 燈光控制 、 定時(shí)控制 、 溫控電路 、 繼電器控制 、 晶閘管控制 、 電機(jī)控制 等。它具有結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，測量范圍廣，精度高，慣性小和輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳 等許多優(yōu)點(diǎn)。雖然 傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感元件，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號(hào)處理電路，而且熱敏電阻的可靠性相對較差，測量溫度的準(zhǔn)確度低，檢測系統(tǒng)的精度差。 攝氏度，檢測溫度范圍為 55℃ ～+125℃ ，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量。符合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，所以此傳感器比較可行。但是，由于 AD590 采集到的信號(hào)是電流信號(hào)，在將數(shù)據(jù)傳給 A/D 前還要先把電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，因此，用 AD590 來檢測、采集溫度的電路比較復(fù)雜。 銅熱電阻主要應(yīng)用于測量 50～ 150℃ 范圍內(nèi)的場合。因精度不高且檢測溫度較低，所以不采用。但其在還原性介質(zhì)中，特別是高溫易從氧化物中還原出來的氣體所污染，改變它的電阻與溫度關(guān)系，此外其電阻溫度系數(shù)小，價(jià)格較高。可以考慮采用上面的電路。這個(gè)使用通過 IOA IOAIOA IOA7 依次選通，選擇最接近參考值的電壓作為判斷電壓。 方案二采用 熱釋電紅外 檢測電路 熱 釋電紅外 開關(guān) 電路在生活中應(yīng)用很廣，是實(shí)用的。 此電路具有以下特點(diǎn)： 低功耗、靜態(tài) 功耗（ 50uA）；寬電壓范圍（ DC ）；可重復(fù) /不可重復(fù)觸發(fā)方式選擇；使用簡單、電源 + 信號(hào)輸出；感應(yīng)距離遠(yuǎn)，約 7米；感應(yīng)角度為 110176。超聲波是一種波動(dòng)形式，它可以作為探測與負(fù)載信息的 載體或媒介；超聲波同時(shí)又是一種能量形式，當(dāng)其強(qiáng)度超過一定值時(shí)，它就可以通過與傳播超聲波的媒質(zhì)的相互作用，去影響，改變以致破壞后者的狀態(tài)，性質(zhì)及結(jié)構(gòu)。 無線收發(fā)模塊的方案設(shè)計(jì) 伴 隨著短距離、低功率無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟， 無線 數(shù)據(jù)傳輸 被越來越多地應(yīng)用到新的領(lǐng)域。 方案一 采用 nRF401 無線收發(fā)芯片 nRF401是 Nordic公司研制的單片 uHF無線收發(fā)芯片，工作在 433MHZISM(Industrial Scientific and Medica1)頻段。由于采用了晶體振蕩和 PLL合成技木，頻率穩(wěn)定性極好；采用 FSK調(diào)制和解調(diào)，抗干擾能力強(qiáng)。 工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元件少， 并可直接接單片機(jī)串 El， 便于設(shè)計(jì)生產(chǎn)，功耗極低，適合于便攜式手持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，由于采用了低發(fā)射功率，高接受靈敏度的設(shè)計(jì)，滿足無線管制要求，無需使用許可證，是目前低功率無線數(shù)傳的理想選擇。 CC1000采用鎖相環(huán)技術(shù)，發(fā)射頻率是通過內(nèi)部的頻率合成器來配置的，可配置的范圍為300～ l000MHz，適合應(yīng)用跳頻協(xié)議，一般可配出 10或 20個(gè)頻點(diǎn)，該芯片靈敏度為一 109dBm，并可自動(dòng)校準(zhǔn)，可編程輸出功率為一 2 0dBm ～ +10dBm，通信速率可達(dá) 78． 6Kbps。 其他電路的方案設(shè)計(jì) 日歷時(shí)鐘電路： 采用 DS1302 實(shí)時(shí)日歷芯片， 它是美國 DALLAS 公司推出的一款高性能、低功耗、帶內(nèi)部 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片（ RTC），也就是一種能夠?yàn)閱纹瑱C(jī)系統(tǒng)提供日期和時(shí)間 的芯片。 報(bào)警電路：報(bào)警電路大體分為聲報(bào)警、光報(bào)警和聲光報(bào)警三種。因?yàn)樾枰@示漢字、數(shù)字、字母等 。 考慮到此電路具有的功能多，且操作繁多，經(jīng)計(jì)算采用 4*4 行列式 鍵盤。內(nèi)部集成有 1個(gè)硬件乘法器、 1個(gè)精確的模擬比較器、 2個(gè)具有捕捉 /比較寄存器的定時(shí)器、 8路 12位 A/ D轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)看門狗定時(shí)器、 2個(gè)串行通信接口以及 48個(gè) I/ O引腳 , 每個(gè) I/ O口分別對應(yīng)輸入、輸出、功能選擇、中斷等多個(gè)寄存器，功能口和通用 I/O口可復(fù)用，增強(qiáng)了端口功能和靈活性 , 提高了對外圍設(shè)備的開發(fā)能力。時(shí)鐘模塊為 MCU提供時(shí)鐘源， JTAG接口用于單片機(jī)程序調(diào)試和仿真 ； 串口 0 (USART0)通過 MAX232模塊進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換連接到 PC用于調(diào)試嵌入式軟件；電源模塊為 MCU和各外圍模塊提供電源。電源通過 AMS1117 – DC DC電壓轉(zhuǎn)換。在這里采用簡單的由電阻、電容、二極管構(gòu)成的 RC復(fù)位電路。當(dāng)用戶按下按鈕 S1時(shí) ， C1兩端的電荷被瀉放掉 ， RST端輸出為低電平 ， 系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài) ， 再重復(fù)以上的充電過程 , 系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 低速晶體振蕩器 (LFXT1)滿足了低功耗及使用 。在系統(tǒng)中 XT2采用 4MHz的晶體， XT2外接 2個(gè) 12p F的電容經(jīng)過 XT2IN和XT2OUT連接到 MCU。 具有 JTAG 接口的芯片 , 相關(guān) JTAG 引腳的定義為 : TCK 為測試時(shí)鐘輸入 。 RST 為測試復(fù)位 , 輸入引腳 , 低電平有效。 如外圍電路功率比較小時(shí) , 使用JTAG 提供的內(nèi)部電源即可。 將電流 I 進(jìn)行濾波處理，濾除噪聲干擾其中濾波電阻電容的 選擇應(yīng)該滿足時(shí)間常數(shù)小于 1ms 的要求，因此可選 R2 為 100 千歐， C11 為 220pF。 圖 3 電流檢測電路 電壓檢測電路 電壓轉(zhuǎn)換電路通過霍爾電壓 傳感器 CHV50P 實(shí)現(xiàn)。因此電阻 R9 選擇阻值為 KΩ 功率為 5W 的大功率電阻。交流電壓采樣電路采樣電壓范T1B Y Q~ 22 0 VK12 4V J D Q321411U 5 AT L 0 8 4R21 00 kR36 .2 kR41 5kR51 0kR61 0kR71 0kR851C 1 12 20 uC 1 25 1pD2 D3 321411U 6 AT L 0 8 4+3V+ 3V+12v+12v12v12VP 6. 1~ 22 0 VU 1 0D T 5 0PR 1 65 00 1 2 V + 12 VI霍爾傳感器 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） １３ 圍 5V~+5V，則 R11= U/ In2 =5V/50mA=100 ?。在 A/D 入口端采用二極管鉗位，防止 A/D 輸入電壓越界。第三部分是射極跟隨器。當(dāng)圖中三極管 Q1 接收到 口的信號(hào)后， 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，流經(jīng)繼電器線圈的電 流將迅速減小，這時(shí)線圈會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢與電源電壓疊加后加在 Q1 的 c、 e 兩極間，會(huì)使晶體管擊穿，并聯(lián)上二極管后，即可將線圈的自感電動(dòng)勢鉗位于二極管的正向?qū)妷海酥倒韫芗s ，鍺管約 ，從而避免擊穿晶體管等驅(qū)動(dòng)元器件。其中 +3V 主要是為單片機(jī)最小系統(tǒng)供電， 12V 和 5V 主要是為各種芯片供電。 圖 6 輔助電源電路 數(shù)據(jù)處理部分 交流電壓、電流有效值的計(jì)算分析：對電流其計(jì)算公式為： 其中 T 為信號(hào)周期，電壓同理。并且多個(gè) DS1820 可以并接到多個(gè)地址線上與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。高溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)對溫度很敏感的振蕩器，為計(jì)數(shù)器 2 提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。 1/2LSB，即 ℃。 DS1B820 內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)；同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)。 DS18B20 通過一種片上溫度測量技術(shù)來測量溫度。在寄生電源模式時(shí)給設(shè)備提供電源。 DS18B20 利用單總線控制協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了利用 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） １７ 單線控制信號(hào)在總線上進(jìn)行通信。 DS18B20 在沒有外部電源下具有操作能