【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 單一， RAM、 ROM 空間小等缺點(diǎn)。若采用 89C51需要做 RAM， ROM 來(lái)擴(kuò)展其內(nèi)存空間，其硬件工作量必然大大增多。 方案二：采用 AVR 單片機(jī)作為主控芯片，其簡(jiǎn)便易學(xué)、費(fèi)用低廉、低耗、保密、I/O 口功能強(qiáng)，且 AVR 單片機(jī)是高速 嵌入式單片機(jī) ，其內(nèi)部集成了 AD 轉(zhuǎn)換電路，以 及功能強(qiáng)大的 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、通訊接口。 綜上考慮，選用 ATmega16 單片機(jī)為 CPU 最為合適，且 ATmega16 單片機(jī)具有 16K的 flash， 512 字節(jié)的 EEPROM，滿(mǎn)足我們?cè)O(shè)計(jì)的需求。 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主控芯片 ATmega16 ATmega16 是基于 8 位 CMOS 微控制器，低功耗 AVR RISC 結(jié)構(gòu)。得益于 其先進(jìn)的指令集 及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間 ，使 ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐量可達(dá) 1MIPS/MHz，故可緩解系統(tǒng)在功耗和處理速度之間矛盾 [5]。 ATmega16 具有 16K 字節(jié)可編程閃存， 512 字節(jié)的 EEPROM， 1K 字節(jié)的 SRAM，32 個(gè)通用 I / O 端口， 32 個(gè)通用寄存器，邊界掃描的 JTAG 接口 [6]，支持片上調(diào)試和編程，三個(gè)具有更靈活方式的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ T / C），內(nèi)部 /外部中斷，可編程異步串行通訊，一個(gè)通用串行連接， 8 路 10bit 可選的 ADC，一個(gè)串行端口和 省電模式，模式可以通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的寄存器進(jìn)行設(shè)置選擇。 當(dāng)單片機(jī)處于空閑方式時(shí)， CPU 不再運(yùn)行，但 USART、 SRAM、 T / C、 SPI 端口、兩線(xiàn)接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器和中斷繼續(xù)正常工作；當(dāng)單片機(jī)處于掉電模式時(shí)，晶體振蕩器不再振蕩，但中斷模塊以及復(fù)位系統(tǒng)正常工作，而其他所有功能都不再運(yùn)行； 智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 當(dāng)單片機(jī)處于省電模式時(shí)，異步定時(shí)器正常運(yùn)行，且允許用戶(hù)保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，但其他功能將停止運(yùn)行；當(dāng)單片機(jī)處于 ADC 噪聲抑制模式下，只有異步定時(shí)器以及 ADC正常運(yùn)行，其他模塊均休眠，為的是減少在 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)噪聲； ATmega16 擁有 C 語(yǔ)言編譯器、宏匯編程序、程序調(diào)試器 /仿真器以及仿真器等一系列的編程工具，還會(huì)有評(píng)估板等相應(yīng)的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具 [7]。 圖 2 和圖 3 分別為 ATmega16 實(shí)物圖和 ATmega16 引腳圖。 圖 2 ATmega16 實(shí)物圖 圖 3 ATmega16 引腳圖 功能設(shè)計(jì) 雙模式設(shè)計(jì) 為了適應(yīng)人們高質(zhì)量，便捷的生活需求，本系統(tǒng)采用兩種模式控制，即安防模式和自動(dòng)模式。 系統(tǒng)自動(dòng)控制是指系統(tǒng)的核心部分可以根據(jù)外部傳感器所采集的環(huán)境信息（如溫度，光 照等）與用戶(hù)設(shè)定的可以使人可以較為舒適的之作比較 [8]，然后根據(jù)比較結(jié)果對(duì)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以保持著個(gè)舒適的值，為用戶(hù)提供一個(gè)良好的溫濕度環(huán)境。且設(shè)置了手動(dòng)控制模式，人為的調(diào)節(jié)環(huán)境變化。 而安防模式是指在主人外出或?qū)揖釉O(shè)置了防盜防火，通過(guò)外部傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)是否有不法人員進(jìn)入居室，以及是否發(fā)生火災(zāi)，及時(shí)通知并報(bào)警，達(dá)到安全防火防盜的效果。 溫度控制 通過(guò)溫度傳感器（如圖 4）采集當(dāng)前的溫度信息，送到采集模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由控制中心進(jìn)行分析，通過(guò)與預(yù)設(shè)值的對(duì)比，決定空調(diào)的開(kāi)關(guān)，使室溫保持在一個(gè)恒 定的范圍。同時(shí)為了方便控制，控制中心會(huì)將采集到的溫度值發(fā)送到液晶屏上顯示出來(lái)。 淮南師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 7 圖 4 溫度傳感器 DS18B20 圖 5 光敏傳感器 燈光 控制 通過(guò)光敏傳感器（如圖 5）采集當(dāng)前光線(xiàn)的值，通過(guò)與預(yù)設(shè)白天夜晚的值相比，讓控制中心知道當(dāng)前的環(huán)境狀態(tài)，從而決定是開(kāi)燈還是關(guān)燈，是開(kāi)窗簾還是關(guān)窗簾。 聲音控制 聲控?zé)羰且环N聲控電子照明裝置，由音頻放大器、選頻電路、延時(shí)開(kāi)啟電路和可控硅電路組成。它提供了一種控制靈敏的聲控?zé)?[9]，它采用人嘴發(fā)出約 1 秒的控制信號(hào)“嘶”聲，即可方便及時(shí)地打開(kāi)和關(guān)閉聲控照明裝置，并有防誤觸發(fā)而具有的自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉功能，并設(shè)有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，使其應(yīng)用更加方便。聲控?zé)粲稍?huà)筒、音頻放大器、選頻電路、倍壓整流電路、鑒幅電路、恒壓源電路、延時(shí)開(kāi)啟電路、可控延時(shí)開(kāi)關(guān)電路、可控硅電路組成。 本次設(shè)計(jì)通過(guò)聲音傳感器（如圖 6）檢測(cè)當(dāng)前是否有語(yǔ)音命令，來(lái)控制窗簾、臺(tái)燈、音響的開(kāi)關(guān)等，從而達(dá)到聲控的效果。 圖 6 聲音傳感器 圖 7 火焰?zhèn)鞲?器 防火設(shè)計(jì) 火災(zāi)煙霧傳感器是一種在消防管理、安全防范系統(tǒng)中常用的報(bào)警器材，它工作可靠、體積小巧，火災(zāi)煙霧傳感器是把煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電路設(shè)計(jì)時(shí)可以在背后設(shè)計(jì)專(zhuān)智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時(shí)通過(guò)設(shè)置在廚房、臥室、書(shū)房等的煙霧傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)視各個(gè)房間的狀況，以防火災(zāi)的發(fā)生。若有火災(zāi)發(fā)生，則控制器發(fā)出聲光、短信等報(bào)警信號(hào)，通知家人及相關(guān)部門(mén)及時(shí)撲滅火災(zāi)，保證家居的安全。除此之外，我們還能根據(jù)有人在家與否，調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度 [10]。 本次設(shè)計(jì)通過(guò)火焰?zhèn)鞲衅鳎ㄈ鐖D 7）檢測(cè)室內(nèi)是否 有異常明火，若檢測(cè)到有異常明火，則通過(guò)蜂鳴器報(bào)警且控制噴射閥工作。 防盜設(shè)計(jì) 一般家居防盜設(shè)計(jì)包含；兩部分區(qū)域的防護(hù)，住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。住宅周界防護(hù)是指在住宅門(mén)，房子的窗戶(hù)，窗戶(hù)上的玻璃等外部環(huán)境上安裝一些傳感器來(lái)檢測(cè)環(huán)境的變化，達(dá)到保護(hù)家居安全的作用，例如玻璃破碎探測(cè)器；住宅區(qū)的保護(hù)是指在主通道、臥室、書(shū)房、浴室安裝一檢測(cè)各種環(huán)境信息的傳感器 [11]，來(lái)保護(hù)室內(nèi)的安全，諸如紅外探測(cè)器、溫度傳感器、煙霧傳感器、震動(dòng)傳感器等，都可以幫助居室主人更好的管理家居。 本次設(shè)計(jì)通過(guò)人體紅外傳感 器（如圖 8）檢測(cè)主人外出后，室內(nèi)是在否有人進(jìn)入，以及聲音傳感器，保險(xiǎn)柜的震動(dòng)傳感器（如圖 9），都可以達(dá)到防盜檢測(cè)。若檢測(cè)到有異常人員進(jìn)入，則會(huì)通過(guò)蜂鳴器報(bào)警。 圖 8 人體紅外感應(yīng) 圖 9 震動(dòng)傳感器 功能設(shè)計(jì)小結(jié) 通過(guò)傳感器采集當(dāng)前環(huán)境中各種信息，送到采集模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，處理芯片對(duì)其進(jìn)行分析處理。同時(shí)為了方便控制，控制芯片會(huì)將采集到的一些數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶屏上顯示出來(lái)。 總的 來(lái)說(shuō)，各類(lèi)傳感器起著感受外界環(huán)境變化的作用，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行至關(guān)重要，具體功能如下表： 淮南師范學(xué)院 2020屆本科畢業(yè)論文 9 表 1 各類(lèi)傳感器功能 電源模塊設(shè)計(jì) 1)5V 開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器電路 由于本控制系統(tǒng)單 元電路較多對(duì)且對(duì) 5V 電源的要求比較高。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中 ,我們選用了穩(wěn)壓芯片 LM2576 完成 12V 向 5V的轉(zhuǎn)變 ,并讓其對(duì) ATmega16 控制核心和其他 5V 單元的供電。我們需要注意 ,使用 LM2576 穩(wěn)壓芯片實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的轉(zhuǎn)換還要用到大功率的電感 (100uH)以及電容 ,這些是高儲(chǔ)能能力所必備的 ,從而滿(mǎn)足單元電路的供電需求。 LM2576 為 開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器。如下圖所示： T1D5IN 5 8 2 2L1C42 2 0 0 U FC24 7 0 0 U FC31 0 4C11 0 41234D 1 D 4B R ID G E 1L M 2 5 7 6 5 .0~ 2 2 0 V~ 2 2 0 V+ 5 . 0 VGND 圖 10 5V開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器電路 2)其他電源穩(wěn)壓器電路 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還涉及到傳感器信號(hào)采集與信號(hào)放大，其中放大器等部分需要用到177。12V 電源，因此根據(jù)設(shè)計(jì)要求增加了 7812/7912 三端穩(wěn)壓 IC 提供的177。 12V 電源，由 22