【文章內(nèi)容簡介】 單一， RAM、 ROM 空間小等缺點。若采用 89C51需要做 RAM， ROM 來擴(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 單片機作為主控芯片，其簡便易學(xué)、費用低廉、低耗、保密、I/O 口功能強，且 AVR 單片機是高速 嵌入式單片機 ，其內(nèi)部集成了 AD 轉(zhuǎn)換電路，以 及功能強大的 定時器 /計數(shù)器、通訊接口。 綜上考慮，選用 ATmega16 單片機為 CPU 最為合適，且 ATmega16 單片機具有 16K的 flash， 512 字節(jié)的 EEPROM，滿足我們設(shè)計的需求。 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計 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 及單時鐘周期指令執(zhí)行時間 ，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 個通用 I / O 端口， 32 個通用寄存器，邊界掃描的 JTAG 接口 [6]，支持片上調(diào)試和編程，三個具有更靈活方式的定時器 /計數(shù)器（ T / C），內(nèi)部 /外部中斷，可編程異步串行通訊，一個通用串行連接， 8 路 10bit 可選的 ADC，一個串行端口和 省電模式，模式可以通過單片機內(nèi)部的寄存器進(jìn)行設(shè)置選擇。 當(dāng)單片機處于空閑方式時， CPU 不再運行，但 USART、 SRAM、 T / C、 SPI 端口、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器和中斷繼續(xù)正常工作；當(dāng)單片機處于掉電模式時，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行； 智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計 6 當(dāng)單片機處于省電模式時，異步定時器正常運行，且允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，但其他功能將停止運行；當(dāng)單片機處于 ADC 噪聲抑制模式下，只有異步定時器以及 ADC正常運行，其他模塊均休眠，為的是減少在 ADC 轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的開關(guān)噪聲； ATmega16 擁有 C 語言編譯器、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，還會有評估板等相應(yīng)的系統(tǒng)開發(fā)工具 [7]。 圖 2 和圖 3 分別為 ATmega16 實物圖和 ATmega16 引腳圖。 圖 2 ATmega16 實物圖 圖 3 ATmega16 引腳圖 功能設(shè)計 雙模式設(shè)計 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，即安防模式和自動模式。 系統(tǒng)自動控制是指系統(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)果對相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以保持著個舒適的值，為用戶提供一個良好的溫濕度環(huán)境。且設(shè)置了手動控制模式，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，通過外部傳感器實時檢測是否有不法人員進(jìn)入居室，以及是否發(fā)生火災(zāi)，及時通知并報警，達(dá)到安全防火防盜的效果。 溫度控制 通過溫度傳感器（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，通過與預(yù)設(shè)值的對比，決定空調(diào)的開關(guān)，使室溫保持在一個恒 定的范圍。同時為了方便控制，控制中心會將采集到的溫度值發(fā)送到液晶屏上顯示出來。 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 通過光敏傳感器（如圖 5）采集當(dāng)前光線的值，通過與預(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)，從而決定是開燈還是關(guān)燈，是開窗簾還是關(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、延時開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“嘶”聲，即可方便及時地打開和關(guān)閉聲控照明裝置，并有防誤觸發(fā)而具有的自動延時關(guān)閉功能，并設(shè)有手動開關(guān)，使其應(yīng)用更加方便。聲控?zé)粲稍捦?、音頻放大器、選頻電路、倍壓整流電路、鑒幅電路、恒壓源電路、延時開啟電路、可控延時開關(guān)電路、可控硅電路組成。 本次設(shè)計通過聲音傳感器（如圖 6）檢測當(dāng)前是否有語音命令，來控制窗簾、臺燈、音響的開關(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 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轉(zhuǎn)換為電信號，電路設(shè)計時可以在背后設(shè)計專智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計 8 用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時通過設(shè)置在廚房、臥室、書房等的煙霧傳感器，實時監(jiān)視各個房間的狀況，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、短信等報警信號，通知家人及相關(guān)部門及時撲滅火災(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)計通過火焰?zhèn)鞲衅鳎ㄈ鐖D 7）檢測室內(nèi)是否 有異常明火，若檢測到有異常明火，則通過蜂鳴器報警且控制噴射閥工作。 防盜設(shè)計 一般家居防盜設(shè)計包含；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，房子的窗戶，窗戶上的玻璃等外部環(huán)境上安裝一些傳感器來檢測環(huán)境的變化，達(dá)到保護(hù)家居安全的作用，例如玻璃破碎探測器；住宅區(qū)的保護(hù)是指在主通道、臥室、書房、浴室安裝一檢測各種環(huán)境信息的傳感器 [11]，來保護(hù)室內(nèi)的安全，諸如紅外探測器、溫度傳感器、煙霧傳感器、震動傳感器等，都可以幫助居室主人更好的管理家居。 本次設(shè)計通過人體紅外傳感 器（如圖 8）檢測主人外出后，室內(nèi)是在否有人進(jìn)入，以及聲音傳感器，保險柜的震動傳感器（如圖 9），都可以達(dá)到防盜檢測。若檢測到有異常人員進(jìn)入，則會通過蜂鳴器報警。 圖 8 人體紅外感應(yīng) 圖 9 震動傳感器 功能設(shè)計小結(jié) 通過傳感器采集當(dāng)前環(huán)境中各種信息，送到采集模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，處理芯片對其進(jìn)行分析處理。同時為了方便控制，控制芯片會將采集到的一些數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶屏上顯示出來。 總的 來說，各類傳感器起著感受外界環(huán)境變化的作用，對整個系統(tǒng)的運行至關(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 各類傳感器功能 電源模塊設(shè)計 1)5V 開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路 由于本控制系統(tǒng)單 元電路較多對且對 5V 電源的要求比較高。在本次畢業(yè)設(shè)計中 ,我們選用了穩(wěn)壓芯片 LM2576 完成 12V 向 5V的轉(zhuǎn)變 ,并讓其對 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)壓芯片實現(xiàn)開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換還要用到大功率的電感 (100uH)以及電容 ,這些是高儲能能力所必備的 ,從而滿足單元電路的供電需求。 LM2576 為 開關(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)計還涉及到傳感器信號采集與信號放大，其中放大器等部分需要用到177。12V 電源，因此根據(jù)設(shè)計要求增加了 7812/7912 三端穩(wěn)壓 IC 提供的177。 12V 電源，由 22