【文章內(nèi)容簡介】 源模塊選定與論證 方案一：工頻電源 此電源供電效率較高，轉換率在 80%左右，原理是利用變壓器將 220V 用戶交流電壓降壓，經(jīng)過整流橋整流變?yōu)橹绷麟?，再電容濾波和 L7805 穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，最后輸出直流 5V 電壓，供單片機系統(tǒng)工作。該方案電氣隔離性較好，電路容易，傳統(tǒng)可靠，但是形狀較大，占用空間位置。 5 方案二：阻容電源 該電源方式適用一些工作電流小的場合，如：液晶顯示。原理是利用電阻電容將 220V 交流用電降為低壓，然后再二極管整流，電容濾波，最終輸出直流 5V 電壓。電阻降壓的方法容許輸入的電壓動態(tài)范疇寬廣，不好的地方就是電氣無隔離，不能隔離外部干擾，電能轉換率比較低。電容降壓的方式，電能轉換效率較高，但是危險性較高 ，如果電壓突然變得過大，電容很容易被擊穿，如果被擊穿將會發(fā)生很可怕的后果。 方案三：開關電源 開關電源種類很多，用途也比較普遍。它主要是運用電力電子技術，控制晶閘管和晶體管的導通、截止的時間的長短，輸出穩(wěn)定不變的電壓。此方式效率高，在75%左右、輸入電壓范圍寬、體積很小、高頻率、抗干擾、低噪音，但是很難做到很高的可靠性，故障點多，不易維修，成本較高。 方案四：蓄電池電源 該方式簡單可靠，在家庭停電的情況下也可工作，電池沒電了可以充電繼續(xù)使用，節(jié)能環(huán)保，無電時方便替換，成本低廉。 綜上所述：為了家用電斷電 之后，系統(tǒng)還能繼續(xù)工作，綜合考慮選擇方案一和方案四。 按鍵設置的選定與論證 方案一：獨立按鍵 采用獨立按鍵對系統(tǒng)參數(shù)設置，該方案控制簡單、編程方式容易、占用 I/O 端口多、浪費資源，適用于所需按鍵較少的場合。 方案二：矩陣鍵盤 采用矩陣按鍵對系統(tǒng)參數(shù)設置，原理是利用對端口掃面的原理，判斷哪個按鍵是否按下。逐行掃面思路簡單，但是程序復雜，反轉掃描程序簡單，思路巧妙。該方案電路設計復雜，電路不容易布線，具有較高的 I/O 端口利用率，軟件編程也較為復雜。適用于需使用大量按鍵的工作場合。 方案三：紅外遙控器 采用萬能遙控器對進行系統(tǒng)的設置。該遙控器成本低，按鍵多，抗干擾能力強， 6 容易解碼，自己就可以學習它，然后自己用它去遙控控制更多家用電器，它可實現(xiàn)10 米內(nèi)近距離遙控控制，既省時，又方便。電路簡單，只需用一個紅外接收頭連接單片機的 管腳，當在一定范圍將按下紅外遙控器按鈕，紅外接收電路就會接收到遙控器發(fā)送的信號，然后對該信號進行解碼實現(xiàn)特定的功能。 綜上所述：選擇方案三作為本設計控制設置按鍵。 系統(tǒng)總體設計框圖 本系統(tǒng)由 STC89C52 單片機作為系統(tǒng)處理器，利用溫度、濕度、煙霧傳感器檢測環(huán)境的 相應數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機處理在液晶屏上顯示出來，由 SIM900A 模塊和蜂鳴器實現(xiàn)遠近距離報警提醒。總體設計框圖如圖 21 所示。 圖 21 系統(tǒng)總體設計框圖 7 3 系統(tǒng)硬件設計 單片機最小系統(tǒng) STC89C52RC 單片機簡介 本系統(tǒng)采用的 STC 系列的 STC89C52 單片機作為系統(tǒng)處理器。該單片機引腳分布如圖 31 所示，內(nèi)部結構如圖 32 所示。它主要具有以下特性： ? 具有 8K 可編程程序存儲空間（ ROM）； ? 內(nèi)置 4K 字節(jié) EEPROM 存儲空間； ? 具有 512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間（ RAM）； ? 具有通用 32 個 I/O 端口， P0、 P P P3 是準雙向口，其中 P0I/O 端口是漏極開路方式輸出，當為總線進行外部電路擴展用時，不需要用電阻拉為高電平，只有當作 I/O 口時，需要在外部接上拉電阻； ? 無需專用仿真器，可以直接使用 USB 串口下載用戶程序； ? 具有看門狗功能； ? 具有 4 個外部中斷，其中斷觸發(fā)方式有兩種，可分為低電平觸發(fā)方式和下降沿觸發(fā)方式； ? 工作電壓范圍在 至 ； 圖 31 STC89C52RC 單片機引腳圖 8 圖 32 STC89C52RC 單片機內(nèi)部結構圖 單片機復位電路 復位電路就是 利用它把單片機系統(tǒng)程序從頭開始運行，把硬件系統(tǒng)變?yōu)槌跏紶顟B(tài)，就如電腦重啟鍵的作用一樣，方便使系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)，重新進行操作。復位電路一般由電容和電阻組合而成，復雜的就需要有三極管等其他元器件配合程序進行了。 復位電路的原理圖如圖 33 所示。當給 VCC 通電時，電解電容 C1 就會充電，在10K 電阻 R1 上就會出現(xiàn)電壓， RST 變?yōu)楦唠娖?，使單片機復位；經(jīng)過幾微妙后， C1電量充滿， 10K 電阻 R1 上的電流就會逐漸下降為零，電壓也變?yōu)榱?，使處理器進入正常工作狀態(tài)。在工作期間，如果按下微動開關 S1，電容 C1 放電， 10K 電 阻上就會出現(xiàn)電壓，使 RST 變?yōu)楦唠娖?，單片機最小系統(tǒng)復位，使系統(tǒng)變?yōu)槌跏紶顟B(tài)。當松開微動開關 S1，電容 C1 又會充電，幾微妙之后，單片機又進入工作狀態(tài)。 9 圖 33 STC89C52RC 單片機復位電路圖 單片機晶振電路 晶振是晶體振蕩器的簡稱，其作用就是給 CPU 供應一個合適的時鐘頻率，使CPU 能夠正常工作起來。單片機的內(nèi)部電路就是由無數(shù)個門電路組成，要想使門電路工作，就需要給門電路一個 CLK 信號作為觸發(fā)信號，過來一個 CLK 信號，門電路就會工作一次。在理論上來說，給的 CLK 信號頻率越快，單片機的 工作性能就越好，運行速度就越快。但是單片機運行速度的快慢，不僅和處理器的運算速度有關，也和存儲器的速度，外設電路速度都有很大關系。 本設計的單片機晶振電路如圖 34。由晶振 Y非極性電容 C非極性電容 C3構成晶振電路， Y1 是 晶振， C2 和 C3 為 30PF 負載電容，其作用就是為了加快真振蕩電路的起振，減小頻率的溫漂。 圖 34 STC89C52RC 單片機晶振電路圖 10 液晶顯示器 12864 LCD12864 液晶顯示器簡介 12864 液晶是 128*64 點陣液晶模塊的一種統(tǒng) 稱，就是由 128*64 個點組成。該液晶點陣屏模塊價格較低，顯示清晰可觀，適合用于各種電子裝置的顯示。液晶模塊引腳說明如表格 31。它主要具有以下基本特性： ? 工作電壓： ~5V ? 工作溫度范圍： 20~70? C ? 背光驅(qū)動電流： 60mA ? 支持并口和串口通訊 ? 背光藍屏、帶中文字庫 ? 視角： 6 點鐘方向 ? 點陣格式： 128*64 表格 31 液晶模塊引腳說明 11 液晶顯示電路 在本設計中為了節(jié)省單片機 I/O 口，選擇了 3 位串行通訊方式實現(xiàn)驅(qū)動液晶工作，就是把液晶的 RS、 RW、 EN 三個端口連接到單片機 I/O 端口，通過控制這三個端口實現(xiàn)控制液晶驅(qū)動。 12864 液晶顯示模塊內(nèi)部自帶背光限流電阻， 19 號引腳背光源正極可以直接連接直流 5V 電源。 LCD 驅(qū)動電壓輸入端接一個 10K 電位器 R2，來調(diào)節(jié)對比度。與單片機連接電路如圖 35 所示。 圖 35 液晶顯示連接圖 溫度 傳感器 DS18B20 溫度傳感器簡介 該傳感器出自于 DALLAS 廠家， DS18B20 溫度傳感器的引腳說明如表格 32。它具有以下主要特征： ? 具有獨特的通訊方式，利用單線接口，只需一 個引腳與單片機相連接通訊即可 ? 供電電壓范圍為 至 ? 測量溫度范圍為 55 至 +125 攝氏度 ? 測量精確度在177。 攝氏度 ? 無需其他外部輔助元器件 12 ? 常用于工業(yè)溫度控制、冷凍庫、電力機房、倉庫等場所 表格 32 溫度傳感器引腳說明 DS18B20 檢測電路 DS18B20 數(shù)字傳感器有兩種供電方式：一種是使用外部電源 VDD，一種是使用內(nèi)部的寄生電源。當 VDD 引腳連接 5V 電壓時是使用外部電壓供電；當 VDD 引腳接地時使用的是內(nèi)部的寄生電源。在此設計中采用的是外部供電方式，無論選擇哪種供電方式都 要在 I/O 引腳連接一個 10K 的上拉電阻，把 I/O 端口上拉為高電平。與單片機連接圖如圖 36。 圖 36 溫度傳感器連接圖 13 濕度 傳感器 DHT11 濕度傳感器簡介 DHT11 是一種溫度與濕度集成在一起的數(shù)字化傳感器，由奧松有限公司制造生產(chǎn)。該傳感器內(nèi)部有一個測量溫度元件和一個測量濕度元件組成。溫濕度傳感器詳細引腳說明如表格 39 所示。 它主要具有以下特性： ? 正常工作電壓范圍： ~ ? 正常工作電流： ? 濕度測量范圍： 20~90%RH ? 溫度測量范圍： 0~50℃ ? 具有長期的 穩(wěn)定性 ? 無需其他元器件做外圍電路 ? 輸