【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、在磁場(chǎng)中因受力而轉(zhuǎn)動(dòng)，就帶動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由直流電動(dòng)機(jī)的工作原理可以看出，直流電動(dòng)機(jī)則是由直流電源供電，輸入的是電能，輸出的是機(jī)械能。 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298簡(jiǎn)介L(zhǎng)298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流為2A；額定功率25W。內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相步進(jìn)電機(jī)或四相步進(jìn)電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。 L298引腳圖 直流電機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的直流電機(jī)工作電壓為5V，結(jié)合直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的工作原理。此驅(qū)動(dòng)模塊不僅能夠驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，也能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，并且可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)電壓可以在5~12V之間隨意變化，當(dāng)L298的選通端接高電平時(shí)即一端被選通，通過(guò)改變輸入引腳的電平變化可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。該電路設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處在于光耦的接入，它完全實(shí)現(xiàn)了電路前面和后面電路的隔離，使得驅(qū)動(dòng)電壓可以在5~12V隨意變化。 直流電機(jī)硬件電路 通風(fēng)模塊硬件設(shè)計(jì) 溫度傳感器DS18B20概述溫度傳感器是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，型號(hào)有很多，數(shù)字式溫度傳感器常用的有DS18BDS1820等。此設(shè)計(jì)采用的是DS18B20。DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，是世界上第一片支持“ 一線總線”接口的溫度傳感器， 在其內(nèi)部使用了在板(ONBOARD)專利技術(shù)。具有3引腳TO－92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為－55℃～＋125℃，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20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。，主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列中，DQ為數(shù)字信號(hào)輸入／輸出端，GND為電源地，VDD為外接供電電源輸入端。 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。64位ROM的排的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC=X8＋X5＋X4＋1）。ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。DS18B20中的溫度傳感器完成對(duì)溫度的測(cè)量，用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供，℃/LSB形式表達(dá)，其中S為符號(hào)位。例如＋125℃的數(shù)字輸出為07D0H，＋℃的數(shù)字輸出為0191H，－℃的數(shù)字輸出為FF6FH，－55℃的數(shù)字輸出為FC90H。DS18B20主要特性如下：①適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：～，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電；②獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20 在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與的雙向通訊；③DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫；④DS18B20在使用中不需要任何外圍元件， 全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)；⑤溫度范圍55℃+125℃ ，在10～85℃ 時(shí)精度為177?！妫虎蘅删幊痰姆直媛蕿?12位，℃、℃、℃℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫；⑦，位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快；⑧測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“ 一線總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼， 具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力；⑨負(fù)壓特性電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 通風(fēng)模塊硬件電路設(shè)計(jì)通風(fēng)模塊實(shí)現(xiàn)的功能是當(dāng)室內(nèi)的溫度高于設(shè)定值時(shí)從窗戶自動(dòng)打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)，同時(shí)打開(kāi)室內(nèi)的空調(diào)或者風(fēng)扇，加快降溫速度。溫度的測(cè)量是采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，外圍電路如圖所示。當(dāng)DS18B20正在執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換或從高速暫存器EPPROM傳送數(shù)據(jù)時(shí)，這個(gè)電流可能會(huì)引起連接單總線的弱上拉電阻的不可接受的壓降，這需要更大的電流，而此時(shí)Cpp（寄生電源儲(chǔ)能電容）無(wú)法提供。 DS18B20接線圖為了保證DS18B20有充足的供電，當(dāng)進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換或拷貝數(shù)據(jù)到EEPROM操作時(shí)，必須給單總線一個(gè)上拉電阻，一般為10K的上拉電阻，根據(jù)距離遠(yuǎn)近可以適當(dāng)調(diào)節(jié)阻值，距離近時(shí)減小阻值，否則DS18b20將無(wú)法復(fù)位。在外部電源供電方式下， DS18B20工作電源由VDD引腳接人， 不存在電源電流不足的問(wèn)題， 可以保證轉(zhuǎn)換精度， 同時(shí)在總線上理論可以掛接任意多個(gè)DS18B20傳感器， 組成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。注意在外部供電的方式下， DS18B20的GND引腳不能懸空， 否則不能轉(zhuǎn)換溫度， 讀取的溫度總是85℃。DS18B20測(cè)量的溫度送入控制器，控制器相應(yīng)的IO口輸出高低電平，如果用單片機(jī)輸出的高低電平直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，直流電機(jī)是不轉(zhuǎn)動(dòng)的，原因是根據(jù)直流電機(jī)的工作原理，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)需要很大的電流，三極管在此起的是開(kāi)關(guān)作用，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以用一個(gè)端口來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，接線圖如右圖所示。當(dāng)NPN三極管8550，輸入高電平時(shí)，三極管道通，在三極管和電阻之間取出來(lái)的電壓應(yīng)為低電平，當(dāng)基極輸入低電平時(shí)，三極管截止，此點(diǎn)取出來(lái)的電壓則為高電平。這樣就可以控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298工作，使得L298輸入端口接收到高低不同的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。具體的工作過(guò)程如下所述，如果測(cè)量的溫度大于控制器設(shè)定的溫度，控制器相應(yīng)的端口輸出高電平，NPN三極管導(dǎo)通，L298輸入端口為高電平，輸入端口為低電平L298電機(jī)控制芯片因?yàn)閮蓚€(gè)輸入端口接收到了高低電平，所以正傳，窗戶打開(kāi)，同時(shí)LED綠燈點(diǎn)亮，在此LED綠燈代表的是空調(diào)或者是風(fēng)扇的開(kāi)關(guān)。當(dāng)窗戶移動(dòng)到盡頭時(shí)，接觸到窗戶框架安裝的限位開(kāi)關(guān)，此時(shí)L298輸入端口因接地變?yōu)榈碗娖?，電機(jī)停轉(zhuǎn)。同樣的道理，溫度傳感器測(cè)量的溫度低于設(shè)定值時(shí)，控制器相應(yīng)的端口輸出低電平，NPN三極管截止，L298輸入端口為低電平，輸入端口為高電平，芯片的輸入端口因?yàn)榻邮盏搅伺c剛才恰好相反的高低電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)，窗戶關(guān)閉，LED綠燈滅，紅燈亮，表示空調(diào)或者風(fēng)扇關(guān)閉，窗戶關(guān)閉。 防盜報(bào)警模塊硬件設(shè)計(jì)紅外對(duì)管的結(jié)構(gòu)：直徑：3mm，波長(zhǎng)：940nm，工作電壓：，工作電流：20mA，測(cè)量距離：20cm。波段為紅外光，受可見(jiàn)光干擾小。紅外對(duì)管包括紅外發(fā)射及接受，當(dāng)紅外接收管接收到紅外信號(hào)時(shí)，引腳電平將會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)檢測(cè)輸出端電平的變化，從而得知是否有人強(qiáng)行進(jìn)入。（1）紅外發(fā)射電路紅外發(fā)射電路跟普通二極管的接法是一樣的，不同之處在于發(fā)射的紅外光線是肉眼看不到的，這也使得紅外對(duì)管在防盜中能夠做到神不知鬼不覺(jué)的效果。 紅外發(fā)射電路圖（2）紅外接收電路紅外接收電路在靈敏度上來(lái)說(shuō)應(yīng)該做到反應(yīng)迅速，這樣在設(shè)計(jì)該電路的時(shí)候要特別注意在有紅外信號(hào)接收時(shí)紅外輸出端的電平變化。要特別注意的時(shí)紅外接收管必須反接，這樣才能正常工作。在該電路上加了個(gè)電容，主要作用有在沒(méi)有紅外接收的時(shí)候，起到了穩(wěn)定電壓的作用，當(dāng)有紅外信號(hào)接收的時(shí)候，電容正負(fù)極相接，電容迅速放點(diǎn)，使得輸出端從高電平迅速變?yōu)榈碗娖?。另外?0K的電阻是為了保護(hù)單片機(jī)芯片不會(huì)變大電流所燒壞。 紅外接收電路圖 無(wú)線通信模塊電路設(shè)計(jì)nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，～，32引腳QFN封裝(55mm)，工作于433/868/915MHz三個(gè)ISM(工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于650us。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器， ShockBurstTM工作模式，自動(dòng)處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以10dBm的輸出功率發(fā)射時(shí)電流只有11mA，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機(jī)模式，易于實(shí)現(xiàn)節(jié)能。nRF905適用于無(wú)線數(shù)據(jù)通信、無(wú)線報(bào)警及安全系統(tǒng)、無(wú)線開(kāi)鎖、無(wú)線監(jiān)測(cè)、家庭自動(dòng)化和玩具等諸多領(lǐng)域。 nRF905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼/解碼由片內(nèi)硬件完成，無(wú)需用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。 nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關(guān)機(jī)模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、數(shù)據(jù)速率由微控制器配置的SPI接口決定，數(shù)據(jù)在微控制器中低速處理，但在nRF905中高速發(fā)送，因此中間有很長(zhǎng)時(shí)間的空閑，這很有利于節(jié)能。由于nRF905工作于ShockBurstTM模式，因此使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。在ShockBurstTM接收模式下，當(dāng)一個(gè)包含正確地址和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包被接收到后，地址匹配(AM)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(DR)兩引腳通知微控制器。在ShockBurstTM發(fā)送模式，nRF905自動(dòng)產(chǎn)生字頭和CRC校驗(yàn)碼，當(dāng)發(fā)送過(guò)程完成后，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳通知微處理器數(shù)據(jù)發(fā)射完畢。由以上分析可知，nRF905的ShockBurstTM收發(fā)模式有利于節(jié)約存儲(chǔ)器和微控制器資源，同時(shí)也減小了編寫(xiě)程序的時(shí)間。無(wú)線模塊的設(shè)計(jì)中天線的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，對(duì)于一個(gè)無(wú)線模塊而言，良好的天線是能夠準(zhǔn)確接收的關(guān)鍵。 無(wú)線通信模塊電路圖第四章 智能家居監(jiān)控系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主控模塊程序設(shè)計(jì) 主要實(shí)現(xiàn)功能分析在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中，主控模塊是非常重要的，首先要做到無(wú)線收發(fā)的一體化，同時(shí)要實(shí)時(shí)的將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到上位機(jī)界面，然后通過(guò)上位機(jī)顯示接收的數(shù)據(jù)的內(nèi)容。其次在上位機(jī)有具體指令的時(shí)候，通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送至主控單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)判斷及程序控制，通過(guò)無(wú)線nrf905將數(shù)據(jù)發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)控制單片機(jī)。 主控模塊系統(tǒng)流程圖主控模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單片機(jī)的控制及接收現(xiàn)場(chǎng)單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別軟件來(lái)控制家中電器的工作。 主控模塊程序流程圖 現(xiàn)場(chǎng)控制模塊程序設(shè)計(jì) 現(xiàn)場(chǎng)控制模塊功能分析現(xiàn)場(chǎng)控制模塊同樣能實(shí)現(xiàn)無(wú)線nrf905的收發(fā)，這樣能夠保證既能接收主控單片機(jī)發(fā)出的指令并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，同時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送至主控單片機(jī)。在現(xiàn)場(chǎng)控制單片機(jī)中主要實(shí)現(xiàn)以下幾部分的功能：（1）溫度檢測(cè)模塊溫度檢測(cè)通過(guò)DS18B20傳感器檢測(cè)，DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出北側(cè)溫度，并且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。溫度傳感器讀取家中實(shí)時(shí)溫度，經(jīng)無(wú)線nrf905發(fā)送至主控界面顯示。（2）紅外防盜通過(guò)紅外對(duì)管實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)門(mén)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)不在允許范圍時(shí)強(qiáng)行進(jìn)入的時(shí)候就會(huì)發(fā)出報(bào)警，此時(shí)主要是送至單片機(jī)的電平發(fā)生了變化。（3）火焰判斷通過(guò)火焰?zhèn)鞲衅髟囋嚨臋z測(cè)家中是否失火?；鹧?zhèn)鞲衅鲃傞_(kāi)始的時(shí)候的輸出是高電平，當(dāng)有火焰時(shí)將送低電平至單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)判斷即可發(fā)出報(bào)警。（4）空調(diào)控制空調(diào)控制是通過(guò)無(wú)線接收的數(shù)據(jù)來(lái)控制的，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境溫度過(guò)高或者過(guò)低的時(shí)候，可以啟動(dòng)空調(diào)，或者當(dāng)人們想通過(guò)語(yǔ)音來(lái)自動(dòng)啟動(dòng)的時(shí)候。同樣在液晶顯示器上能夠直觀的看到空調(diào)的狀態(tài)。 現(xiàn)場(chǎng)控制模塊程序流程圖現(xiàn)場(chǎng)控制單片機(jī)中主要有液晶顯示模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，溫度檢測(cè)模塊，火焰檢測(cè)模塊以及紅外防盜模塊。圖 家居主控程序流程圖 溫度檢測(cè)及通風(fēng)模塊軟件設(shè)計(jì) DS18B20測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的讀取程序設(shè)計(jì)對(duì)室內(nèi)溫度的檢測(cè)室通過(guò)數(shù)字溫度傳感器DS18B20實(shí)現(xiàn)的，在通風(fēng)模塊硬件電路的設(shè)計(jì)中已經(jīng)對(duì)的硬件電路做了設(shè)計(jì)，現(xiàn)在設(shè)計(jì)DS18B20的軟件部分。(1)光刻ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的， 它可以看作是DS18B20該DS18B20的地址序列碼。64位光刻的ROM排列是:開(kāi)始8位(24H)是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)， 接著的48位是該DS18B20自身的序列號(hào)， 最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一個(gè)DS18B20都各不相同， 這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè)DS18B20的目的。(2)DS18B20中的溫度傳感器可完成對(duì)溫度的測(cè)量， 以12位轉(zhuǎn)化為例用16位符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼讀數(shù)形式提供， ℃/LSB腸形式表達(dá)， 其中S為符號(hào)。 DS18B20溫度值格式表這是12位轉(zhuǎn)化后得到的12位數(shù)據(jù)， 存儲(chǔ)在的兩個(gè)8比特的RAM中， 二進(jìn)制中的前面5位是符號(hào)位， 如果測(cè)得的溫度大于“0”， 這位為“0”， ，如果溫度小于“0”， 這位為“1”。例如+125℃的數(shù)字輸出為，07D0H，+ ℃的數(shù)字輸出為，0191H，℃的數(shù)字輸出為FF6FH 55℃的數(shù)字輸出為FC90H。單總線協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸， 操作包括數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)和復(fù)位功能。下面對(duì)各個(gè)方面進(jìn)行具體的介紹。(1)總線復(fù)位，首先必須對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位，由單片機(jī)給DS18B20單總線至少480Us的低電平信號(hào)，當(dāng)DS18B20接到此復(fù)位信號(hào)后，延時(shí)1560us，通過(guò)大地總線60240us來(lái)產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。主機(jī)接收到從機(jī)的應(yīng)答脈沖后，說(shuō)明有單總線器件在線，通信雙方達(dá)成基本協(xié)議。 復(fù)位時(shí)序圖(2)控制器發(fā)送ROM指令。一旦總線主機(jī)檢測(cè)到應(yīng)答信號(hào)，便可以發(fā)起ROM操作指令。ROM指令一共有5條。ROM指令為8位長(zhǎng)度，功能是對(duì)片內(nèi)的64位光刻ROM進(jìn)行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接多少個(gè)DS18B20并作出處理。一般只掛單個(gè)DS18B20時(shí)可以跳過(guò)