【導(dǎo)讀】隨著生活質(zhì)量的日益改善和生活節(jié)奏的不斷加快，人們的工作、生活日益信息化。求，智能家居系統(tǒng)越來(lái)越被重視。因此，將家庭中各種通信設(shè)備、家用電器和家庭安保。端的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。與傳統(tǒng)家居系統(tǒng)相比，利用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家居系。來(lái)、發(fā)展歷程及其特點(diǎn)。在對(duì)比了幾種短距離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上確定了使用ZigBee無(wú)。制終端的設(shè)計(jì)過(guò)程，以此終端配合驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)窗簾的開(kāi)、關(guān)、停等動(dòng)作。該項(xiàng)目是通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)窗簾控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。信；嵌入式開(kāi)發(fā)技術(shù)主要是為了實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中設(shè)備的控制。

　　

【正文】 源。青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 24 具體設(shè)計(jì)如圖 37 中子圖 (a)所示。 LS03 系列 是金升陽(yáng)為客戶(hù)提供的小型封裝形式的高效綠色 模塊電源，該系列電源采用包封工藝具有交直流兩用、輸入電壓范圍寬、高效率、高可靠性、低功耗、安全隔離等優(yōu)點(diǎn)，廣泛適用于 工業(yè)、辦公、民用等設(shè)備。該產(chǎn)品主要用于 對(duì) EMC 無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。 [7]產(chǎn)品特點(diǎn)如下： 1. 超寬輸入電壓 :100～ 400VDC(85～ 264VAC) 2. 輸出短路和過(guò)溫保護(hù) 3. 高效率、高功率密度 4. 低功耗、綠色環(huán)保 5. 多種型號(hào)可供選購(gòu) 6. 工業(yè)級(jí)產(chǎn)品技術(shù)設(shè)計(jì) 輸入特性： 輸入電壓范圍 100～ 400VDC(85～ 264VAC) 輸入電流 40mA(typ) 漏電流 無(wú) 外接保險(xiǎn)絲（推薦值） 輸出特性： 輸出電壓設(shè)定精度 177。2% 源效應(yīng) 177。% (typ) 負(fù)載效應(yīng) (10%~100%) 177。1% (typ) 輸 出紋波 +噪聲（峰 峰值） （ 20MHz 帶寬） /5/9VDC 輸出 50mV(typ) 100mV( max) 短路保護(hù) 可長(zhǎng)期短路，自恢復(fù) 過(guò)溫保護(hù) 150℃ (max) LS03 高壓模塊電源內(nèi)部 框圖 LS03系列高壓 模塊電源 交 具有 直流兩用、輸入電壓范圍寬 ，可輸出多種電壓等級(jí)，其 內(nèi)部電路如圖 38所示。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 25 圖 38 LS03高壓模塊電源內(nèi)部電路框圖 各引腳功能： 引腳 功能 1 +Vo 3 Vo 7 Vin(N) 10 CAP 12 +Vin(L) 高壓模塊電源具體設(shè)計(jì) 高壓模塊電源用于將 220V交流電轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C(jī)應(yīng)用的 5V電壓，為 繼電器輸出模塊 供電，并可經(jīng)過(guò)再次穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換為 ATmega16單片機(jī)和 ZigBee模塊所使用的。本課題中使用的高壓模塊電源具有輸入電壓范圍寬、輸出電壓精度高、封裝尺寸小等特點(diǎn)，可用于直接插接在 PCB電路板中，其設(shè)計(jì)電路如圖 35中子圖（ a）所示。 AMS1117 模塊電源 AMS1117 是一個(gè)正向低壓降穩(wěn)壓器，在 1A 電流下壓 為 。 AMS1117 有兩個(gè)版本 ， 固定輸出版本和可調(diào)版本固定輸出電 壓為 、 、 、 、 、 ，具有 1％的精度；固定輸出電壓 的精度為 2%。 AMS1117內(nèi)部集成過(guò)熱保護(hù)和限流電路，是電池供電和便攜式計(jì)算機(jī)的最佳選擇。 [8] AMS1117 模塊的特點(diǎn)： ? 固定輸出電壓為 、 、 、 、 、 、 和可調(diào)版本 ，具有 1％ 的精度 ? 固定輸出電壓為 的精度為 2％ ? 低漏失電壓： 1A 輸出電流時(shí)僅為 ? 限流功能 ? 過(guò)熱切斷 ? 溫度范圍： 40～ 125℃ 。 模塊 電源 內(nèi)部框圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 26 AMS1117 是一個(gè)正向低壓降穩(wěn)壓器， 具有固定輸出和可調(diào)輸出兩個(gè)版本，輸出電壓等級(jí)多，輸出電壓精度高，且內(nèi)部具有過(guò)熱和限流保護(hù)功能，其內(nèi)部電路框圖如圖 39 所示。 圖 39 AMS1117 模塊內(nèi)部框圖 各引腳功能： 引腳 標(biāo)識(shí) 功能 1 GND/ADJ 地 /ADJ 2 Vout 輸出電壓 3 Vin 輸入工作電壓 模塊電源具體設(shè)計(jì) AMS1117 模塊輸出電壓為 ，用于對(duì) ATmega16 單片機(jī)和 ZigBee 模塊提供穩(wěn)定電壓，本課題中使用的為貼片封 裝，可以使電路板做的更小，更加方便安裝。該模塊的具體設(shè)計(jì)如圖 37（ b）所示。 繼電器控制 模塊 繼電器模塊 本課題中使用 ATmega16 單片機(jī)的 PC 口輸出控制歐姆龍固態(tài)繼電器，用繼電器的常開(kāi)常閉觸點(diǎn)控制控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)窗簾的開(kāi)、關(guān)。 繼電器模塊內(nèi)部框圖 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 27 歐姆龍固態(tài)繼電器 G6S2F 具有兩路常開(kāi)與兩路常閉輸出，可實(shí)現(xiàn)控制電路中的兩路同時(shí)輸出 [9]。其內(nèi)部電路如圖 310 所示。 圖 310 G6S2F 固態(tài)繼電器內(nèi)部框圖 各引腳功能： 引腳 功能 1 繼電器線(xiàn)圈輸入 +端 3 常閉輸出 1 4 常開(kāi)、常閉公共端 1 5 常開(kāi)輸出 1 8 常開(kāi)輸出 2 9 常開(kāi)、常閉公共端 2 10 常閉輸出 2 12 繼電器線(xiàn)圈輸入 端 繼電器模塊具體設(shè)計(jì) 本課題中的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為 220V 交流電機(jī)，單片機(jī)的輸出不能直接用于對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制，故硬件設(shè)計(jì)中通過(guò)增加繼電器模塊設(shè)計(jì)。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制同時(shí)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了電磁隔離。提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性。 課題中使用 ATmega16 單片機(jī)的 PC 口輸出控制歐姆龍固態(tài)繼電器，用繼電器的常開(kāi) 常閉觸點(diǎn)控制控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)窗青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 28 簾的開(kāi)、關(guān)。課題中繼電器模塊具體設(shè)計(jì)如圖 311 所示。 圖 311 G6S2F 繼電器模塊電路設(shè)計(jì) 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 29 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，軟件的設(shè)計(jì)是最復(fù)雜和困難的，大部分情況下工作量都較大，特別是對(duì)那些控制系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況。對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)，往往需要同時(shí)考慮單片機(jī)的軟硬件資源分配和功能分配。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化、 看門(mén)狗設(shè)置、異步 串行 通信 數(shù)據(jù)處理、及 指令輸出 處理。 程序設(shè)計(jì)是一件復(fù)雜的工作，為了把復(fù)雜的工作條理化，就要有相 應(yīng)的步驟和方法。其步驟可概括為以下三點(diǎn)： ⑴ 分析系統(tǒng)控制要求，確定算法：對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行具體的分析，找出合理的計(jì)算方法及適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而確定編寫(xiě)程序的步驟。這是能否編制出高質(zhì)量程序的關(guān)鍵。 ⑵ 根據(jù)算法畫(huà)流程圖：畫(huà)程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯(cuò)的可能性。 ⑶編寫(xiě)程序：根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當(dāng)?shù)闹噶钆帕衅饋?lái)，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，即程序。 程序數(shù)據(jù)的一種理想方法是結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)是對(duì)利用到的控制結(jié)構(gòu)類(lèi)程序做適當(dāng)?shù)南拗?，特別是限制轉(zhuǎn)向語(yǔ)句 (或指令 )的使用 ，從而控制了程序的復(fù)雜性，力求程序的上、下文順序與執(zhí)行流程保持一致性，使程序易讀易理解，減少邏輯錯(cuò)誤和易于修改、調(diào)試。根據(jù)系統(tǒng)的控制任務(wù)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、 系統(tǒng)初始化子程序、 USART 初始化子程序、 USART 數(shù)據(jù)發(fā)送子 程序 、 USART 數(shù)據(jù)接收子 程序、 看門(mén)狗子程序 和延時(shí)程序等組成 。 用 C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)的優(yōu)勢(shì) 隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，要求電子工程師能夠在短時(shí)間內(nèi)編寫(xiě)出執(zhí)行效率高而又可靠的嵌入式系統(tǒng)的執(zhí)行代碼。同時(shí)，由于實(shí)際系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，要求所寫(xiě)的代碼規(guī)范化、模塊化，便于多個(gè)工程師以軟件工程的形式進(jìn)行協(xié)同開(kāi)發(fā)。匯編語(yǔ)言作為舒張嵌入式系統(tǒng)的編程語(yǔ)言，具有執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，但其本身是一種低級(jí)語(yǔ)言，編程效率低下，且可移植性和可讀性差，維護(hù)極不方便，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性也較差。而 C 語(yǔ)言 以其結(jié)構(gòu)化和能產(chǎn)生高效代碼等優(yōu)勢(shì)滿(mǎn)足了電子工程師的需要，成為他們進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)編程的首選開(kāi)發(fā)工具，得到了廣泛支持。用 C 語(yǔ)言進(jìn)行嵌入 式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，具有匯編語(yǔ)言編程所不可比擬的優(yōu)勢(shì)： 1. 可以大幅度加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度，特別是開(kāi)發(fā)一些復(fù)雜的系統(tǒng)，程序量越大，用 C 語(yǔ)言就越有優(yōu)勢(shì)。 2. 無(wú)需精通單片機(jī)指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實(shí)際專(zhuān)業(yè)水青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 30 平的程序。 3. 可以實(shí)現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，它使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰、有條理，便于開(kāi)發(fā)小組計(jì)劃項(xiàng)目、分工合作。源程序的可讀性和可維護(hù)性都很好，基本上可以杜絕因開(kāi)發(fā)人員變化而給項(xiàng)目進(jìn)度或后期維護(hù)以及升級(jí)所帶來(lái)的影響，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。 4. 省去人工分配單片機(jī)資源（包括寄存器、 RAM 等）的工作。在匯編語(yǔ)言中要為第一個(gè) 子程序分配單片機(jī)的資源，這是一個(gè)復(fù)雜、乏味而又容易出錯(cuò)的工作。在使用 C 語(yǔ)言后，只要在代碼中申明一下變量的類(lèi)型，編譯器就會(huì)自動(dòng)分配相關(guān)資源，根本不需要人工干預(yù)，從而有效地避免了人工分配單片機(jī)資源的差錯(cuò)。 5. 當(dāng)寫(xiě)好了一個(gè)算法（在 C 語(yǔ)言中稱(chēng)為函數(shù)）后，壓根移植到不同各類(lèi)的MCU 上時(shí)，在匯編中只有重新編寫(xiě)代碼，因而用匯編的或移植性很差。而用 C 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)時(shí)，符合 ANSIC 標(biāo)準(zhǔn)的程序基本不必修改，只要將一些與硬件相關(guān)的代碼作適度的修改，就可以方便地移植到其他各類(lèi)的單片機(jī)上，甚至可以將代碼移植到 DSP 或 ARM 中。 6. C 語(yǔ)言提供 auto、 static、 flash 等存儲(chǔ)類(lèi)型，針對(duì)單片機(jī)的程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間及 EEPROM 空間自動(dòng)為變量合理地分配空間，而且 C 語(yǔ)言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類(lèi)型（如數(shù)組、結(jié)構(gòu)體、指針等類(lèi)型），極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性。 C 編譯器能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場(chǎng)佑護(hù)和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)，供用戶(hù)使用，使用戶(hù)藝海了重復(fù)編寫(xiě)相同代碼的時(shí)間，并且 C 編譯器能夠自動(dòng)生成一些硬件的初始化代碼。 7. 對(duì)于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，可以通過(guò)移植（或 C 編譯器提供）的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如需實(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議及 、 ftp、 ppp 等功能，而使用匯編是不可能的。 雖然使用 C 語(yǔ)言寫(xiě)出來(lái)的代碼會(huì)比用匯編語(yǔ)言占用空間在 5%~20%，但是由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，芯片的容量和速度有了大幅度的提高，占用空間大小的差異已經(jīng)不很關(guān)鍵，相比之下，應(yīng)許更注重軟件是還具有長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的能力，注重使用先進(jìn)開(kāi)發(fā)工具所帶來(lái)的時(shí)間和成本的優(yōu)勢(shì)。 ICCAVR 編譯器簡(jiǎn)介 ICCAVR 是一種使用 ANSI 標(biāo)準(zhǔn) C 語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)微控制器（ MCU）程序的一個(gè)工具，它有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)： 1. ICCAVR 是一個(gè)統(tǒng)合了編輯器和工作管理器的集成工作環(huán)境（ IDE），是一個(gè)純 32 位的程序可在 Window 95/Window 98/Window ME/Window 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 31 20xx/Window XP 下運(yùn)行。 2. 源文件全部被組織到工程之中，文件的編輯和工程的構(gòu)筑也在 IDE 的環(huán)境中完成。編譯錯(cuò)誤在狀態(tài)窗口中顯示，用鼠標(biāo)單擊編譯錯(cuò)誤時(shí)，光標(biāo)會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到編輯窗口中引起錯(cuò)誤的那一行。這個(gè)工程管理器還能直接產(chǎn)生 INTEL HEX 格式文件的燒寫(xiě)文件和符合 AVR Studio 的調(diào)試文件（ COFF 格式）。 3. ICCAVR 是一個(gè) 32 位的程序，支持長(zhǎng)文件名。 4. ICCAVR 提供了全部的庫(kù)源代碼及一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用實(shí)例 供初學(xué)者參考，特別提供庫(kù)源代碼，對(duì)開(kāi)用戶(hù)理解庫(kù)函數(shù)進(jìn)行剪裁和擴(kuò)充。 [10] 軟件設(shè)計(jì) 遙控窗簾 軟件設(shè)計(jì)均采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)程序包括 主程序、 系統(tǒng)初始化子程序、 USART 初始化子程序、 USART 數(shù)據(jù)發(fā)送子 程序 、 USART 數(shù)據(jù)接收子 程序、 看門(mén)狗子程序 和延時(shí)程序等 模塊 。 所有程序均采用 C 匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。 無(wú)線(xiàn)遙控窗簾 的軟件設(shè)計(jì)思路說(shuō)明如下： 單片機(jī)系統(tǒng)初始化、 USART 初始化、單片機(jī)輸出初始化、看門(mén)狗初始化分別編寫(xiě)為相應(yīng)的子程序，在程序的主程序中直接調(diào)用即可，同時(shí)也方便程序的移植和調(diào)試。程序中單片機(jī)系統(tǒng)與 ZigBee 無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊的通信為 USART 通信，在 USART 的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收中分別采用了USART 發(fā)送與接收中斷服務(wù)程序，這樣可以提高 MCU 的運(yùn)行效率。 SZ05 模塊軟件部分，由 CPU 負(fù)責(zé)程序控制，主要完成接收過(guò)程的協(xié)議包的解釋與發(fā)送過(guò)程的數(shù)據(jù)打包工作。 為了防止程序跑飛，軟件中啟用了 AVR 單片機(jī)的看門(mén)狗功能。主程序的作用為調(diào)用相應(yīng)的子函數(shù)；對(duì) ZigBee 無(wú)線(xiàn)數(shù)傳模塊發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以控制輸出相應(yīng)的指令；對(duì)對(duì)上位機(jī)進(jìn)行應(yīng)答信號(hào)的發(fā)送。程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 41 所示。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 32 圖 41 程序設(shè)計(jì)流程圖 初始化函數(shù)設(shè) 計(jì) 初始化函數(shù)在 AVR 單片機(jī)系統(tǒng)中是必少的，初始化函數(shù)主要是用來(lái)設(shè)置單片機(jī)的某種功能。程序設(shè)計(jì)中的對(duì)不同功能的初始化函數(shù)編寫(xiě)了相應(yīng)的子程序，分別有單片機(jī)系統(tǒng)初始化、 USART 初始化、單片機(jī)輸出初始化、看門(mén)狗初始化子程序。現(xiàn)分別敘述如下： 一、 單片機(jī)系統(tǒng)初始化子程序 單片機(jī)系統(tǒng)初始化主要是對(duì) AVR 單片機(jī)的 I/O 接口進(jìn)行設(shè)置，由于 AVR 單片機(jī)的 I/O 口結(jié)構(gòu)與其他類(lèi)型單片機(jī)的明顯區(qū)別是， AVR 采用了 3 個(gè)寄存器來(lái)控制 I/O 口，它們分別是方向控制寄存器 DDRx、數(shù)據(jù)寄存器 PORTx 和輸入引腳寄存器 PINx（ x=A/B/C/D）。而一般單片機(jī)的 I/O 僅有數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器，而 AVR 單片機(jī)還多了一個(gè)方向控制寄存器，用于控制 I/O 的輸入、輸出方向。所以程序設(shè)計(jì)前須要對(duì) AVR 單片機(jī)的 I/O 接口進(jìn)行正確的設(shè)置。此程序的功能青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 33 為對(duì)單片