【正文】 定，不同廠家的產(chǎn)品兼容性較好，但是 8位單片機功能單一，功耗較大，速度越來越不適應(yīng)現(xiàn)在的各種信號處理； 32位單片機功能強大，功耗低，相關(guān)的數(shù)據(jù)資料也非常豐富，對于開發(fā)和后期的維護都非常的方便。 本智能家居控制系統(tǒng)的主控芯片為基于 ARM CROTEXM3 架構(gòu)的 32位單片機STM32F103ZET6。 有睡眠、停機、待機模式，有高速內(nèi)部晶振和低俗內(nèi)部晶振 。由于主控芯片和一些傳感器的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓在 5V 和 左右，所以需要對 220V電源進行轉(zhuǎn)換。本設(shè)計使用 來完 成 5V 轉(zhuǎn) 電壓的工作。該芯片穩(wěn)定工作溫度在 65℃ 150℃，所以無需散熱即可滿足設(shè)計要求。 圖 2 智能家居控制系統(tǒng)的供電電路 6 電子產(chǎn)品工作是容易受周圍環(huán)境的干擾，在出現(xiàn)受到干擾工作不穩(wěn)定的情況的 時 候 ，需要通過復(fù)位來實現(xiàn)系統(tǒng)的重新運行。通過對 RESET 引腳輸入一個足夠?qū)挼南陆笛孛}沖，系統(tǒng)將重新開始運行。 圖 3 主控單片機的復(fù)位電路 IO 口資源的分配： STM32F103ZET6 共有 144 個引腳， 7組通用輸入輸出端口，出去一些用作特殊功能的 IO口外，有 70 多個引腳可以供我們自由使用。 NRF24L01 使用 SPI協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，可以將其連接到單片機的 SPI2 口上； BH1750 使用 IIC 總線協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，可以將其連接到單片機的 IIC 接口上。 LCD 接口使用 8086通訊的標(biāo)準(zhǔn)，與 FMSC 控制 SRAM 的方式非常類似，所以可以 LCD 的 16位數(shù)據(jù)線連接到 FMSC 相應(yīng)的接口上。串行通訊具有接線少，協(xié)議簡單，使用廣泛的特點。 CH340 一款 USB 轉(zhuǎn)串口 芯片， 電腦上安裝好驅(qū)動后，計算機便可以識別出該芯片并分配一個串口。 7 該芯片可以工作在全雙工模式下， 也可工作與異步模式下， 而且內(nèi)部具有數(shù)據(jù)存儲器作為緩沖區(qū)，可以用常用的波特率與單片機通訊。支持多種類型的數(shù)據(jù)位，支持奇偶校驗位，空白、標(biāo)志、以及無校驗位。芯片內(nèi)部已經(jīng)接有 USB 上拉電阻， 無需外接 。在電源線和地線之間應(yīng)連接一個 的電容來抵抗電源波動，提高芯片的穩(wěn)定性。 該芯片外圍電路如 圖 4所示。模擬類的采集原件常見的有電阻式溫濕度傳感器，這類的傳感器原件一般用于工業(yè)設(shè)備的自動控制，通過配合一些模擬電路來實現(xiàn)自動控制的效果，易受周圍的環(huán)境干擾，不適合用來做顯示方面；而數(shù)字式傳感器將要采集的信息直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過特定的協(xié)議與單片機或數(shù)字信號處理器進行通訊，處理器可以非常方便的使用這些信號進行處理、顯示。 DHT11 數(shù)字溫度濕度傳感器是一款復(fù)合溫度和濕度的傳感器原件，每個 DHT11 出廠前都在極為精確的溫濕度校驗室中進行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)參數(shù)保存在芯片內(nèi)部的存儲芯片上，傳感器在檢測信號時會調(diào)用這些參數(shù)，以確保傳感器的高度可靠性和長期穩(wěn)定性。該器件單價 人民幣，性價比非常高，所以本次設(shè)計采用 DHT11 來采集溫度與濕度信息 。一次通訊獲得 5 字節(jié)的數(shù)據(jù)， 2字節(jié)的溫度數(shù)據(jù) 2字節(jié)的適度數(shù)據(jù)。 8 DHT11 與單片機的連接如 圖 5所示。 BH1750FVI 是光照強度傳感器的集成電路，使用 IIC 協(xié)議與單片機進行通訊，可探測的光照強度的范圍為 1lx65535lx。該芯片對光源的依賴性弱，可檢測白熾燈、熒光燈、白光 LED 和日光燈等。 BH1750FVI 進行光照轉(zhuǎn)化的框圖如 圖 6所示 ： 圖 6 BH1750內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)外界的光照強度改變時，接近人眼反應(yīng)的光敏二極管 PD 的電流也隨之改變，運算放大器 AMP 將流經(jīng)光敏二極管的電流轉(zhuǎn)換為電壓，然后將該電壓進行模數(shù)轉(zhuǎn)換并獲取 16位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，通過 IIC 接口電路將這 16 位數(shù)據(jù)發(fā)送出去。 本設(shè)計使用的是單次測量的模式。單片機讀取到光照強度據(jù)后進行處理，然 后設(shè)置不同的 PWM 波的占空比，來讓燈光穩(wěn)定在一定能的范圍內(nèi)。 MQ2 氣體傳感器可以對 家庭生活中的多種可燃?xì)怏w進行檢測，其原理是根據(jù)其氣敏材料的導(dǎo)電率在不同濃度的可燃?xì)怏w下變化。 表 1 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 敏感體功耗（ Ps） 的計算 ： Ps=Vc2 Rs/(Rs+RL)2 傳感器電阻（ Rs） 的計算： Rs=(Vc/VRL1) RL 本次設(shè)計主要注重于報警功能，當(dāng)室內(nèi)可燃?xì)怏w濃度達到一定值時，直接發(fā)出警報即可，可用以下電路實現(xiàn)。 圖 7 煙霧傳感器報警電路 符號 參數(shù)名稱 技術(shù)條件 Vc 回路電壓 ≤ 24V VH 加熱電壓 177。 3Ω PH 加熱功耗 ≤ 900mW 10 ３ .６ 入侵警告模塊 當(dāng)無人在家而又有其他人員進入房間時，系統(tǒng)需要能發(fā)出警報，并以短信形式通知戶主。 本設(shè)計采用 BIS0001 這款專門處理傳感器信號的集成電路芯片來處理紅外熱釋電傳感器信號 。 VC的值決定了芯片是否進入延時周期 。 本次設(shè)計的入侵警報系統(tǒng)使用的是該芯片的可重復(fù)觸發(fā)方式，所以將 A端接高電平即可。紅外熱釋電傳感器的信號經(jīng)過運放放大和再經(jīng)過鑒幅器處理，當(dāng)檢測到有效觸發(fā)信號是， Vs 啟動延時時間定時器，由第二引腳輸出有效信號。電位器 RL2 可以用來調(diào)節(jié)運算放大器的增益， 電位器 RT1 用來調(diào)節(jié)觸發(fā)封鎖時間 ,值為： Ti=24*RT1*CY1。 本紅外熱釋電報警電路如 圖 9所示。 該電路設(shè)計使 BIS0001 工作在可重復(fù)觸發(fā)的模式下。 TC35 是西門子公司的一款 GSM 模塊，支持短信的收發(fā)，語音和傳真的發(fā)送和收受。 GSM 模塊與單片機接口電路如 圖 10所示。 圖 10 GSM與單片機接口 對于 AT指令，現(xiàn)對本設(shè)計中使用到的幾條作簡單介紹 (1)AT:用于檢測 TC35 模塊是否就緒。 (2)AT+ISP=XXXX:設(shè)置單片機與該模塊通訊的波特率，默認(rèn)是 9600； (3)AT+CMGF=1:設(shè)置 GSM 模塊的短信模塊為 TEXT 模式，在該模式下只可發(fā)送英文，但是無需編碼； (4)AT+CMGS=“ 13569400193”：設(shè)置短信接收號碼為 13569400193，若 GSM模塊工作正 常，則該模塊應(yīng)答“ ” 。 (5)1A:短信結(jié)束符，必須以十六進制方式發(fā)送。 ３ .８ 無線通訊模塊 為了使智能家居控制系統(tǒng)布線方便，現(xiàn)使用 NRF24L01 模塊進行下位機和上位機之間的數(shù)據(jù)傳輸。該芯片有五個通道，支持一對多通訊，具有自動應(yīng)答功能。該芯片使用 SPI 通訊協(xié)議與單片機進行通訊 ，只需通過單片機配置該芯片的相關(guān)寄存器，便能實現(xiàn)無線發(fā)送與接收。 圖 11 NRF24L01與單片機接口 使用該芯片進行數(shù)據(jù)發(fā)送時，需要按一下步驟對芯片進行初始化： (1)寫發(fā)送的節(jié)點地址； (2)寫發(fā)送端的節(jié)點地址； (3)使能芯片的自動應(yīng)答功能； 13 (4)配置芯片的自動重發(fā)次數(shù)； (5)設(shè)置芯片的通信頻率； (6)配置發(fā)射參數(shù)； (7)配置接收通道 0 有效數(shù)據(jù)寬度； (8)切換芯片的工作模式； 圖 12 NRF24L01模塊原理圖 初始化完成之后，將制定數(shù)據(jù)寫入到發(fā)送緩沖器中，拉高 CE,芯片將進行數(shù)據(jù)的發(fā)送。一旦捕獲到有效的數(shù)據(jù)包，芯片的中斷輸出引腳輸出低電平，單片機檢測到低電平后讀狀態(tài)寄存器的值，判斷是否接收到有效數(shù)據(jù)，若接收到數(shù)據(jù)，則讀出接收到的數(shù)據(jù)。 LabVIEW 容易上手，有 C 基礎(chǔ)的人員只需學(xué)習(xí)幾個相關(guān)的例程，便可以快速的進行簡單的軟件開發(fā)。 串口是現(xiàn)在大部分 MCU 都具有的硬件功能，串行口的使用也比較方便，只需要設(shè)置好數(shù)據(jù)長度，波特率，等相關(guān)參數(shù)兩個硬件設(shè)備便能進行通訊。 LabVIEW 基本控件介紹 LabVIWE 有豐富的圖形控件和函數(shù)，可以滿足程序開發(fā)人員的基本需要。 LabVIWE 布爾控件主要用來輸出和 顯示布爾值。 按鈕、開關(guān)類控件只有在外形上有所不同，功能上都是一致的，用于輸出“ T(1)”或“ F(0)” ，該類控件在程序圖中只有一個輸出端；指示燈類控件用于指示所連接數(shù)據(jù)的布爾值，該類控件在程序圖中只有一個輸入端。 該類控件在前面板上有一個輸入框或滑塊，用來調(diào)整數(shù)值大小，在程序框圖里面只有一個輸出端，由于輸出指定的數(shù)值 ，如 圖 14所示 。 本設(shè)計主要用了字符串輸出與顯示兩類控件。 15 LabVIEW 的數(shù)組、矩陣和簇控件用于創(chuàng)建新的數(shù)組、矩陣、簇， 如 圖 16所示。使用數(shù)組控件可以方便的創(chuàng)建某一數(shù)據(jù)類型的一維或多維數(shù)組， 配合程序上提供的多種數(shù)據(jù)處理函數(shù)，以及豐富多彩的顯示控件，可以方便的開發(fā)出功能強大的應(yīng)用程序。 更重要的是， LabVIEW 提供了多種硬件的驅(qū)動程序，比如GPIB、以太網(wǎng)、串口等，有了這些驅(qū)動程序，我們便可以通過圖形化程序控制這些硬件。 下面對本設(shè)計中使用的函數(shù)作簡要介紹。其用法和 C 語言基本上保持一致， For循環(huán)框內(nèi)有兩個重要參數(shù) i和 n,當(dāng) i等于 0 事終止循環(huán)， n為循環(huán)計數(shù)； While循環(huán)中有一個重要參數(shù)，即 While 循環(huán)框內(nèi)的紅點。 圖 17 編程結(jié)構(gòu)函數(shù) 數(shù)組函數(shù)：數(shù)組函數(shù)用于處理 數(shù)組和矩陣數(shù)據(jù)，功能包括數(shù)組的拆分、替換、索引、大小等，以及矩陣的轉(zhuǎn)制、矩陣與數(shù)組之間的轉(zhuǎn)化、數(shù)組與簇之間的轉(zhuǎn)化圖 15 字符串控件 16 等 ，如 圖 18所示 。 圖 18 數(shù)組函數(shù) 數(shù)值函數(shù)：數(shù)值函數(shù)用于數(shù)據(jù)的處理，功能包括基本的加、減、乘、除，編程常用的 自加、自減運算，還有一些去整、平方函數(shù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)操作函數(shù)，如 圖 19所示。本設(shè)計中大量的使用了布爾控件，也用到了一些布爾函數(shù)。編程時只需要將需要處理的數(shù)據(jù)連接至相應(yīng)的輸入端 ，輸出端便會輸出指定類型的結(jié)果。本設(shè)計使用了串口作為單片機與上位機的通訊接口，所以該串口函數(shù)在本次上位機程序中有著重要的作用。該部分設(shè)置需要與單片機的串口設(shè)置保持一致。寫入完成后，串口將發(fā)送寫入的數(shù)據(jù)。 VISA 關(guān)閉串口：釋放串口資源。 LabVIEW 程序設(shè)計 17 本上位機程序設(shè)計依托于串口通信，上位機驗證口令后監(jiān)視串口緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，接 收到數(shù)據(jù)后按照流程對數(shù)據(jù)進行處理、顯示。程序工作流程如 圖 21所示 ： 開始運行 登陸？ 等待 輸入用戶口令 口令正確？ 收到數(shù)據(jù)？ 等待 處理顯示 發(fā)送命令 ？ 寫串口數(shù)據(jù) 關(guān)閉串口