【正文】 腳數(shù)，通過查資料，由于檢測人員的有無模塊采用了接熱釋電人體紅外傳感器的方法，在不采用擴(kuò)展的情況下，選取了STC12C5A60S2這個單片機(jī)。而且此單片機(jī)內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換，這樣，在光敏電阻采集模擬信號的時候，可不用轉(zhuǎn)換成數(shù)字量而直接接入單片機(jī)，便于單片機(jī)的控制。公司的1T增強(qiáng)系列更具有競爭力，因他不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的具有大容量程序存儲器且是FLASH工藝的，如STC12C5A60S2單片機(jī)內(nèi)部就自帶高達(dá)60KROM,這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。顯而易見，這種單片機(jī)對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。重要的一點(diǎn)STC12C5A60S2目前的售價與傳統(tǒng)51差不多，市場供應(yīng)也很充足。STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘、機(jī)器周期為1T的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的全新型的 51單片機(jī)，能夠完全識別傳統(tǒng)51單片機(jī)的指令代碼，在這基礎(chǔ)上，運(yùn)行速度卻快了812倍。 STC12C5A60S2單片機(jī)基本特點(diǎn)：1. 屬于增強(qiáng)型的51單片機(jī)內(nèi)核，1T高速運(yùn)行速率，單時鐘的機(jī)器周期，全部兼容傳統(tǒng)51單片機(jī)的指令代碼； 2. 工作電壓：STC12C5A60S2的正常工作電壓范圍：（即5V單片機(jī)）； 3. 單片機(jī)工作頻率：035MHz，約為傳統(tǒng)的51單片機(jī)的0～420MHz； 4用戶應(yīng)用程序空間8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字節(jié)；5. 片上集成1280字節(jié)RAM； 6. 通用I/O口（36/40/44個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口弱上拉（傳統(tǒng)51單片機(jī)的I/O口），可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口弱上拉，推挽強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏。用戶在進(jìn)行程序下載時，可以對使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶振時鐘自行選擇，在常溫狀態(tài)下，5V單片機(jī)的內(nèi)部R/C振蕩器頻率11MHz～，～12MHz；如果對時鐘電路的要求精度不是太高，可以考慮使用內(nèi)部自帶時鐘，但由于制造誤差和溫漂等客觀因素的影響，所以應(yīng)該以實(shí)際為準(zhǔn)；：其中，由2路PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)2個16位定時器的功能，另外兩個與傳統(tǒng)的51單片機(jī)相同，即16位定時器T0和T1，和做串行通訊的波特率發(fā)生器。：40+85℃(工業(yè)級)0 此單片機(jī)是國內(nèi)STC公司生產(chǎn)的1T運(yùn)算速率的增強(qiáng)型新一代51單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，運(yùn)算速度快了812倍。內(nèi)部自帶看門狗電路，在諸多功能集一身的基礎(chǔ)上，STC12C5A60S2目前售價與傳統(tǒng)的51差不多，市場供應(yīng)充足，因此是一款高性價比的單片機(jī)。 第三章 系統(tǒng)硬件選擇及模塊電路設(shè)計 系統(tǒng)的硬件選擇決定著整個智能家居系統(tǒng)的功能和質(zhì)量，因此在選件前必須做好充分的準(zhǔn)備工作，無論是資料的查閱還是同類型器件優(yōu)缺點(diǎn)的比較及取舍，都非常重要。所以在硬件的選取工作上一定要細(xì)致，全面比較，綜合考慮，在結(jié)合性價比的同時更主要功能的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的主控和核心單元STC12C5A60S2的工作電壓為5V直流，而常用家居電源電壓均為220V交流，因此若要整個家居系統(tǒng)正常工作，必須提供合理的電源電壓，所以需要進(jìn)行必要的電壓轉(zhuǎn)換。由此我們我們知道，三端IC是指分別由輸入端、接地端和輸出端這三條引腳輸出的一種穩(wěn)壓用的集成電路。5V電源的獲得方式如下：首先220V交流電經(jīng)過一個變壓比約為1：24的小型變壓器變?yōu)?V交流電壓，然后通過4個二極管組成的橋式整流器進(jìn)行整流，濾去大部分紋波電壓，輸出信號通過電容再次進(jìn)行濾波，防止產(chǎn)生自激振蕩。最后得到一個穩(wěn)定的+5V直流電源輸出。智能家居的一個主要控制對象就是住戶室內(nèi)溫度，適宜的溫度為主人提供良好的家居環(huán)境，這樣一來，溫度檢測與控制模塊就成了首先應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能。它獨(dú)特的一線接口，耐磨耐碰，體積小，并能直接輸出溫度的數(shù)字信號，便于單片機(jī)控制。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖32 DS18B20內(nèi)部原理圖 DS18B20工作原理：DS18B20的讀寫時序和測溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由2s 減為750ms。隨溫度變化其振蕩率明顯改變的高溫度系數(shù)晶振，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器2的脈沖輸入。計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器1的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后 釋放，當(dāng)DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。數(shù)據(jù)總線可以對其進(jìn)行供電，但完成溫度測量時間較長，為使其達(dá)到迅速測溫的要求，采用外部供電。完成溫度的測量和顯示。利用這一特性，我們把光敏電阻接入電路實(shí)現(xiàn)亮度檢測。由于單片機(jī)內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換電路，通過相應(yīng)程序，單片機(jī)讀取這些數(shù)字信號，就能得出相應(yīng)的光照強(qiáng)度，并決定是否啟動其他應(yīng)對措施。2).任何工作都按時間順序。 由于采用單片機(jī)計時有諸多缺點(diǎn)，比如一方面需要采用計數(shù)器，額外的占用了硬件資源，另一方面需要設(shè)置中斷、查詢等，都需要耗費(fèi)單片機(jī)的資源，而且，可能某些測控系統(tǒng)不支持這種中斷、查詢等。DS1302是DALLAS公司生產(chǎn)的的一種具有涓細(xì)電流充電能力的電路，它是采用串行數(shù)據(jù)傳輸，可為掉電保護(hù)電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。DS1302 是一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補(bǔ)償功能，～。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。圖35 DS1302封裝圖DS1302的引腳排列如上圖所示,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。RST是復(fù)位、片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。上電運(yùn)行時，在Vcc，RST必須保持低電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，SCLK為時鐘輸入端。時鐘電路通過晶振提供32768Hz提供一秒一個脈沖信號，保證單片機(jī)外部的時鐘計時，并通過單片機(jī)連接到LCD顯示屏進(jìn)行顯示。 液晶顯示器件的選取 LCD1602屏幕為2行，每行顯示16個字符，為字符型顯示器，只能顯示數(shù)字和字符，不可以顯示漢字。綜合價格因素和實(shí)際應(yīng)用的需要，選用LCD1602為改家居系統(tǒng)的顯示器。u 1602LCD主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162個字符 芯片工作電壓:— 工作電流:() 模塊最佳工作電壓: 字符尺寸:(WH)mm圖37 LCD1602實(shí)物圖u LCD1602與傳統(tǒng)顯示器相比，作為輸出器件的幾個突出優(yōu)點(diǎn)：1） 顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器收到信號后的每一個點(diǎn)都會一直保持原有亮度和顏色，恒定發(fā)光。因此，液晶顯示器既不會閃爍，又保證了畫質(zhì)高。3） 重量輕，體積小 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如下圖1054所示：圖38 LCD1602尺寸圖LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下：表31 LCD1602的引腳定義引腳號引腳號電平輸入/輸出作用1Vss電源地2Vcc電源（+5V）3Vee對比調(diào)整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令1=輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0=向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)1=從LCD讀取數(shù)據(jù)6E1，1→0輸入使能信號，1時讀取在信息1→0（下降沿）執(zhí)行指令7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line0（最低位）8DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line7(最高位)15A+VccLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負(fù)極u 特殊說明：第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。 第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。 第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。表32 LCD1602信號真值表RSR/WE功能00下降沿寫指令代碼01高電平讀忙標(biāo)志和AC值10下降沿寫數(shù)據(jù)11高電平讀數(shù)據(jù)u LCD1602指令集1602通過D0~D7的8位數(shù)據(jù)端傳輸數(shù)據(jù)和指令。顯示模式設(shè)置：0011[0x38]顯示開關(guān)及光標(biāo)設(shè)置：(初始化)1DCB0000N=1(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針加1光標(biāo)加1)，N=0(讀或?qū)懸粋€字符后地址指針減1光標(biāo)減1)，且(當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示左移)當(dāng)寫一個字符后，整屏顯示不移動數(shù)據(jù)首地址為80H，所以數(shù)據(jù)地址為80H+地址碼(027H，4067H)01H(顯示清屏，數(shù)據(jù)指針=0，所有顯示=0)；02H(顯示回車，數(shù)據(jù)指針=0)。通常推薦的初始化過程：寫指令38H寫指令38H寫指令38H（以上都不檢測忙信號）寫指令38H寫指令08H寫指令01H寫指令06H寫指令0cH 時序圖讀寫方法：從上到下，從左到右，高電平在上，低電平在下，高阻態(tài)在中間。交叉線表示狀態(tài)的高低變化點(diǎn)，可以是高變低，也可以是低變高，也可以不變。第二步就是給數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)總線上給出數(shù)據(jù)，這與第一步相隔時間沒有要求，實(shí)際上先后也沒有要求的。時間最小是40ns，意思就是說第二步的操作，數(shù)據(jù)信號在總線上生效之后至少要等40ns，才可以給第三步是使能信號E。 第五步，使用信號下降，下降時間Tf還是小于25ns。 第六步，數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)要保持Thd2的時間才能變化，RS、R/W則要保持Thd1的時間，然后就可以了。圖310 LCD液晶顯示模塊電路 液晶顯示電路工作原理：液晶顯示器LCD1602通過7~14管腳的數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，單片機(jī)通過輸出高地電平來控制液晶顯示器LCD1602的4~6管腳配合傳送的數(shù)據(jù)決定讀/寫數(shù)據(jù)，并通過LCD顯示屏顯示出來。 開關(guān)電路 為了調(diào)整LCD顯示器的數(shù)據(jù)，而又在不采用鍵盤的前提下，設(shè)計了如下圖所示的按鍵開關(guān)電路。兩個開關(guān)所在電路均為通路，ADE1鍵表示增加，DEC1鍵盤表示遞減，通過按下不同的開關(guān)，來調(diào)整顯示在LCD1602上的數(shù)據(jù)，修改完成后，再按一次MEU1鍵，退出寫數(shù)據(jù)階段，完成LCD顯示器上的數(shù)據(jù)修改。圖311 開關(guān)模塊電路 智能家居的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是如果監(jiān)測到有人闖入室內(nèi)，會發(fā)出聲光報警，并通過短信方式向主人報警，短信通信模塊電路會在下文中詳細(xì)闡述，本環(huán)節(jié)介紹聲光報警電路的設(shè)計及工作過程。紅外對射管的本質(zhì)是一條線，只有當(dāng)碰觸這條線時才會監(jiān)測到，而熱釋電紅外傳感器是設(shè)防的一個區(qū)域，而不僅僅是一條線。圖312 熱釋電紅外傳感器內(nèi)部電路圖 熱釋電紅外傳感器的工作原理：熱釋電紅外傳感器通過目標(biāo)與背景的溫差來探測目標(biāo)，其工作原理是利用熱釋電效應(yīng)，即在鈦酸鋇一類晶體的上、下表面設(shè)置電極，在上表面覆以黑色膜，若有紅外線間歇的照射，其表面溫度上升△T，其晶體內(nèi)部的原子排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓△U。 若實(shí)現(xiàn)聲光報警，那么發(fā)光二極管和蜂鳴器自然缺一不可。而蜂鳴器采用普通的蜂鳴器即可達(dá)到所需的設(shè)計要求?？紤]到一般發(fā)光二極管最大允許電流為20mA，限壓值為2~，則二極管電阻約為2/=100Ω，所以二極管所串電阻應(yīng)約為100Ω。 不管是光敏電阻模塊還是溫度檢測模塊，還是智能家居的另一輔助功能（自動啟動電飯鍋，飲水機(jī)等），要想對其引起的變化做出相應(yīng)的應(yīng)對機(jī)制，必須有一個電路在接收對應(yīng)的信號后做出相應(yīng)的處理措施，接下來逐一介紹：、飲水機(jī)、空調(diào)的應(yīng)對啟動電路模塊 根據(jù)溫度檢測模塊傳來的溫度高低，系統(tǒng)應(yīng)該智能的判斷是否符合主人所需的適宜溫度，并作出相應(yīng)變化，決定是否啟動空調(diào)或在接收主人短信后是否啟動自動做飯開關(guān)，而這些開關(guān)的開合需要有專門的芯片進(jìn)行驅(qū)動。首先介紹ULN2003A： ULN2003A是一個7路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時，ULN2003A輸出端為低電平，當(dāng)輸入端為低電平時