【正文】 ............ 29 參考文獻 ................................................................................................................................. 30 致謝 ........................................................................................................................................... 31 附錄 ........................................................................................................................................... 32 附錄 A 電路 原理圖 .......................................................................................................... 32 附錄 B 設計源程序 .......................................................................................................... 34 1 1 引 言 智能家居概念的起源很早，但一直未有具體的建筑案例出現(xiàn)，直到 1984 年美國聯(lián)合科技公司將建筑設備信息化、整合化 概念應用于美國康乃迪克州哈特佛市的CityPlaceBuilding時，才出現(xiàn)了首棟的 “智能型建筑 ”，從此揭開了全世界爭相建造智能家居的序幕。與智能家居含義近似的有家庭自動化、電子家庭、數(shù)字家園、家庭網(wǎng)絡、網(wǎng)絡家居、智能家庭 /建筑，在中國香港和臺灣等地區(qū)，還有數(shù)碼家庭、數(shù)碼家居等稱法。 研究的目的與意義 20 世紀 70 年代，發(fā)達國家就開始對智能家居進行研究。目前，發(fā)達國家的智能家居已經(jīng)獲得長足發(fā)展。 國外研究情況 1983 年，美國電子工業(yè)協(xié)會組織專門機構(gòu)開始制定家庭電氣設計標準，并于 1988年 編制了第一個適用于家庭住宅的電氣設計標準 《家庭自動系統(tǒng)與通信標準》。目前美國則有近 4 萬戶家庭安裝了這類系統(tǒng)，在新加坡有近 30 個社區(qū)的約 5000 戶家庭采用了這種家庭智能化系統(tǒng) [2]。目前，建設部批準建立 7個普及型網(wǎng)絡社區(qū)，北京市已經(jīng)計劃建設 30 個網(wǎng)絡社區(qū)，總戶數(shù)達 3 萬戶。 本課題研究的主要內(nèi)容和研究 方案 以 STC89C52RC 單片機為核心，設計數(shù)字時鐘和智能窗簾：通過光敏電阻檢測光線強弱，當光線強度達到一定的程度時，通過單片機控制電機將窗簾拉上，否則打開窗簾。另外用點陣顯示時間，由于下午十點后基本屬于睡眠時間，故忽略光線強度，拉上窗簾并自動切換到手動模式，以節(jié)約電能，待第二天起床再將其切換至自動模式。 （ 2） 利用單片機來分析光敏電阻采集的信號，然后輸出控制信號。 （ 4） 利用 DS12C887 時鐘芯片制作數(shù)字 時鐘，并通過點陣顯示。 3 2 智能家居控制系統(tǒng)總體介紹 系統(tǒng)總體方案 本設計以 STC89C52RC 單片機為核心，通過光敏電阻檢測光線強弱，然后通過 步進電機 控制窗簾的張合程度。 系統(tǒng)功能 本系統(tǒng)的開發(fā)設計有一下功能： （ 1） 通過檢測光線的強弱控制窗簾是否打開。 （ 3） 通過時鐘芯片 DS12C887 時鐘芯片 制作數(shù)字時鐘。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖 所示。 STC89C52RC 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改 進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能。具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路， 3 個 16 位 定時器 /計數(shù)器， 4 個外部中斷，一個 7 向量 4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工 串行口 。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。最高運作頻率35MHz， 6T/12T可選 [3]。 （ 2） 工作電壓： ～ （ 5V 單片機 ） /～ （ 3V 單片機 ） 。 （ 4） 用戶應用程序空間為 8K 字節(jié) 。 （ 6） 通用 I/O 口（ 32個），復位后為： P0/P1/P2/P3是 準雙向口 /弱上拉， P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻 [4]。 （ 8） 具有 EEPROM 功能 。 （ 10） 共 3個 16位 定時器 /計數(shù)器。 （ 11） 外部中斷 4路， 下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， Power Down模式可由 外部中斷低電平觸發(fā) 中斷方式 喚醒 。 （ 13） 工作溫度范圍： 40～ +85℃ （工業(yè)級） /0～ 75℃ （商業(yè)級） 。 DS12C887 （ 1） 器件特性 ： DS12C887 實時時鐘芯片功能豐富，可以用來直接代替 IBM PC 上的時鐘日歷芯片DS12887，同時，它的管腳也和 MC146818B、 DS12887 相兼容。在 12小時制模式中，用 AM 和 PM 區(qū)分上午和下午 ；時間的表示方法也有兩種，一種用二進制數(shù)表示，一種是用 BCD 碼表示； DS12C887 中帶有128字節(jié) RAM，其中有 11 字節(jié) RAM用來存儲時間信息， 4字節(jié) RAM用來存儲 DS12C887的控制信息，稱為控制寄存器， 113直接通過 RAM使用戶使用；此外用戶還可對 DS12C887進行編程以實現(xiàn)多種方波輸出，并可對其內(nèi)部的三路中斷通過軟件進行屏蔽 [6]。 MOT：模式選擇腳， DS12C887 有兩種工作模式，即 Motorola 模式和 Intel模式，當MOT接 VCC 時，選用的工作模式是 Motorola 模式，當 MOT接 GND 時，選用的是 Intel模式。 6 圖 DS12C887 引腳圖 SQW：方波輸出腳，當供電電壓 VCC 大于 時， SQW 腳可進行方波輸出，此時用戶可以通過對控制寄存器編程來得到 13 種方波信號的輸出。 AS：地址選通輸入腳，在進行讀寫操作時， AS 的上升沿將 AD0～ AD7 上出現(xiàn)的地址信息鎖存到 DS12C887 上，而下一 個下降沿清除 AD0～ AD7 上的地址信息，不論是否有效， DS12C887 都將執(zhí)行該操作。在讀操作中， DS 的上升沿使 DS12C887 將內(nèi)部數(shù)據(jù)送往總線 AD0～ AD7上，以供外部讀取。 R/W：讀 /寫輸入端，該管腳也有 2 種工作模式，當 MOT 接 VCC 時， R/W 工作在Motorola 模式。 CS：片選輸入，低電平有效。 在 DS12C887 內(nèi)有 11 字節(jié) RAM 用來存儲時間信息， 4 字節(jié)用來存儲控制信息，其具體的地址及取值如表 所列。 表 DS12C887 的存儲功能 地址 功能 取值范圍十進制數(shù) 取值范圍 二進制 BCD 碼 0 秒 059 003B 0059 1 秒鬧鐘 059 003B 0059 2 分 059 003B 0059 3 分鬧鐘 059 003B 0059 4 12 小時模式 112 010C AM 818C PM 0112 AM 8192 PM 24 小時模式 023 0017 0023 5 時鬧鐘， 12 小時制 112 010C AM 818C PM 0112 AM 8192 PM 時鬧鐘， 24 小時制 023 0017 0023 6 星期幾（星期天 =1） 17 0107 0107 7 日 131 011F 0131 8 月 112 010C 0112 9 年 099 0063 0099 10 控制寄存器 A 11 控制寄存器 B 12 控制寄存器 C 13 控制寄存器 D 50 世紀 099 NA 19， 20 8 DS18B20 DSl8B20 數(shù)字溫度計提供 9 位 (二進制 )溫度讀數(shù)，指示器件的溫度信息經(jīng)過單線接口送入 DSl8B20 或從 DSl8B20 送出，因此從主機 CPU 到 DSl8B20 僅需一條線 (和地線 )。因為每一個 DSl8B20 在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個 DSl8B20 可以存放在 同一條單線總線上。 DSl8B20 的測量范圍從 55℃ 到 +125℃ ，增量值為 ℃ ，可在 ls(典型值 )內(nèi)把溫度變換成數(shù)字 [8]。開始 8 位是產(chǎn)品類型編碼 (DSl8B20 編碼均為 10H)。最后 8 位是前面 56 位的 CRC(循環(huán)冗余校驗 )碼。 1 號存貯器存放溫度值的符號，如果溫度為負 (℃ )，則 1 號存貯器 8 位全為 1，否則全為 0。將存貯器中的二進制數(shù)求補再轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)并除以 2 就得到被測溫度值 (55℃ ——125℃ )。每只 DS18B20 都可以設置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。 圖 DS18B20 引腳圖 DS18B20 電路圖如圖 所示： 9 圖 DS18B20 電路圖 74HC138 74HC138 是一款高速 CMOS 器件， 74HC138 引腳兼容低功耗肖特基 TTL（ LSTTL）系列。 74HC138 特有 3 個使能輸入端：兩個低有效（ E1和 E2）和一個高有效（ E3）。利用這種復合使能特性，僅需 4 片 74HC138 芯片和 1 個反相器，即可輕松實現(xiàn)并行擴展，組合成為一個 132（ 5 線到 32 線）譯碼器。 74HC138 與 74HC238 邏輯功能一致，只不過 74HC138 為反相輸出。 74HC595是具有 8 位 移位寄存器 和一個 存儲器 ，三態(tài)輸出功能。數(shù)據(jù)在 SHcp 的上升沿輸入到 移位寄存器 中，在 STcp 的上升沿輸入到存儲寄存器中去。移位寄存器有一個串行移位輸入（ Ds），和一個串行輸出（ Q7’） ,和一個異步的低電平復位，存儲寄存器有一個并行 8 位的，具備三態(tài)的總線輸出，當使能 OE時（為低電平）， 存儲寄存器的數(shù)據(jù)輸出到總線 [11]。三態(tài)。 特點： 8 位串行輸入 /8 位串行或并行輸出；存儲狀態(tài)寄存器，三種狀態(tài)；輸出寄存器（三態(tài)輸出：就是具有高電平、低電平和高阻抗三種輸出狀態(tài)的門電路。 引腳說明： Q0Q7： 8 位并行數(shù)據(jù)輸出，其中 Q0 為第 15 腳 。 Q7’：第 9 腳，串行數(shù)據(jù)輸出 。 SHCP：第 11 腳，移位寄存器時鐘輸入 。 11 OE：第 13 腳，輸出有效（低電平） 。 VCC：第 16 腳，電源 。外接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但是外接電容的大小會影響振蕩器的頻率高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性，因此我們選用 30pF 的電容作為起振電容。 DS12C887 時鐘電路設計 本系統(tǒng)采用 DS12C887 時鐘芯片定時及計時功能， DS12C887 時鐘芯片共需要 13條信號線。 MOT：模式選擇腳，本系統(tǒng)采用 Intel模式。 AD0～ AD7：復用地址數(shù)據(jù)總線，該總線采用分時復用技術(shù)，在總線周期的前半部分，出現(xiàn)在 AD0～ AD7 上的是地址信息，可用以選通 DS12C887 內(nèi)的 RAM，總線周期的后半部分出現(xiàn)在 AD0～ AD7 上的數(shù)據(jù)信息。 DS/RD：數(shù)據(jù)選擇或讀輸入腳，該引腳有兩種工作模式，當 MOT接 GND 時，選用Intel 工作模式，在該模式中，該引腳 是讀允許輸入腳。 CS：片選輸入，低電平有效。 時鐘電路如圖 所示： 13 圖 DS12C887 時鐘電路 點陣顯示電路設計 顯示 部分包括了一塊顯示屏，以及驅(qū)動該顯示屏的驅(qū)動電路。 LED 顯示屏是由一個一個的發(fā)光二極管點陣構(gòu)成的，要構(gòu)成大屏幕的 LED顯示屏就需要多個發(fā)光二極管。目前市場上普遍采用的點陣模塊有 8 1616 幾種；這兩種屏幕構(gòu)成方法各有有缺點，單個發(fā)光二極管構(gòu)成顯 示屏優(yōu)點在于當單個的發(fā)光二極管出現(xiàn)問題時只需更換一個二極管即可，檢修的成本較低，缺點在于連接線路復雜；而點陣模塊構(gòu)成的方法卻正好與之