課程設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程控制

1、基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程控制作者： 劉嘉合作者： 高光杰 張志杰 張博晨指導(dǎo)教師：吳晶晶摘要：近年來(lái)由于電子信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)居住環(huán)境方便快捷的要求越來(lái)越高，智能住宅控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。智能住宅控制系統(tǒng)將現(xiàn)代電子技術(shù)、通訊技術(shù)、“物聯(lián)網(wǎng)”控制技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)有機(jī)融合，通過(guò)對(duì)智能家居照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和管理，為用戶提供安全舒適、高效便利的家居生活環(huán)境。本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的智能家居照明系統(tǒng)可以根據(jù)人們的需求，完成住宅照明系統(tǒng)的智能化控制。1.引 言隨著物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)的普及以及技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)被越越來(lái)越多人所關(guān)注。智能家居照明系統(tǒng)是家居智能控制的重要部分，它主要包括一

2、個(gè)照明控制器，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。它能控制整個(gè)照明系統(tǒng)中的所有的照明設(shè)備，通過(guò)控制器，可自由轉(zhuǎn)換場(chǎng)景設(shè)定，同時(shí)該系統(tǒng)可以在一個(gè)房間控制全部的燈具，也可以遠(yuǎn)程通過(guò)因特網(wǎng)進(jìn)行控制，創(chuàng)造適合的照明度且有效節(jié)約能源。我們通過(guò)使用家庭服務(wù)器，鍵盤(pán)，極大地提高了對(duì)照明控制系統(tǒng)的控制程度以及實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的最終目的，同時(shí)智能家居照明系統(tǒng)也使得家居生活變得更加舒適、便捷。2計(jì)算機(jī)通信及“物聯(lián)網(wǎng)”通信21 計(jì)算機(jī)通信 隨著多微機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，計(jì)算機(jī)的通信功能越來(lái)越顯得重要。計(jì)算機(jī)通信是將計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的相結(jié)合，完成計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備或計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的信息交換，可以分為兩大類：并行

3、通信與串行通信。并行通信通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行傳送 , 并行通信控制簡(jiǎn)單、傳輸速度快，由于傳輸線較多長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本高且接收方的各位同時(shí)接收存在一定的困難。串行通訊傳輸線少，長(zhǎng)距離傳送時(shí)成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備所以本設(shè)計(jì)采用串口與單片機(jī)進(jìn)行通信1。2. 2 物聯(lián)網(wǎng)通信近年來(lái)由于網(wǎng)絡(luò)的普及和廣泛的應(yīng)用，在這個(gè)基礎(chǔ)上產(chǎn)生了“物聯(lián)網(wǎng)”。2 “物聯(lián)網(wǎng)”是通過(guò)射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。“物聯(lián)網(wǎng)”概念是在“互聯(lián)網(wǎng)”概念的基礎(chǔ)

4、上，將其用戶端延伸和擴(kuò)展到任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念。本設(shè)計(jì)就是基于以上兩種理論進(jìn)行設(shè)計(jì)的，通過(guò)計(jì)算機(jī)的串行通信，將智能家居照明系統(tǒng)的硬件電路與服務(wù)器進(jìn)行連接，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)連接的照明系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程的信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、跟蹤、監(jiān)控和管理的目的。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 基本功能該智能家居照明系統(tǒng)具有普通的照明控制功能外，還可進(jìn)行調(diào)光，模式設(shè)定，提高家庭的生活質(zhì)量，大大改善生活的品位。可通過(guò)鍵盤(pán)，因特網(wǎng)進(jìn)行控制，提高照明的有效利用，效果明顯。同時(shí)在夜間未能及時(shí)回家時(shí)，可通過(guò)因特網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)燈，防止家里因無(wú)人而無(wú)燈，防止竊賊入室之隱患。同時(shí)本系統(tǒng)還具備家居環(huán)境溫度的

5、采集與傳輸功能；預(yù)留了無(wú)線通信端口，可外接無(wú)線傳輸模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。使系統(tǒng)更加完善。3.2 系統(tǒng)框圖圖1智能家居照明系統(tǒng)原理框圖本系框圖如圖1所示，該產(chǎn)品主要是由單片機(jī)89s52來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，其結(jié)構(gòu)主要由按鍵控制、服務(wù)器、電平變換電路、液晶顯示電路、電源控制電路組成。其各主要部分的功能如下：按鍵控制：按下s1鍵可以選擇相應(yīng)的功能狀態(tài)，s2、s3為菜單設(shè)置按鍵，可以對(duì)燈光場(chǎng)景等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；服務(wù)器：用另一臺(tái)電腦通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)器以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制服務(wù)器。電平變換電路：由于單片機(jī)的輸入、輸出電平為ttl電平，與服務(wù)器（pc機(jī)）rs-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口的電氣規(guī)范不一致，因此要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與pc機(jī)

6、之間的數(shù)據(jù)通信，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。液晶顯示電路：采用12864液晶實(shí)時(shí)的將系統(tǒng)的工作狀態(tài)與數(shù)據(jù)直觀的顯示出來(lái)。電源控制電路：通過(guò)單片機(jī)控制電源電路從而達(dá)到控制燈具的明暗。3.3原理電路設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)說(shuō)明圖2智能家居照明系統(tǒng)原理圖 整個(gè)系統(tǒng)的原理圖如圖2所示，具體各模塊的電路圖及功能說(shuō)明如下：3.2.1 按鍵控制電路：本設(shè)計(jì)采用鍵盤(pán)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，以達(dá)到智能控制的目的。在單片機(jī)中的鍵盤(pán)分為兩種:一種是獨(dú)立式,另一種是行列式3。由于本設(shè)計(jì)只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)修改，為了節(jié)省單片機(jī)i/o資源所以本系統(tǒng)采用獨(dú)立式的鍵盤(pán)，當(dāng)有按鍵按下時(shí)電路原有的高電平轉(zhuǎn)變成低電平單片機(jī)檢測(cè)到這一變化并執(zhí)行相應(yīng)的程序，電路

7、有3個(gè)按鍵，一個(gè)用來(lái)進(jìn)行上翻，一個(gè)用來(lái)進(jìn)行下查，另一個(gè)用來(lái)進(jìn)行選擇，按鍵將外圍硬件與單片機(jī)相連接已達(dá)到利用外圍硬件控制電路的目的，按下s1鍵可以選擇相應(yīng)的功能狀態(tài)，s2、s3為菜單設(shè)置按鍵，可以對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行設(shè)置。電路如圖3所示。圖3按鍵控制3.2.2電平變換電路：大多數(shù)pc機(jī)都有一個(gè)串行通訊端口rs-232，用于兩臺(tái)計(jì)算機(jī)間進(jìn)行串行通訊。rs - 232通訊接口是一種標(biāo)準(zhǔn)化的串行接口，是為遠(yuǎn)程通訊連接終端設(shè)備與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備定義的物理接口。rs-232采用非平衡連接(又稱為單端線路)，在這個(gè)線路中，信號(hào)電壓加到一條導(dǎo)線上，所有的信號(hào)電壓都使用一個(gè)公共的接地線。為了提高抗干擾能力和增加傳送距離，

8、rs-232的每個(gè)腳線的信號(hào)和電平規(guī)定采用負(fù)邏輯電平，dc(-15-5v)規(guī)定為邏輯“1”,dc(+ 5+15v)規(guī)定為邏輯“0”, dc(-5+5v)規(guī)定為過(guò)渡區(qū)。由于單片機(jī)的輸入、輸出電平為ttl電平，與 pc機(jī)rs-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口的電氣規(guī)范不一致，因此要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與pc機(jī)之間的數(shù)據(jù)通讀，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。一般常用的電平轉(zhuǎn)換器件有mc1488、mc1489及max232等，但mc1488、mc1489需要12v電源，這對(duì)于不具備12v電源的單片機(jī)系統(tǒng)是非常不便的。故使用max232實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換4。電路如圖4所示。圖4電平轉(zhuǎn)換電路3.2.3液晶顯示電路：在單片機(jī)顯示電路中最為常用的是數(shù)碼

9、管顯示和液晶顯示，因?yàn)閿?shù)碼顯示的信息量比較單一而且還需外加相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路這樣就會(huì)加大電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)編程的不便，為了能更便捷更好的將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)本設(shè)計(jì)采用12864點(diǎn)陣液晶顯示5。 這樣就能直觀的了解到當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)和環(huán)境溫度，為了節(jié)約單片機(jī)的管腳數(shù)量，本設(shè)計(jì)采用串行數(shù)據(jù)輸入，使用12684點(diǎn)陣液晶顯示，將單片機(jī)中輸出的信號(hào)即系統(tǒng)狀態(tài)和當(dāng)前溫度顯示出來(lái)。顯示電路原理圖如圖5所示。圖5液晶顯示電路3.2.4電源控制電路：本設(shè)計(jì)所控制的核心器件就是燈具，由于照明燈具采用交流220v供電，單片機(jī)所發(fā)出的控制信號(hào)只有幾毫安，無(wú)法控制大電流高電壓的設(shè)備6，所以在本設(shè)計(jì)中只能采用直流與交流分別控制

10、的方法故采用光耦與可控硅來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，由于可控硅的觸發(fā)電平很小單片機(jī)所發(fā)出信號(hào)經(jīng)光耦完全能控制可控硅，當(dāng)可控硅接到控制信號(hào)并導(dǎo)通燈具接通電源并點(diǎn)亮，因?yàn)榭晒怦詈芎玫膶⒅绷髋c交流隔離開(kāi)兩種電源不會(huì)相互影響。電路原理圖如圖6所示。 圖6電源控制電路4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)單片機(jī)部分是用keil軟件進(jìn)行編寫(xiě)的，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖7所示。圖7系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖5軟件操作步驟5.1 操作界面設(shè)計(jì) 為了能更好的通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與數(shù)據(jù)的采集本系統(tǒng)用visual basic2005編寫(xiě)了服務(wù)端程序和客戶端程序，將照明系統(tǒng)用串口數(shù)據(jù)線與服務(wù)器連接并接通電源，在分別將這兩個(gè)應(yīng)用程序安裝到服務(wù)器和電腦上，安裝

11、成功后出現(xiàn)的界面如圖8、圖9所示。通過(guò)設(shè)定服務(wù)端的監(jiān)聽(tīng)端口號(hào)及通信端口以及本機(jī)的ip，即可通過(guò)客戶端對(duì)服務(wù)端進(jìn)行遠(yuǎn)程連接。圖8 服務(wù)端操作界面圖9客戶端操作界面5.2使用要點(diǎn)首先確定監(jiān)聽(tīng)端口號(hào)400并設(shè)定通信端口com1和輸入本機(jī)ip地址:127.0.0.1（根據(jù)電腦ip地址來(lái)設(shè)定）。如圖10所示。圖10 服務(wù)端等待鏈接中將鏈接地址127.0.0.1和通信端400設(shè)置好，如圖11所示。圖11 客戶端等待鏈接中點(diǎn)擊監(jiān)聽(tīng)選項(xiàng)，出現(xiàn)的界面如圖12所示，這時(shí)燈具就會(huì)點(diǎn)亮。圖12 鏈接成功6.系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值該項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)在于將現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、智能控制技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)有機(jī)融合，通過(guò)對(duì)智能安防系統(tǒng)的檢

12、測(cè)和控制，為人民提供安全舒適、高效便利的生活工作環(huán)境。智能家居照明系統(tǒng)是電子信息技術(shù)的重要組成部分，它可以根據(jù)人們的需求，把日常生活中經(jīng)常涉及的安防控制手段融合在一起，通過(guò)嵌入式系統(tǒng)接入到internet交互通信完成家庭或辦公場(chǎng)所的智能家居照明控制。通過(guò)嵌入式技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，為生活提供了安全便捷的環(huán)境。7.結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)的基于“物聯(lián)網(wǎng)”控制的智能燈光照明系統(tǒng)的主控板由雙路可調(diào)直流穩(wěn)壓電源供電，照明燈具由市電提供，用戶可在遠(yuǎn)程通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)自己家中的照明系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。該設(shè)計(jì)跟以往的智能燈光照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)有所不同，本設(shè)計(jì)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，不僅提高照明的有效性，同時(shí)還減少了不必要的資源浪費(fèi)。在夜間未能及時(shí)回家時(shí)，可通過(guò)因特網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程開(kāi)燈，防止家里因無(wú)人而無(wú)燈，防止竊賊入室之隱患。本設(shè)計(jì)基本上完成了預(yù)定的目標(biāo)，“物聯(lián)網(wǎng)”是現(xiàn)在最熱門(mén)的技術(shù)，本設(shè)計(jì)的這個(gè)智能照明系統(tǒng)雖然很簡(jiǎn)單，但是通過(guò)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)可以控制更多的電子設(shè)備。例如，本系統(tǒng)具備功耗低的特點(diǎn)，供電部分還可以采用太陽(yáng)能電池系統(tǒng)作為供電單元，使其具備自給能力。參考書(shū)目1馮博琴，吳寧微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)m北京:清華大學(xué)出版社，2007。2 張飛舟，楊東凱，陳智物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)論北京：電子工業(yè)出版社，2010。：3高吉祥等電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)（第二版