智能家居畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘要智能家居系統(tǒng)采用電子傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，對(duì)用戶(hù)提供全方位的服務(wù)，同時(shí)對(duì)住房?jī)?nèi)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。它包括家庭內(nèi)部信息傳輸系統(tǒng)、家庭報(bào)警、顯示系統(tǒng)及智能傳感/執(zhí)行設(shè)備等幾個(gè)部分。本文所做的智能家居控制系統(tǒng)包括室內(nèi)信息智能監(jiān)控功能、輸入與實(shí)時(shí)顯示功能、智能報(bào)警和通訊報(bào)警等。本文將整個(gè)系統(tǒng)分為主機(jī)部分和分機(jī)部分，以at89c51單片機(jī)為主控器件，兩部分之間通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主機(jī)部分是系統(tǒng)的核心部分，通過(guò)鍵盤(pán)輸入模塊對(duì)系統(tǒng)溫濕度的進(jìn)行初始化設(shè)置，并利用lcd顯示模塊對(duì)室內(nèi)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，本部分還具有溫濕度控制和煤氣閥開(kāi)關(guān)控制的功能，對(duì)于異常情況，系統(tǒng)可通過(guò)聲光報(bào)警模

2、塊進(jìn)行報(bào)警提示，情形嚴(yán)重的可通過(guò)電話(huà)撥號(hào)模塊通知用戶(hù)、物業(yè)或相關(guān)部門(mén)。分機(jī)部分是系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)部分，主要是通過(guò)溫濕度傳感器、氣體傳感器和煙霧傳感器對(duì)室內(nèi)信號(hào)進(jìn)行采集，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊模塊ptr8000將信息傳送給主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家居的智能控制。通過(guò)本文的研究，使得整個(gè)智能家居控制系統(tǒng)得到了進(jìn)一步完善！關(guān)鍵詞：at89c51；智能控制；傳感器；無(wú)線(xiàn)通訊關(guān)鍵詞是為了文獻(xiàn)標(biāo)引工作從論文中選取出來(lái)用以表示全文主題內(nèi)容信息款目的單詞或術(shù)語(yǔ)。如有可能，應(yīng)盡量用漢語(yǔ)主題詞表等詞表提供的規(guī)范詞。不用此信息時(shí)，刪除此框。abstractintelligent home system uses electronic sen

3、sing technology, computer technology and information transfer technology to provide a full range of services, and at the same time to monitor the situation of housing and real-time management. it includes family information transmission systems, home alarm, display system and intelligent sensor / eq

4、uipment such as the implementation of several parts.the intelligent home control system made in this article including an indoor information intelligent monitoring, input and display real-time, intelligent alarm and communications alarm. it is divided into host part and extension part, and make the

5、at89c51 single-chip as the main control unit, the two parts exchange data for each other through the wireless communication module.the host part is the core of the system, initialize the temperature and humidity settings through the keyboard input module of the system, and use the lcd display module

6、 for the real-time display of indoor situation, this part also have the control functions for temperature, humidity and gas valve switch, for anomalies, the system also can alarm by sound and light alarm module. for the serious situation, the system also can inform the users, property or related sec

7、tors by telephone dial-up module.extension is the monitoring part of the system, it collect the indoor signal through temperature and humidity sensors, gas sensors and smoke sensors, and transport the information to the host through wireless communication module ptr8000 , to achieve intelligent cont

8、rol of home.through the study of this article, the entire intelligent home control system has been further improved!key words：at89c51; intelligent control; sensor；wireless communication- 4 -目錄摘要1abstract2引言11 緒論21.1 研究智能家居的意義21.2 國(guó)內(nèi)外智能家居的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)21.2.1 國(guó)內(nèi)外智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀21.2.2 智能家居的發(fā)展趨勢(shì)32 智能家居控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)52.1

9、 at89c51單片機(jī)52.2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)63 硬件設(shè)計(jì)73.1 主機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)73.1.1 可編程并行i/o口的擴(kuò)展73.1.2 鍵盤(pán)接口電路設(shè)計(jì)83.1.3 液晶顯示模塊93.1.4 聲光報(bào)警113.1.5 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)123.1.6 電磁閥控制模塊的設(shè)計(jì)143.1.7 溫濕度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)153.2 分機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)163.2.1 a/d轉(zhuǎn)換芯片173.2.2 溫濕度傳感器sht11183.2.3 氣體傳感器203.2.4 煙霧傳感器223.3 主機(jī)與分機(jī)通訊部分223.4 電源模塊的設(shè)計(jì)244 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)254.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的介紹254.2 主機(jī)系統(tǒng)部分的軟件

10、設(shè)計(jì)254.2.1 鍵盤(pán)輸入模塊的軟件設(shè)計(jì)264.2.2 lcd液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)284.2.3 mt8888的軟件設(shè)計(jì)304.3 分機(jī)系統(tǒng)的軟件334.3.1 溫濕度檢測(cè)模塊的軟件設(shè)計(jì)334.3.2 氣體檢測(cè)364.3.3 分機(jī)數(shù)據(jù)傳輸374.4 nrf905無(wú)線(xiàn)通訊的軟件設(shè)計(jì)385 系統(tǒng)的抗干擾能力設(shè)計(jì)405.1 單片機(jī)系統(tǒng)硬件的抗干擾405.2 單片機(jī)系統(tǒng)軟件的抗干擾40結(jié)論42參 考 文 獻(xiàn)43附錄a主機(jī)部分電氣原理圖45附錄b分機(jī)部分電氣原理圖46附錄c主機(jī)部分主流程圖47附錄d分機(jī)部分主流程圖48附錄e部分初始化源程序49致謝52引言隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人

11、們對(duì)居住環(huán)境的要求正在從追求居室空間寬大和裝飾豪華向著追求品味、安全、舒適、便捷和智能方向發(fā)展。單個(gè)家用電器的自動(dòng)化已不能完全滿(mǎn)足人們的需求，家電網(wǎng)絡(luò)化就成為必然的趨勢(shì)，于是智能家居、智能住宅、數(shù)字家園網(wǎng)絡(luò)化住宅、家庭網(wǎng)絡(luò)、數(shù)碼家庭等概念在國(guó)內(nèi)外被廣泛提出，各種新技術(shù)在家庭智能化系統(tǒng)中不斷得到應(yīng)用。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)和廠商已經(jīng)意識(shí)到家庭安全的重要性，把智能家居作為一個(gè)極其重要的方向來(lái)考慮，并紛紛投入技術(shù)力量和資金對(duì)其進(jìn)行研究和產(chǎn)業(yè)化。通過(guò)對(duì)智能家居的進(jìn)一步研究，達(dá)到對(duì)家庭的安全方面進(jìn)行智能控制的目的。本文所研究的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)智能家居控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；對(duì)室內(nèi)

12、溫濕度信號(hào)、煙霧信號(hào)和氣體信號(hào)的采集；并能夠?qū)κ覂?nèi)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；具有對(duì)溫濕度智能控制和氣體泄漏智能控制功能；在異常情況下，能夠進(jìn)行聲光報(bào)警和遠(yuǎn)程報(bào)警的功能。1 緒論1.1 研究智能家居的意義隨著人們生活水平的不斷提高，人們不斷的對(duì)居住環(huán)境提出更高的要求，越來(lái)越注重家庭生活中每個(gè)成員的舒適、安全與便利，因此從市場(chǎng)需求的角度看，智能家居必然是前景廣闊1?？v覽中國(guó)的智能家居市場(chǎng)，我覺(jué)得現(xiàn)在呈現(xiàn)出以下幾個(gè)特點(diǎn)：沒(méi)有形成統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各大、中、小廠家各自為政，種類(lèi)繁多且互不兼容的產(chǎn)品充斥市場(chǎng)，形成春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代諸侯爭(zhēng)霸的分割局面。廠家多集中在東部沿海地區(qū)，且沒(méi)有形成規(guī)模化生產(chǎn)，產(chǎn)品銷(xiāo)量不大，與國(guó)外產(chǎn)

13、品相比品牌的影響力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。市場(chǎng)分布極不平均。沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和內(nèi)地大中城市的市場(chǎng)活躍，人們大多接受智能家居的概念；北方和西部地區(qū)則遜色許多，但是市場(chǎng)潛力巨大。隨著房地產(chǎn)市場(chǎng)的穩(wěn)中有升，新樓盤(pán)的火爆開(kāi)發(fā)，房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商和投資商日益重視智能家居的廣泛應(yīng)用。實(shí)際生活當(dāng)中的家居智能化與理想的智能化差距甚大。隨著未來(lái)幾十年的蓬勃發(fā)展，將使智能化家具系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。對(duì)于智能化家具的研究，將在理論上推動(dòng)智能化技術(shù)在家具領(lǐng)域的縱深發(fā)展，并為各類(lèi)智能化家具新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供一定理論依據(jù)，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，大大豐富并充實(shí)了家具系統(tǒng)理論。到目前為止，國(guó)內(nèi)外尚未有學(xué)者進(jìn)行智能化家具的系統(tǒng)研究，因

14、此以此作為主要研究?jī)?nèi)容具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。1.2 國(guó)內(nèi)外智能家居的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.2.1 國(guó)內(nèi)外智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀人類(lèi)在追求高度物質(zhì)文明的同時(shí)，更加追求環(huán)境綠色化、生活信息化。安全、舒適、方便、現(xiàn)代的家居環(huán)境已成為 21 世紀(jì)居家生活的象征。進(jìn)入 21 世紀(jì)，日新月異的現(xiàn)代科技的力量，打破了傳統(tǒng)的時(shí)空界限，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和層出不窮的信息技術(shù)，改變了人類(lèi)的生產(chǎn)、生活方式，科技正以超乎想象的速度深刻地影響著人類(lèi)的思維模式和生存狀態(tài)。住宅作為人類(lèi)生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，必將受到信息技術(shù)的沖擊和影響，傳統(tǒng)住宅己不能滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)其使用功能及其所能提供的環(huán)境的更高要求，未來(lái)住宅應(yīng)是高科技與傳統(tǒng)技術(shù)的有機(jī)融合體：不僅

15、功能齊全、居住舒適、使用方便，而且安全節(jié)能，有益人類(lèi)健康和自然生態(tài)環(huán)境2。目前，智能技術(shù)在家具行業(yè)中已經(jīng)得到初步應(yīng)用，一些智能化家具的雛形或前期產(chǎn)品己經(jīng)出現(xiàn)。國(guó)外，如愛(ài)爾蘭的蘭開(kāi)斯特大學(xué)與蘇黎世、德國(guó)、瑞典及芬蘭等學(xué)府合作，開(kāi)發(fā)了一系列“智能家具”。用“智能沙發(fā)”可以開(kāi)啟電視機(jī)、激活電話(huà)錄音機(jī)，還可以認(rèn)出是誰(shuí)坐在沙發(fā)上，懂得說(shuō)歡迎辭，甚至根據(jù)輸入的程序自動(dòng)喚醒躺在特定位置的病人?！爸悄軙?shū)架”會(huì)在負(fù)荷過(guò)重時(shí)做出投訴“智能藥品柜”會(huì)在藥物過(guò)期時(shí)發(fā)出警告。美國(guó)紐約現(xiàn)代博物館展館中央放著一張智能化桌子，里面裝了多個(gè)芯片及多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，通過(guò)感應(yīng)手的動(dòng)作，控制有信息裝置的特定物體。德國(guó)烏爾姆大學(xué)的一個(gè)研

16、究小組研制出了一種智能輪椅，它是通過(guò)一個(gè)高度發(fā)達(dá)的導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，這一系統(tǒng)利用它的傳感器和激光儀連續(xù)不斷地搜索其周?chē)恼系K物，利用一個(gè)小型計(jì)算機(jī)分析出如何選擇穿過(guò)人群的路線(xiàn)。這種輪椅能自動(dòng)穿過(guò)擁擠的火車(chē)站大廳，而不會(huì)與人相撞。我國(guó)在智能化家具方面也作了一些初步探索，有些先進(jìn)家具企業(yè)也開(kāi)發(fā)了一些簡(jiǎn)單的智能化家具產(chǎn)品。智能化家具必然是世紀(jì)發(fā)展的趨勢(shì)。例如，深圳市大富豪實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，正以“富之島小狗第一”的旗幟在國(guó)內(nèi)率先推出了智能嬰兒床，能在嬰兒尿床時(shí)立即發(fā)出溫馨警報(bào)、能夠定時(shí)自動(dòng)彈起的懶漢床、能夠接受聲音指令的智能按摩床、能教人化妝的梳妝臺(tái)等等眾多新款智能家具。這些家具之所以具有智能，除了傳感

17、器和硬件控制電路以外，單片機(jī)發(fā)揮了大腦指揮作用。總之，我國(guó)的家具智能化水平還處在起步和嘗試階段，具體表現(xiàn)在基礎(chǔ)比較薄弱、技術(shù)含量低等方面。國(guó)內(nèi)家具智能化的研究?jī)H僅停留在概要性論述和一些簡(jiǎn)單產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的層面上，缺乏系統(tǒng)的理論研究，有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。 1.2.2 智能家居的發(fā)展趨勢(shì)我們都知道，智能家居目前已取得了初步的成功，但是離“智能化”還有很長(zhǎng)的距離，智能家居的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)方向：1. 網(wǎng)絡(luò)化每一個(gè)大大小小的家電都有固定的網(wǎng)絡(luò)地址，可以隨時(shí)控制，網(wǎng)絡(luò)化是信息技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是智能家居的一個(gè)重要條件。2. 智能化、人性化隨著人工智能的不斷發(fā)展和機(jī)器人的出現(xiàn),使得智

18、能化不再是一個(gè)神話(huà)，智能化是智能控制發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此，家居的智能化也必然向智能化方向發(fā)展；智能家居是it技術(shù)(特別是計(jì)算機(jī)技術(shù))、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù))向傳統(tǒng)家電產(chǎn)業(yè)滲透發(fā)展的必然結(jié)果。智能化應(yīng)服務(wù)于人們的生活，因此應(yīng)更全面、更富有人性化，因此也是智能家居未來(lái)的一個(gè)發(fā)展方向。3. 節(jié)能環(huán)保智能化的本質(zhì)之一是降低成本和提高效率,節(jié)能是降低成本的關(guān)鍵技術(shù)；綠色、環(huán)保、節(jié)能將成為未來(lái)家居的重要考核指標(biāo),甚至是首要考慮因素。在住宅實(shí)現(xiàn)了基本智能化后，綠色生態(tài)住宅成為必然的追求目標(biāo)。提高生活環(huán)境的質(zhì)量，這些也是其未來(lái)發(fā)展必須考慮的因素。4. 一體化家居智能化需滿(mǎn)足自動(dòng)化管理、安全防范監(jiān)控、火災(zāi)報(bào)警、對(duì)

19、講呼叫、設(shè)備監(jiān)控等內(nèi)容，把它們智能化功能集成,從而降低成本，也是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向。5. 規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化由于智能家居發(fā)展較晚，新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還在制定之中，規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化是智能家居快速發(fā)展，走入國(guó)際市場(chǎng)的必由之路。6. 成本低廉化2 智能家居控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1 at89c51單片機(jī)1. at89c51單片機(jī)簡(jiǎn)介本系統(tǒng)采用由美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能的cmos 8位at89c51單片機(jī)，at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓

20、，高性能cmos8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器34。引腳排列如圖2.1所示。圖2.1 at89c51引腳圖2. at89c51單片機(jī)的主要特性 l 4k字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 l 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán) l 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 l 全靜態(tài)工作：0hz-24hz l 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 l 128×8位內(nèi)部ram l 32可編程i/o線(xiàn) l 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 l 5個(gè)中斷源 l 可編程串行通道 l 低功耗的閑置和掉電模式 l 片內(nèi)振蕩器和時(shí)

21、鐘電路2.2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)智能家居控制系統(tǒng)主要是在家庭安全方面起到智能控制的目的，本系統(tǒng)分為主機(jī)部分和分機(jī)部分。系統(tǒng)的整體框圖如圖2.2。主機(jī)部分首先可以通過(guò)鍵盤(pán)輸入模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化設(shè)置；其次，通過(guò)通訊模塊實(shí)現(xiàn)與分機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸；然后，主控元件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)lcd顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，使室內(nèi)情況一目了然；對(duì)于需要控制的情況可通過(guò)溫濕度控制模塊和煤氣閥開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制；對(duì)于危險(xiǎn)的情況也可以通過(guò)聲光報(bào)警模塊和遠(yuǎn)程報(bào)警模塊實(shí)現(xiàn)報(bào)警。分機(jī)部分是系統(tǒng)的執(zhí)行部分，其功能主要是對(duì)室內(nèi)的安防進(jìn)行監(jiān)控，首先是對(duì)溫濕度傳感器、氣體傳感器以及煙霧傳感器對(duì)室內(nèi)的溫濕度、氣體以及煙霧等信號(hào)進(jìn)行采集并作出判斷

22、，然后通過(guò)通訊模塊將檢測(cè)的結(jié)果傳送與主機(jī)系統(tǒng)。主機(jī)和分機(jī)之間采用無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行通訊，這樣可以省去傳統(tǒng)的在家居內(nèi)走線(xiàn)的弊端，從而具有低成本和組網(wǎng)方便的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)選用射頻技術(shù)，因其具有省電、可靠、低成本、時(shí)延短等優(yōu)點(diǎn)。圖2.2 系統(tǒng)整體框圖3 硬件設(shè)計(jì)正確可行的硬件設(shè)計(jì)是整個(gè)智能家居系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)和主要部分。一個(gè)好的可靠的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，應(yīng)該能夠在系統(tǒng)分析時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)功能目標(biāo)的確定。另一方面，硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)要考慮到與軟件開(kāi)發(fā)相協(xié)調(diào)的問(wèn)題，在保證軟件設(shè)計(jì)正確和簡(jiǎn)明的同時(shí)，也必須考慮到該硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)的可行性和難度。3.1 主機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主機(jī)系統(tǒng)主要部件有主控器件at89c51、鍵盤(pán)輸入模塊

23、、lcd液晶顯示器、報(bào)警系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)通訊模塊等。當(dāng)家庭內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)情況時(shí)，系統(tǒng)不僅能及時(shí)的做出聲光報(bào)警警戒人們，而且還具有對(duì)外通訊的功能，以此通知有關(guān)部門(mén)。所以系統(tǒng)對(duì)報(bào)警系統(tǒng)分為聲光報(bào)警和自動(dòng)報(bào)警兩部分?？紤]到主控器件的i/o接口數(shù)量的限制,所以主機(jī)部分采用可編程并行i/o擴(kuò)展芯片8255a對(duì)i/o接口進(jìn)行擴(kuò)展，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)。3.1.1 可編程并行i/o口的擴(kuò)展在本系統(tǒng)中，8255a的a0、a1端分別接地址鎖存器74ls373的地址線(xiàn)的q0、q1，cs與單片機(jī)的p2.0相連，數(shù)據(jù)線(xiàn)和p0口相連，讀寫(xiě)線(xiàn)和單片機(jī)的對(duì)應(yīng)讀寫(xiě)線(xiàn)相連，這樣8255a的口地址為：a：0a00h，b口：0a01h，

24、c口：0a02h，控制口：0a03h。8255a與單片機(jī)的接線(xiàn)圖如下圖3.1所示5。圖3.1 8255a與單片機(jī)的接線(xiàn)圖3.1.2 鍵盤(pán)接口電路設(shè)計(jì)鍵盤(pán)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中是一個(gè)關(guān)鍵部件，它能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人機(jī)對(duì)話(huà)不可缺少的輸入方式之一。主機(jī)部分一共包含了18個(gè)鍵，其中包括一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位按鍵、一個(gè)由t1中斷實(shí)現(xiàn)的鍵盤(pán)啟動(dòng)鍵、10個(gè)數(shù)字鍵和5個(gè)功能鍵，其余的按鍵無(wú)效。5個(gè)功能鍵分別是:確認(rèn)鍵、退出鍵、溫度設(shè)定鍵、濕度設(shè)定鍵、火災(zāi)報(bào)警快捷鍵。在此我們采用4×4鍵盤(pán)，鍵盤(pán)與8255的pa口、pb口低四位相連，8255a的pa口作輸入，pb口的低四位作輸出。矩陣的4條列

25、線(xiàn)接到輸出端口b的低四位pb0-pb3，用程序能改變這4條列線(xiàn)上的電平。4條行線(xiàn)連到輸入端口a的pa0-pa3，4條列線(xiàn)同時(shí)接到輸入端口a的pa4-pa7上，這樣，用輸入指令讀取a口狀態(tài)時(shí)，可同時(shí)讀取鍵盤(pán)的行列信號(hào)。鍵盤(pán)接口電路如圖3.2所示6。圖3.2 鍵盤(pán)接口電路3.1.3 液晶顯示模塊本系統(tǒng)采用的顯示模塊是lcm128645zk，中文液晶顯示模塊lcm128645zk的字型rom內(nèi)含8192 個(gè)16*16點(diǎn)中文字型和128 個(gè)16*8半寬的字母符號(hào)字型；另外繪圖顯示畫(huà)面提供一個(gè)64*256點(diǎn)的繪圖區(qū)域gdram；而且內(nèi)含cgram提供 4組軟件可編程的16*16 點(diǎn)陣造字功能。電源操作范

26、圍寬2.7v-5.5v，低功耗設(shè)計(jì)可滿(mǎn)足產(chǎn)品的省電要求；同時(shí)與單片機(jī)等微控器的接口界面靈活（三種模式：并行8 位/4位，串行 3線(xiàn)/2線(xiàn)）。中文液晶顯示模塊具有上/下/左/右移動(dòng)當(dāng)前顯示屏幕及清除屏幕的命令，具有光標(biāo)顯示/閃爍控制命令及關(guān)閉顯示命令。預(yù)留多種控制線(xiàn)（復(fù)位/串并選擇/亮度調(diào)整）供用戶(hù)靈活使用。lcm128645zk的引腳說(shuō)明如表3.1。表3.1 lcm128645zk的引腳引腳名稱(chēng)方向說(shuō)明1gnd×地2vcc×邏輯電壓*3v0×lcd亮度調(diào)整，外接電阻端4rs(cs)i選擇寄存器(并行) 0：指令寄存器 1：數(shù)據(jù)寄存器片選(串行) 0：禁止 1：允許

27、5r/w(sid)i讀寫(xiě)控制腳(并行) 0：寫(xiě)入 1：讀 輸入串行數(shù)據(jù)(串行)6e(sclk)i讀寫(xiě)數(shù)據(jù)啟始腳(并行) 輸入串行脈沖(串行)7db0i/o數(shù)據(jù)線(xiàn)08db1i/o數(shù)據(jù)線(xiàn)19db2i/o數(shù)據(jù)線(xiàn)210db3i/o數(shù)據(jù)線(xiàn)311db4i/o數(shù)據(jù)線(xiàn)412db5i/o數(shù)據(jù)線(xiàn)513db6i/o數(shù)據(jù)線(xiàn)614db7i/o數(shù)據(jù)線(xiàn)7*15psbi控制界面 0：串行，1：并行8/4位16nc×未用續(xù)表3.1 lcm128645zk的引腳*17/rsti復(fù)位信號(hào)，低有效*18vr×lcd亮度調(diào)整，外接電阻端19led+×背光正極20led-×背光負(fù)極lcm12864

28、5zk具有兩種傳輸模式：并行傳輸模式和串行傳輸模式。1. 并行接口數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)psb腳接高電時(shí)（模塊背面s/p的短路電阻在“p”側(cè)） ，模塊將進(jìn)入并行傳輸模式；在并行傳輸模式下， 可由指令位 （dl flag） 來(lái)選擇8-bit 或4-bit接口， 主控制系統(tǒng)將配合 （rs， rw， e， db0.db7）來(lái)完成傳輸動(dòng)作。 在4-bit傳輸模式中，每一個(gè)八位的指令或資料都將被分為二組：較高4位(db7db4)的資料將會(huì)被放在第一組的(db7db4)部分，而較低4位(db3db0)的資料則會(huì)被放在第二組的(db7db4)部分，至于相關(guān)的另四位則在4-位傳輸模式中db3db0 介面未使用。 2. 串

29、行接口數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)psb腳接低電位（模塊背面s/p的短路電阻在“s”側(cè)），模塊將進(jìn)入串行模式；在串行模式下將使用二條傳輸線(xiàn)作串行資料的傳送，主控制系統(tǒng)將配合傳輸同步時(shí)鐘(sclk)與接收串行數(shù)據(jù)線(xiàn)(sid),來(lái)完成串行傳輸?shù)膭?dòng)作。本系統(tǒng)對(duì)lcm128645zk采用串行輸入模式，這樣可以節(jié)約系統(tǒng)的i/o引腳，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)雜性，使系統(tǒng)清晰易懂。在串行輸入模式下，lcm128645zk與主機(jī)的連接主要占用三個(gè)引腳，為合理利用系統(tǒng)i/o口，在此將lcm128645zk的片選端與74ls138的y3腳相連，實(shí)現(xiàn)片選。將sclk和sid分別與at89c51單片機(jī)的p26、p27相連，lcm128645zk與

30、主機(jī)的連接圖如圖3.3。 圖3.3 lcm128645zk與at89c51的連線(xiàn)圖3.1.4 聲光報(bào)警本系統(tǒng)中所涉及的聲光報(bào)警電路是由一個(gè)蜂鳴器與四個(gè)不同顏色的小燈組成。其中蜂鳴器連接在擴(kuò)展i/o口的pa口的pa0位上，可以根據(jù)不同情況(火災(zāi)、氣體泄漏等異常情況)，從pa0位輸出發(fā)出不同頻率的電平信號(hào)，實(shí)現(xiàn)聲音報(bào)警；三個(gè)光報(bào)警小燈與pa口的pa1-pa4三位相連，綠燈表示鍵盤(pán)設(shè)置指示、紅燈表示火災(zāi)報(bào)警、黃燈表示氣體泄漏報(bào)警。聲光報(bào)警電路與8255a的連接圖如圖3.4。圖3.4 聲光報(bào)警連線(xiàn)圖3.1.5 自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)智能家居的最終目的都是為“滿(mǎn)足人們對(duì)安全、舒適、方便、高效和符合綠色環(huán)境保護(hù)的需

31、求”，其中“方便”要求家庭內(nèi)部系統(tǒng)能夠通過(guò)家庭對(duì)外接口，實(shí)現(xiàn)家庭外部的通訊。家庭對(duì)外通信模塊在智能家居系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。具體來(lái)講， 該模塊的功能是提供一個(gè)家庭內(nèi)部與外部的通信鏈路，通信的內(nèi)容是數(shù)據(jù)信息或指令信息，常用的通信媒介有電話(huà)、gsm短信、internet 等。電話(huà)比 internet 更具有普及性和方便性，這是中國(guó)國(guó)情, 國(guó)內(nèi)信息家電的發(fā)展落后于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，家庭中信息家電的數(shù)量少，無(wú)需 internet 提供的寬帶數(shù)據(jù)通信鏈路。現(xiàn)階段家庭內(nèi)部智能化方面的需求主要是開(kāi)關(guān)家庭設(shè)備，例如電燈、窗簾。因此，在智能家居的遠(yuǎn)程通訊方面，電話(huà)通信具有更高的優(yōu)越性。綜上所述，本文選擇電話(huà)作

32、為智能家居外部通信的方式。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自動(dòng)撥號(hào)電路可根據(jù)不同的危情，通過(guò)電話(huà)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥打用戶(hù)事先設(shè)定的電話(huà)號(hào)碼(手機(jī)、固話(huà)等)，對(duì)所指定的機(jī)構(gòu)或人員發(fā)出求救信號(hào)，使救援人員采取相應(yīng)措施來(lái)制止事故。本系統(tǒng)在此方面的主要功能如下。報(bào)警優(yōu)先功能：主機(jī)與用戶(hù)電話(huà)機(jī)共用一條電話(huà)線(xiàn)，非報(bào)警時(shí)，不影響電話(huà)的正常使用，電話(huà)機(jī)的正常使用不影響也不干擾主機(jī)報(bào)警。主機(jī)報(bào)警時(shí)，優(yōu)先撥打報(bào)警電話(huà)。自動(dòng)撥號(hào)功能：當(dāng)主機(jī)接收到報(bào)警信號(hào)后，可自動(dòng)撥打預(yù)存的1-6組電話(huà)或手機(jī)號(hào)碼，每組11位數(shù)。自動(dòng)探測(cè)通話(huà)狀態(tài)：報(bào)警時(shí)自動(dòng)探測(cè)對(duì)方電話(huà)機(jī)的使用狀態(tài)，若對(duì)方為占線(xiàn)或響鈴后無(wú)人接，則保留跳過(guò)，等待下一輪續(xù)撥。本電話(huà)自動(dòng)撥號(hào)電路采用

33、mt8888芯片設(shè)計(jì)10：mt8888是采用cmos工藝生產(chǎn)的dtmf信號(hào)收發(fā)一體集成電路，它的發(fā)送部分采用信號(hào)失真小、頻率穩(wěn)定性高的開(kāi)關(guān)電容式d/a變換器，可發(fā)出16種雙音多頻dtmf信號(hào)。接收部分用于完成dtmf信號(hào)的接收、分離和譯碼，并以4位并行二進(jìn)制碼的方式輸出。mt8888芯片集成度高、功耗低，可調(diào)整雙音頻模式的占空比，能自動(dòng)抑制撥號(hào)音和調(diào)整信號(hào)增益，還帶有標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)，可與ttl電平兼容，并可方便地進(jìn)行編程控制。mt8888管腳排列如圖3.5所示。圖3.5 mt8888引腳圖mt8888引腳功能說(shuō)明：l in+：運(yùn)放正相輸入端l in-：運(yùn)放反相輸入端l gs：運(yùn)放輸出端l vr

34、ef：基準(zhǔn)電壓輸出端，電壓值為vcc/2l wr：寫(xiě)控制端，低電平有效，與ttl兼容l cs：片選端，低電平有效l rs0: 存儲(chǔ)器選擇輸入端，與ttl兼容l rd: 讀控制端，低電平有效，與ttl兼容l irq/cp: 中斷信號(hào)請(qǐng)求端l d0d3: 數(shù)據(jù)總線(xiàn)，在cs=1或rd=1時(shí)，處于高阻狀態(tài)，與ttl電平兼容l est: 初始控制輸出端l st/gt: 控制輸入/時(shí)間檢測(cè)輸出l vcc: +5v電源端mt8888提供了與intel微處理器相連的接口，以對(duì)其發(fā)送、接收和工作模式進(jìn)行控制。在電話(huà)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，mt8888與at89c51的接口電路參見(jiàn)圖3.6。它的接收部分采用單端輸入，由r

35、0、r1和c2組成，其輸入電壓增益為r1/r0=1，通過(guò)改變r(jià)1可調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的增益。它的發(fā)送部分由c3、r3、c4和xtal2構(gòu)成，其中xtal2為3.5795mhz的晶體振蕩器，負(fù)責(zé)產(chǎn)生全部16種標(biāo)準(zhǔn)雙音信號(hào)。它的控制部分由r4、c6構(gòu)成。另外，由于irq /cp端為開(kāi)源輸出，故要用上拉電阻r5，與單片機(jī)p2.4腳相連，用于監(jiān)測(cè)計(jì)數(shù)電話(huà)回路中信號(hào)音的方波個(gè)數(shù)。c3為去耦電容。dtmf in和dtmf out與電話(huà)接口電路相連。do-d3與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線(xiàn)p0.0-p0.3相連，完成數(shù)據(jù)的傳輸和控制命令的輸入，狀態(tài)的讀出等。wr、 rd引腳分別與單片機(jī)的同名引腳相連，以對(duì)該信芯片的讀寫(xiě)進(jìn)行控制

36、。cs為片選線(xiàn)，74ls138譯碼器的y4腳相連。rso引腳完成對(duì)該芯片內(nèi)部寄存器的選擇，與p2.5相連。圖3.6 撥號(hào)電路3.1.6 電磁閥控制模塊的設(shè)計(jì)電磁閥是控制燃?xì)忾_(kāi)啟的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)選用zd-20型電磁閥，它是一種雙穩(wěn)態(tài)高效節(jié)能型電磁閥，由3.6v鏗電池供電，具有點(diǎn)開(kāi)和點(diǎn)關(guān)的脈沖工作方式。一旦開(kāi)啟或關(guān)閉，可處于自保持狀態(tài)，無(wú)須電源供電。將電磁閥的控制端接到8255a的pc4位上，當(dāng)pc4腳輸出低電平時(shí)，三極管t，截止，電磁閥關(guān)閉：當(dāng)pc4腳為高電平時(shí)，三極管t，導(dǎo)通，電磁閥zd開(kāi)啟。通過(guò)電磁閥控制電路，單片機(jī)控制系統(tǒng)可以很方便地控制用戶(hù)能否用氣。其控制電路見(jiàn)圖3.7。圖3.7 電磁

37、閥控制電路圖3.1.7 溫濕度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)人體對(duì)溫度變化非常的敏感，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)引起人們的不適，特別對(duì)于老人和小孩尤其重要。根據(jù)有關(guān)測(cè)定，氣溫15-21時(shí)，是溫度環(huán)境的舒適區(qū)段，在這個(gè)區(qū)段里，體力消耗最小、工作效率最高、最適宜于人們的生活和工作。溫度控制是智能住宅系統(tǒng)的重要組成部分，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的溫度控制功能敘述如下：南方的冬天，溫度不致于太低，根據(jù)預(yù)設(shè)室內(nèi)溫度對(duì)空調(diào)自動(dòng)進(jìn)行啟/?？刂?，以達(dá)到最佳舒適度。而在北方，冬天的溫度是非常低的，絕大多數(shù)的地方是用暖氣供熱取暖。本系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的控制算法，控制暖氣上電動(dòng)閥開(kāi)通時(shí)間，從而達(dá)到控制溫度的作用。硬件設(shè)計(jì)中，用主機(jī)控制供暖設(shè)備進(jìn)水的電動(dòng)閥

38、門(mén)，選用kld公司的防潮微型電動(dòng)閥門(mén)。其工作電壓是dc3v到5v，因?yàn)殡妱?dòng)閥的耗電量小，可以與單片機(jī)共用同一個(gè)電源。其接線(xiàn)如圖3.8所示。圖3.8 電氣閥與8255a的連接圖用安裝在電動(dòng)閥的分機(jī)的兩個(gè)通用i/o端口來(lái)控制閥門(mén):pc5控制閥門(mén)開(kāi)，pc6控制閥門(mén)關(guān)。閥門(mén)的電源和地分別接系統(tǒng)的電源和地。本系統(tǒng)對(duì)濕度的控制類(lèi)似于對(duì)濕度的控制，通過(guò)控制加濕器啟停來(lái)控制調(diào)節(jié)。3.2 分機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)智能家居在滿(mǎn)足人們舒適、方便生活的同時(shí), 也要求為家庭提供安全防范方面的保障，因此，智能家居將家庭安全防范模塊定義為其四個(gè)基本模塊之一。家庭內(nèi)部環(huán)境安全體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用。家庭內(nèi)部環(huán)境安全的目標(biāo)

39、是：環(huán)境檢測(cè)、判斷與遠(yuǎn)程交互、報(bào)警。檢測(cè)的內(nèi)容包括可燃?xì)怏w濃度、有毒氣體濃度、二氧化碳濃度、一氧化碳濃度、甲烷濃度、火警，高檔家居還配有噪音、濕度、溫度等檢測(cè)內(nèi)容。所有對(duì)象數(shù)據(jù)都通過(guò)特定傳感器獲取，檢測(cè)的結(jié)果作為報(bào)警的依據(jù)，可以通過(guò)家庭對(duì)外通訊模塊將報(bào)警信息發(fā)送至用戶(hù)、小區(qū)物業(yè)或者相關(guān)部門(mén)，也可以通過(guò)電話(huà)直接報(bào)警。分機(jī)部分選型的方案是對(duì)于傳感器一級(jí)的檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，這部分有主控元件at89c51、a/d轉(zhuǎn)換電路adc0809、溫濕度傳感器sht11、氣體傳感器和煙霧傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)的防火和防煤氣泄漏等情況的檢測(cè)。 在本子系統(tǒng)中涉及多種傳感器，煙霧傳感器采集到的信號(hào)是模擬量，需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，本

40、設(shè)計(jì)采用具有8通道a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0809實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的轉(zhuǎn)換。 3.2.1 a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說(shuō)明各引腳功能：l in0in7：8路模擬量輸入端l 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端l adda、addb、addc：3位地址輸入線(xiàn)，用于選通8路模擬輸入中的一路l ale：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效l start：ad轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效l eoc： ad轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)ad轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）l oe：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)ad轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸

41、出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量l clk：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640khzl ref（+）、ref（-）：基準(zhǔn)電壓l vcc：電源，接5vl gnd：地本系統(tǒng)的adc0809的通道選擇地址a，b，c分別由at89c51的p0.0p0.2經(jīng)地址鎖存器74ls373輸出提供。當(dāng)p2.7=0時(shí)，與寫(xiě)信號(hào)wr和讀信號(hào)rd共同選通adc0809，在wr信號(hào)的前沿寫(xiě)入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。圖中adc0809的clk引腳經(jīng)d觸發(fā)器與at89c51的ale信號(hào)連在一起，為adc0809提供500khz的時(shí)鐘信號(hào)。圖中adc0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)eoc經(jīng)非門(mén)接到at89c51的p11引腳，當(dāng)a/d

42、轉(zhuǎn)換完成后，eoc變?yōu)楦唠娖剑硎巨D(zhuǎn)換結(jié)束，利用查詢(xún)的方式，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲(chǔ)單元。由圖可以看出，adc0809的采集通道in0-in7的地址為8000h-8007h。圖3.9 a/d轉(zhuǎn)換電路3.2.2 溫濕度傳感器sht11sht11芯片是瑞士sensirion公司生產(chǎn)的具有i2c總線(xiàn)接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式相對(duì)濕度和溫度傳感器。該傳感器采用獨(dú)特的cmossens技術(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點(diǎn)15。傳統(tǒng)的模擬式濕度傳感器一般都要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路并需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的校準(zhǔn)和標(biāo)定過(guò)程，因此測(cè)量精度難以保證，且在線(xiàn)性度、重復(fù)性、互換性、一致性等方面往往不盡人意。s

43、ht11傳感器將cmos芯片技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來(lái)，從而發(fā)揮出它們強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用。sht11溫濕度傳感器的主要特性如下：將溫濕度傳感器、信號(hào)放大調(diào)理、a/d轉(zhuǎn)換、i2c總線(xiàn)接口全部集成于一芯片(cmossens技術(shù))；可給出全校準(zhǔn)相對(duì)濕度及溫度值輸出；帶有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的i2c總線(xiàn)數(shù)字輸出接口；具有露點(diǎn)值計(jì)算輸出功能;具有卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性；濕度值輸出分辨率為14位，溫度值輸出分辨率為12位，并可編程為12位和8位；小體積 (7.65x5.08x23.5inln)，可表面貼裝；具有可靠的crc數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)功能；片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)系數(shù)可保證100%互換性；其電源電壓范圍為2.4-5.5v；電流消耗，測(cè)

44、量時(shí)為 550ua，平均為 28ua，休眠時(shí)為 3ua。sht11溫濕度傳感器采用smd(lcc)表面貼片封裝形式，管腳排列如圖3-10所示：圖3.10 sht11 引腳配置其引腳說(shuō)明如下：l gnd：接地端l data：雙向串行數(shù)據(jù)線(xiàn)l sck：串行時(shí)鐘輸入l vdd電源端：0.45.5v電源端l (58)nc：空管腳sht11的濕度檢測(cè)運(yùn)用電容式結(jié)構(gòu)，并采用具有不同保護(hù)的“微型結(jié)構(gòu)”檢測(cè)電極系統(tǒng)與聚合物覆蓋層來(lái)組成傳感器芯片的電容，除保持電容式濕敏器件的原有特性外，還可抵御來(lái)自外界的影響。由于它將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個(gè)單一的個(gè)體，因而測(cè)量精度較高且可精確得出露點(diǎn)，同時(shí)

45、不會(huì)產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。cmossens技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號(hào)放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、標(biāo)準(zhǔn)i2c總線(xiàn)等電路全部集成在一個(gè)芯片內(nèi)。由于將傳感器與電路部分結(jié)合在一起，因此，該傳感器具有比其它類(lèi)型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號(hào)強(qiáng)度的增加增強(qiáng)了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，而a/d轉(zhuǎn)換的同時(shí)完成，則降低了傳感器對(duì)干擾噪聲的敏感程度。其次在傳感器芯片內(nèi)裝載的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保證了每一只濕度傳感器都具有相同的功能，即具有100%的互換性。最后，傳感器可直接通過(guò)i2c總線(xiàn)與任何類(lèi)型的微處理器、微控制器系統(tǒng)連接，從而

46、減少了接口電路的硬件成本，簡(jiǎn)化了接口方式。在本設(shè)計(jì)中，由于at89c51不具備i2c總線(xiàn)接口，故使用單片機(jī)通用i/o口線(xiàn)來(lái)虛擬i2c總線(xiàn)，并利用p2.1來(lái)虛擬數(shù)據(jù)線(xiàn)data，利用p2.0口線(xiàn)來(lái)虛擬時(shí)鐘線(xiàn)sck，并在data端接入一只4.7k的上拉電阻，同時(shí)，在vcc及gnd端接入一只0.1f的去耦電容。下面給出連接線(xiàn)路圖如圖3.11。圖3.11 sht11與at89c51的連線(xiàn)圖3.2.3 氣體傳感器本文選用氣敏傳感器作為氣體檢測(cè)元件，通常使用的氣敏傳感器根據(jù)檢測(cè)方式可以分為好幾種類(lèi)型，其中半導(dǎo)體氣敏傳感器由于具有優(yōu)良的靈敏度、響應(yīng)特性和穩(wěn)定性，且使用方便而得到廣泛的應(yīng)用。本文采用af30l

47、/ 38l型氣敏傳感器作為檢測(cè)元件。af30l / 38l 是一種利用了氣敏檢測(cè)部分的表面氧化還原反應(yīng)使傳感元件電阻值發(fā)生變化的半導(dǎo)體氣敏傳感器。在清凈的空氣中, 由于半導(dǎo)體氣敏傳感器檢測(cè)部分的表面吸附著氧氣，因此在結(jié)晶粒子之間形成了一個(gè)較高的勢(shì)壘，從而使它的電導(dǎo)率下降；然而在被測(cè)氣體環(huán)境中，由于被測(cè)氣體與附吸的氧氣之間的氧化反應(yīng)，導(dǎo)致傳感器檢測(cè)部分表面吸附的氧氣減少，勢(shì)壘降低，致使元件電阻值變小，而且電阻值隨著被測(cè)氣體的濃度增大而下降。圖3.12給出了它的等效電路。圖3.12 af30l/38l外形圖af30l / 38l 探測(cè)器能敏感香煙的煙霧和刺激性氣體。af30l 對(duì)苯、氫、乙醇、二氧

48、化硫、氨、醋酸等氣體靈敏度依次減弱；af38l 探測(cè)器對(duì)乙醇、香煙煙霧、苯、醋酸、甲醛、氫等氣體靈敏度依次減弱。半導(dǎo)體氣敏傳感器在待測(cè)氣體中的電阻值與環(huán)境溫、濕度有關(guān)。一般情況下，當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，傳感器的電阻值較高；溫度高時(shí)電阻值低。而濕度低時(shí)電阻值高；濕度高時(shí)電阻值低。由于這一原因，即使在相同濃度的待測(cè)氣體中，傳感器的阻值也有所不同，因此必須在電路中加以補(bǔ)償。af30l / 38l與單片機(jī)的電路圖見(jiàn)圖3.13。圖3.13 af30l/38l檢測(cè)電路圖3.2.4 煙霧傳感器要準(zhǔn)確地進(jìn)行火災(zāi)警情的預(yù)報(bào)，選擇合適煙霧傳感器是準(zhǔn)確報(bào)警的前提。本文選擇光電傳感器用作采集系統(tǒng)的敏感元件。光電傳感器及放

49、大電路如圖3.14所示。傳感器電路主要由紅外發(fā)射管d1和紅外接收管d2構(gòu)成，探測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)放大之后被單片機(jī)接收。圖3.14 光電傳感器及信號(hào)放大電路d1和d2被置于光電感應(yīng)室中，二者之間有障礙，d1發(fā)射的紅外線(xiàn)不能直接被d2接收，當(dāng)有煙霧進(jìn)入迷宮時(shí)，紅外線(xiàn)經(jīng)煙霧折射后被d2接收，繼而轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，以此檢測(cè)煙霧的存在。信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)入a/d轉(zhuǎn)換器adc0809輸入通道in1。3.3 主機(jī)與分機(jī)通訊部分ptr8000是迅通公司推出的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，內(nèi)核為挪威公司生產(chǎn)的射頻芯片nrf905，它是ptr2000模塊的升級(jí)產(chǎn)品，雖然目前ptr2000(其內(nèi)核為nrf401)的技術(shù)相對(duì)成熟，性能較之穩(wěn)定，但由

50、于ptr8000的通信速度快于ptr2000且功能更趨完善，因此本系統(tǒng)選用ptr8000進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)傳輸作為主機(jī)與分機(jī)之間的通訊模塊。nrf905是一款工作在433/868/915mhz上的單片無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)芯片，由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成。它采用高抗干擾gfsk調(diào)制，數(shù)據(jù)速率50kb/s，發(fā)射功率可調(diào)，最大為+10dbm，獨(dú)特的載波檢測(cè)輸出(cd)、地址匹配輸出(am)、數(shù)據(jù)就緒輸出(dr)，自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼和crc(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))，使用spi接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，工作電壓范圍為1.9v3.6v，其電流消耗很低，發(fā)射電流約為11ma(-10

51、dbm輸出)，接收電流約為12.5ma，待機(jī)電流為2ua。無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊ptr8000的管腳排列如下圖3.15。圖3.15 ptr8000引腳圖ptr8000的引腳說(shuō)明：l vcc：正電源1.93.6v輸入l tx_en：tx_en=“1”發(fā)射模式；tx_en=“0”接收模式l trx_ce：使能發(fā)射/接收模式（區(qū)別于配置模式）l pwr：power down模式l uclk：時(shí)鐘分頻輸出l cd：載波檢測(cè)輸出l am：地址匹配輸出l dr：數(shù)據(jù)就緒輸出l miso：spi輸出l mosi：spi輸入l sck：spi時(shí)鐘l csn：低電平時(shí)，spi有效l gnd：電源地由于at89c51單片機(jī)

52、沒(méi)有spi的功能，在使用ptr8000模塊進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通訊時(shí)模擬spi協(xié)議，用中斷的方式讀取信號(hào)。ptr8000與單片機(jī)at89c51的連接圖3.16所示。圖3.16 ptr8000與at89c51的連線(xiàn)圖3.4 電源模塊的設(shè)計(jì)系統(tǒng)主控單元at89c51的工作電壓為5v，無(wú)線(xiàn)通信模塊ptr8000的工作電壓為3.3v，所以需要進(jìn)行必要的電壓轉(zhuǎn)換。圖3.17 3.3v轉(zhuǎn)換電路4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)“軟件”是系統(tǒng)控制的靈魂，靈活性很強(qiáng)，可以根據(jù)系統(tǒng)的要求和功能而變化。在硬件結(jié)構(gòu)一定的情況下，智能性都是由軟件實(shí)現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，各功能程序分別編寫(xiě)和調(diào)試。各模塊調(diào)試成功后，再將所有模塊連

53、接起來(lái)，構(gòu)成系統(tǒng)的軟件。這樣的設(shè)計(jì)有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于編程、調(diào)試、維護(hù)及協(xié)作。本家居控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件部分主要包括以下幾個(gè)部分：(1)主機(jī)部分相關(guān)軟件設(shè)計(jì)；（2）分機(jī)部分相關(guān)軟件設(shè)計(jì)；(3)無(wú)線(xiàn)通訊的軟件設(shè)計(jì)。4.1 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的介紹本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和調(diào)試主要采用單片機(jī)的c語(yǔ)言編程，使用keil uvision2,作為單片機(jī)軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序的編輯、編譯、調(diào)試。c語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它提供高效的代碼，結(jié)構(gòu)化的編程，和豐富的操作符。其語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，使用靈活方便，可移植性好，表達(dá)能力強(qiáng)，具有自接訪問(wèn)機(jī)器物理地址的能力。c不是一種大語(yǔ)言，不是為任何特殊應(yīng)用領(lǐng)域而設(shè)計(jì)

54、。它一般來(lái)說(shuō)限制較少，可以為各種軟件任務(wù)提供方便和有效的編程。許多應(yīng)用程序用c編寫(xiě)比其他語(yǔ)言編寫(xiě)更方便和有效。keil c51是美國(guó)keil software公司出品的51系列兼容單片機(jī)c語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用c來(lái)開(kāi)發(fā)，體會(huì)更加深刻。在keil c51軟件中提供了豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到keil c51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言

55、的優(yōu)勢(shì)。在本系統(tǒng)中單片機(jī)程序利用uvision2軟件來(lái)開(kāi)發(fā)的。4.2 主機(jī)系統(tǒng)部分的軟件設(shè)計(jì)在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行編制之前，必須對(duì)各個(gè)部分引腳、寄存器及各種實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行說(shuō)明。鍵盤(pán)輸入模塊利用int1外部中斷實(shí)現(xiàn)；lcd液晶顯示模塊利用t0定時(shí)器中斷對(duì)接收到的溫濕度值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；電話(huà)撥號(hào)報(bào)警模塊采用t1定時(shí)器中斷實(shí)現(xiàn)報(bào)警；其余的功能在主程序中實(shí)現(xiàn)。在系統(tǒng)中開(kāi)辟一段連續(xù)地址作為標(biāo)準(zhǔn)寄存器用需要設(shè)置的寄存器有溫度設(shè)定值寄存器、濕度設(shè)定值寄存器、溫度采集值寄存器、濕度采集值寄存器、火災(zāi)標(biāo)志寄存器和氣體泄漏標(biāo)志寄存器。系統(tǒng)整體流程圖見(jiàn)附錄c。4.2.1 鍵盤(pán)輸入模塊的軟件設(shè)計(jì)4×4鍵盤(pán)部分設(shè)有專(zhuān)門(mén)的啟

56、動(dòng)按鍵，通過(guò)int1中斷進(jìn)入讀鍵盤(pán)程序。鍵盤(pán)模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度值和濕度值的設(shè)置，以及火災(zāi)快速啟動(dòng)按鈕。溫濕度的設(shè)置值的流程圖如圖4.1。圖4.1 溫濕度設(shè)置流程圖識(shí)別鍵盤(pán)上哪個(gè)鍵被按下的過(guò)程稱(chēng)為鍵盤(pán)掃描，此系統(tǒng)鍵盤(pán)的掃描過(guò)程是:首先將8255a的pb0-pb3輸出值為低電平，從pb口讀得的低四位值均為高電平時(shí)，表示無(wú)鍵按下。當(dāng)有鍵按下時(shí),進(jìn)行行列掃描。首先從pb0輸出低電平，使第一列為低電平，其余列為高電平，判斷哪行有鍵壓下；若無(wú)，使得鍵盤(pán)的第二列為低，重復(fù)上述操作，直到讀到鍵盤(pán)值或掃描完畢。為了保證正確檢測(cè)哪個(gè)鍵按下，當(dāng)有鍵按下后延時(shí)一段時(shí)間后再判斷一次，然后再讀鍵號(hào)，就可以消除鍵盤(pán)機(jī)械抖動(dòng)的影響。設(shè)k0k9為數(shù)字0，1，2，9，cf為功能鍵分別實(shí)現(xiàn)4種功能。在程序中先識(shí)別鍵碼，然后根據(jù)鍵碼值跳到執(zhí)行相應(yīng)的功能。其鍵盤(pán)掃描具體流程圖如圖