智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案技術(shù)報(bào)告

智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案摘要： 電氣學(xué)院電子設(shè)計(jì)大賽，我組所選題目為《智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，依據(jù)題目要求，我組承受模塊細(xì)想設(shè)計(jì)電路：溫度采集模塊濕度采集模塊煙霧探測(cè)模塊火災(zāi)報(bào)警模塊亮度檢測(cè)模塊溫濕度調(diào)整模塊亮度調(diào)整模塊無(wú)線收發(fā)模塊顯示模塊電源模塊51一、系統(tǒng)框架圖：1、節(jié)點(diǎn)采集模塊框架圖：2、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收發(fā)模塊框架圖：二、各模塊電路原理分析：溫度采集模塊：2、模擬集成溫度把握器；3、智能溫度傳感器；4、通用智能溫度把握器；5、微機(jī)散寵保護(hù)專(zhuān)用的智能溫度把握器。本模塊考慮方案有兩種：承受熱電阻溫度傳感器。有鉑、銅、鎳等熱電阻。其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大。不適合長(zhǎng)期使用。2DS18B20DS18B20測(cè)量范圍從-55℃~+125℃，-10~+85℃時(shí)測(cè)量精度為±0.5℃，測(cè)量區(qū)分9~1293.75ms912位的數(shù)字量。它具有體積小、接口便利、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，內(nèi)含寄生電源。的溫度采集模塊。DS18B20原理分析：DS18B20內(nèi)部構(gòu)造主要由四局部組成：64ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器THTLDS18B20的管腳排列如下:DQ/輸出端；GNDVDD〔在寄生電源接線方式時(shí)接地〕。DS18B20依靠一個(gè)單線端口通訊。在單線端口條件下，必需先建立 ROM操作協(xié)議，才能進(jìn)展存儲(chǔ)器和把握操作。因此，把握操作必需首先供給下5ROM(1)ROM,(2)匹配ROM,(3)搜尋ROM,(4)跳過(guò)ROM,64ROMDS18B20DS18B20的存儲(chǔ)器。一個(gè)把握功能指揮指示DS18B20的演出測(cè)溫。測(cè)量結(jié)果將被放置在DS18B20THTLEEPROMDS18B20成。通過(guò)緩存器讀存放器。全部數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)都是從最低位開(kāi)頭[5]。測(cè)溫原理：DS18B20的測(cè)溫原理如圖3.4所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度21度存放器被預(yù)置在-55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)展減法計(jì)數(shù)當(dāng)計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度存放器的值將加11120時(shí)，停頓溫度存放器值的累1[10]。DS1820B外部供電電路：濕度采集模塊：電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是依據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)展?jié)穸葴y(cè)量的。設(shè)計(jì)方案有承受電阻型濕度傳感器電子導(dǎo)電型濕度傳感器，它通過(guò)將導(dǎo)電體粉末〔金屬、石墨等〕分散于膨脹性吸濕高分子中制成濕敏膜。隨濕度變化，膜發(fā)生膨脹或收縮，從且難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，所以應(yīng)用較少。HS1101電容傳感器HS1101A/D可直接被計(jì)算機(jī)所采集。比較方案一二，本設(shè)計(jì)承受HS1101采集濕度。NE555200mA.個(gè)外接電容確定，它可以延時(shí)數(shù)微秒到數(shù)小時(shí)。其工作電壓范圍為：4.5VV16V。NE555的框圖如以以下圖所示。cc基 于555振蕩電路的濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì)：把HS1101和NE555NE555620”時(shí),3“1”。在此電路中,555依據(jù)這一功能用作多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出頻率信號(hào)的。當(dāng)電源接通時(shí),由于6和2端的輸入為“0”,則定時(shí)器3腳輸出為“1”；C10,故Vcc

R2和R3對(duì)C1C1兩端電壓到達(dá)2V BJTcc1”,BJTC1R3BJT進(jìn)展放電,當(dāng)C1兩端電壓降低到Vcc

/3時(shí),定時(shí)器又翻轉(zhuǎn),使輸出變?yōu)椤?”,內(nèi)部放電BJT,VCCR2R3C1作循環(huán)中的充電時(shí)間為T(mén)h

=0.7(R2+R3)C1；放電時(shí)間為T(mén)1

=0.7R3*C1；輸出脈沖占空比為q＝(R2+R3)/(R2+2R3),50％,R2兩端電容值發(fā)生轉(zhuǎn)變,從而轉(zhuǎn)變定時(shí)電路的得環(huán)境的濕度。煙霧探測(cè)模塊：氣敏傳感器是一種因受四周環(huán)境中氣體成分和濃度變化從而使電阻值或者其他敏感元件發(fā)了解到四周環(huán)境的變化，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境的檢測(cè)和監(jiān)控。MQ-2氣體傳感器可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于液化氣、傳感器的特點(diǎn)。因此，MQ—2MQ—2數(shù)據(jù)采集局部由煙霧傳感器MQ-2A/D轉(zhuǎn)換器組成.MQ-2A/D轉(zhuǎn)換器的連接圖如下:火災(zāi)報(bào)警模塊：聲光報(bào)警局部有蜂鳴器及三級(jí)放大管8550組成.當(dāng)煙霧傳感器和亮度傳感器檢測(cè)到數(shù)據(jù)把握火災(zāi)報(bào)警器的IOb效，發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)其電路圖所下:5、亮度檢測(cè)模塊：

聲光報(bào)警局部電路圖亮度檢測(cè)模塊承受最簡(jiǎn)潔的光敏電阻，光敏電阻依據(jù)光的強(qiáng)度不同轉(zhuǎn)變電阻值。亮度越發(fā)出指令。光敏電阻檢測(cè)亮度原理圖6、亮度把握器：依據(jù)亮度檢測(cè)模塊采集的數(shù)據(jù)和單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定的數(shù)據(jù)相比較，當(dāng)采集數(shù)據(jù)小于內(nèi)部設(shè)定的數(shù)據(jù)，單片機(jī)把握IO口，利用三極管開(kāi)關(guān)作用，把握繼電器，從而把握220v電源開(kāi)關(guān)接通，燈光照明。繼電器連接原理圖7、無(wú)線收發(fā)模塊為了到達(dá)遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程接收數(shù)據(jù)和發(fā)送發(fā)送命令的功能，設(shè)計(jì)了無(wú)線接收和發(fā)送模塊。模塊nfr24l01芯片，搭建外圍電路，從而到達(dá)接收數(shù)據(jù)和發(fā)送指令的功能。NRF24L01的框圖如以以下圖所示：CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。CSN：芯片的片選線，CSN為低電平芯片工作。SCK：芯片把握的時(shí)鐘線〔SPI時(shí)鐘〕MISO：芯片把握數(shù)據(jù)線〔Masterinputslaveoutput〕MOSI：芯片把握數(shù)據(jù)線〔Masteroutputslaveinput〕IRQ：中斷信號(hào)。無(wú)線通信過(guò)程中MCU主要是通過(guò)IRQ與NRF24L01進(jìn)展通信。CE：芯片的模式把握線。在CSN為低的狀況下，CE協(xié)同NRF24L01的CONFIG存放器共同打算NRF24L01的狀態(tài)〔參照NRF24L01的狀態(tài)機(jī)〕。NRF24L01狀態(tài)機(jī)：NRF24L01的狀態(tài)機(jī)見(jiàn)Fig.2所示，對(duì)于NRF24L01的固件編程工作主要是參照NRF24L01的狀態(tài)機(jī)。主要有以下幾個(gè)狀態(tài)PowerDownMode：掉電模式TxMode：放射模式RxMode：接收模式Standby-1Mode：待機(jī)1模式Standby-2Mode：待機(jī)2模式對(duì)24L01的固件編程的根本思路如下：置CSN為低，使能芯片，配置芯片各個(gè)參數(shù)?！策^(guò)程見(jiàn)3.Tx與Rx的配置過(guò)程〕PowerDown狀態(tài)中完成。假設(shè)是Tx模式，填充TxFIFO。配置完成以后，通過(guò)CE與CONFIG中的PWR_UP與PRIM_RX參數(shù)確定24L01要切換到的狀態(tài)。TxMode：PWR_UP=1;PRIM_RX=0;CE=1(保持超過(guò)10us就可以)；RxMode:PWR_UP=1;PRIM_RX=1;CE=1;4)IRQ引腳會(huì)在以下三種狀況變低：TxFIFO發(fā)完并且收到ACK〔使能ACK狀況下〕RxFIFO收到數(shù)據(jù)將IRQ接到外部中斷輸入引腳，通過(guò)中斷程序進(jìn)展處理。Nfr24l018、LCD160216021602字符型液晶它是一種特地用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊它有假設(shè)干個(gè)5X75X11符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，〔用自定義CGRAM，顯示效果也不好〕1602LCD16X216〔顯示字符和數(shù)字〕。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780HD44780LCD1602與單片機(jī)的接線VCCR12

J4DC

1602 CDCNVG1K NCOSGVVRR

012EDDD

34567DDDDD

- GBB123456789

01234561111111567012222000PPPPPP

3456700000PPPPP管腳號(hào)1管腳號(hào)123符號(hào)VssVddV04RS5R/W678910111213141516EDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7AK功能電源地〔GND〕電源電壓(+5V)LCD驅(qū)動(dòng)電壓(可調(diào))存放器選擇輸入端，輸入MPU選擇模塊內(nèi)部存放器類(lèi)型信號(hào)：RS=0，當(dāng)MPU進(jìn)展寫(xiě)模塊操作，指向指令存放器；當(dāng)MPU進(jìn)展讀模塊操作，指向地址計(jì)數(shù)器；RS=1，無(wú)論MPU讀操作還是寫(xiě)操作，均指向數(shù)據(jù)存放器讀寫(xiě)把握輸入端，輸入MPU選擇讀/寫(xiě)模塊操作信號(hào)：R/W=0讀操作；R/W=1寫(xiě)操作使能信號(hào)輸入端，輸入MPU讀/寫(xiě)模塊操作使能信號(hào)：上升沿有效數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道數(shù)據(jù)輸入/輸出口，MPU與模塊之間的數(shù)據(jù)傳送通道背光的正端+5V背光的負(fù)端0V4位方式通訊時(shí)，不使用DB0-DB31腳：VSS為地電源2腳：VDD5V正電源3腳：V0為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時(shí)比照度最弱，接地電源時(shí)比照度最高，比照度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”10K的電位器調(diào)整比照度第4腳：RS為存放器選擇，高電尋常選擇數(shù)據(jù)存放器、低電尋常選擇指令存放器。第5腳：RW為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電尋常進(jìn)展讀操作，低電尋常進(jìn)展寫(xiě)操作。當(dāng)RSRWRSRW為高電尋?？蒖SRW為低電尋?？梢詫?xiě)入數(shù)據(jù)。6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電尋常，液晶模塊執(zhí)行命令。7～14腳：D0～D78位雙向數(shù)據(jù)線。15～16腳：空腳HD44780DDRAM〔RAM〕、CGROM〔ROM〕CGRAM〔RAM〕。DDRAMRAM，用來(lái)存放待顯示的字符代碼。共80個(gè)字節(jié)，其地址和屏幕的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表：LCD1602屏幕的第一行第一列顯示一個(gè)“A”字,DDRAM00H地址寫(xiě)入“A”LCD40個(gè)地址在160216個(gè)就行了。其次行也一樣用前16個(gè)地址。對(duì)應(yīng)如下：DDRAM地址與顯示位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系1602〔CGROM)160下表所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，“A”的代碼是01000001B〔41H〕，顯41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”9.電源模塊：121234DJ1FUSE11234567891011121314151617181920212223242526L1LM7805CT1 Vin+5V3V61B10+DNGV6C43C1203225VGNDC1520L2LM7812CTVinDNG/C52C20222+2VB212VGND5VBFUSE320C3161C62DNGJ21234567891011121314151617181920212223242526D+5VC+12V+1V3FUSE2V6B02VinL3LM7912CT23-12VTitleSizeA4Date:File:NumberRevisionAA12-Oct-2007Sheet ofM:\\\:I-1(06)\I-1.d三、軟件編程KEIL利用C語(yǔ)言編程，在此過(guò)程中需要重點(diǎn)了解單片機(jī)串口傳輸、中斷、定時(shí)等。四：自我發(fā)揮局部：因本組成員中課余時(shí)間學(xué)習(xí)了android編程，考慮到現(xiàn)今智能手機(jī)在大學(xué)校園中廣泛流行，故考慮將智能手機(jī)藍(lán)牙無(wú)線收發(fā)數(shù)據(jù)及操作融入到智能家居系統(tǒng)中去。在應(yīng)用的時(shí)候，硬件搭建以手機(jī)自帶的藍(lán)牙模塊為主機(jī)模塊，以藍(lán)牙從機(jī)模塊連接51TX、RX.和單片機(jī)的串口通訊大同小異。硬件搭建完畢后，給智能手機(jī)編寫(xiě)應(yīng)用程序，本次給android智能機(jī)編寫(xiě)程序，androidjavagoogleAPIshock編通信程讓