智能家居系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

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1、智能家居控制系統(tǒng)(軟件)設(shè)計(jì)摘 要 本文通過對(duì)現(xiàn)有的家居智能控制系統(tǒng)功能以及實(shí)際情況分析，設(shè)計(jì)了一種安全、實(shí)用、方便的智能家居控制系統(tǒng)。本文首先闡述了智能家居控制系統(tǒng)的研究狀況和發(fā)展現(xiàn)狀，以及一般家居控制系統(tǒng)所要檢測的物理量。根據(jù)家居控制系統(tǒng)常用的檢測信號(hào)類型，選取了紅外信號(hào)、溫度信號(hào)、光線強(qiáng)度信號(hào)和密碼輸入等作為本設(shè)計(jì)的檢測依據(jù)。本設(shè)計(jì)選取紅外信號(hào)、溫度信號(hào)和光線強(qiáng)度信號(hào)作為監(jiān)測信號(hào)。密碼驗(yàn)證是否通過作為整個(gè)電路是否工作的依據(jù)。當(dāng)密碼驗(yàn)證通過之后，整個(gè)系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)測紅外信號(hào)、溫度信號(hào)和光線強(qiáng)度信號(hào)，紅外信號(hào)達(dá)到閾值則開始報(bào)警。溫度信號(hào)實(shí)時(shí)顯示。光線強(qiáng)度信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作。關(guān)鍵字：智能控制；

2、光強(qiáng)度；紅外；溫度；步進(jìn)電機(jī)Intelligent home control system (software) designAbstract Smart home control systems also emerged. This paper designs a practical and convenient smart home control system based on the existing smart home control system and the actual situation.This paper describes the intelligent home

3、control system research and development, as well as detected physical signals of the home control system. This design chooses the infrared signal, the temperature signal, the light intensity signal and the password input signals as the detection signal types.The design selected infrared signal, the

4、temperature signal and the light intensity signal as the monitoring signals. Password authentication is as the basis situation if the circuit works. When password authentication is passed, the entire system monitors the infrared signal, the temperature signal and the light intensity signal. The syst

5、em alarms when the infrared signal reaches the threshold. Temperature signal real-time displays on the LCD1602. Light intensity signal controls the stepper motor movements.Keywords: intelligent control; light intensity; infrared technology; temperature control; stepper motor II 目 錄1 緒 論11.1 課題背景及研究意

6、義11.2 智能家居控制系統(tǒng)的發(fā)展概況21.3 本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容22 智能家居控制系統(tǒng)的總體介紹32.1 整體系統(tǒng)的原理32.2 系統(tǒng)各個(gè)模塊介紹32.2.1 系統(tǒng)中ADC0832的介紹32.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路介紹42.2.3 矩陣鍵盤電路介紹42.2.4 聲光報(bào)警電路介紹53 智能家居控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)63.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖63.2 軟件設(shè)計(jì)主程序63.3 軟件系統(tǒng)構(gòu)成83.4 顯示子程序83.5 溫度數(shù)據(jù)讀取程序93.6 中斷程序113.7 光線檢測與步進(jìn)電機(jī)控制子程序113.8 報(bào)警條件子程序124 智能家居控制系統(tǒng)軟件調(diào)試環(huán)境與分析結(jié)果144.1 開發(fā)環(huán)境簡介144.1.1 編

7、程軟件介紹144.1.2 程序的工程建立144.2 程序的調(diào)試154.2.1 主程序的調(diào)試154.3 調(diào)試結(jié)果展示165 結(jié)論及展望18附錄一 程序清單19附錄二 實(shí)物圖43參考文獻(xiàn)44致 謝45IIII1 緒 論1.1 課題背景及研究意義 在信息化技術(shù)日益發(fā)展的21世紀(jì)的世紀(jì)，各種電子和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)是了人類文明的取得巨大進(jìn)步主要途徑。而智能化家居控制系統(tǒng)的出現(xiàn)使得人們可以通過手機(jī)或者互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在任何時(shí)候、任何地方遠(yuǎn)程的對(duì)家中的任何電器（空調(diào)、加熱器、電飯煲、燈光、音響、DVD影碟機(jī)）進(jìn)行控制；也可以在下班途中，讓熱水器提前燒好熱水、預(yù)先將家中的空調(diào)機(jī)打開、讓電飯煲煮好香噴噴的米飯而這一切

8、都僅僅只需要輕輕的點(diǎn)幾下鼠標(biāo)鍵盤，或者打一個(gè)簡單的電話就能夠?qū)崿F(xiàn)。此外，還有些家庭可以通過智能家居系統(tǒng)對(duì)家里的東西具有遠(yuǎn)程監(jiān)聽、多途徑報(bào)警、數(shù)字留言等多種便捷功能。現(xiàn)今追求舒適、時(shí)尚和便捷的家居生活是社會(huì)進(jìn)步的日趨表現(xiàn)，因?yàn)橄到y(tǒng)可以能夠在不改變家中任何家電的情況下，遠(yuǎn)程的控制家中的電器、燈光、電源及家里環(huán)境，使人們可以方便的快捷的生活。現(xiàn)今我們常用的密碼鎖是一種利用輸入密碼的正確與否判斷與他相聯(lián)系的機(jī)械開關(guān)的閉合的電子產(chǎn)品。由于他的嚴(yán)密性和可靠性，使它的種類很多。有基于芯片的性價(jià) 比較高的產(chǎn)品，也有簡易方便的電子產(chǎn)品。通過密碼鎖的加入可以防止一些設(shè)備被非法開啟。提供安全性。 隨著社會(huì)信息化技術(shù)

9、的不斷更新，紅外傳感技術(shù)也隨之前進(jìn)。目前已在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮它巨大的作用。紅外不是可見光，具有良好的隱蔽性，白天和夜里都能用，而且抗干擾能力強(qiáng)，我們利用紅外線的特性來制作功能性器件，所以主要被用來制作防盜報(bào)警系統(tǒng)。我們?yōu)榱朔乐股鐣?huì)上日益泛濫的偷盜現(xiàn)象，常將紅外技術(shù)運(yùn)用各大商場、博物館及有關(guān)嚴(yán)密的場所。而本設(shè)計(jì)綜合研究了現(xiàn)有的光電防盜報(bào)警裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，本身具有實(shí)用性強(qiáng)、安裝操作簡易，價(jià)格低廉，誤報(bào)率低等特點(diǎn)，并且在其原有基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)通過查找資料，采用紅外對(duì)沖管的無線發(fā)射與接收來控制是否進(jìn)入報(bào)警模式，通過紅外線判讀信號(hào)，通過電路傳輸給并由89C52單片機(jī)進(jìn)行處理，所以報(bào)警電路是否進(jìn)行觸發(fā)將由

10、單片機(jī)根據(jù)檢測模塊輸入的信號(hào)來決定。 現(xiàn)代家居生活是追求舒適、方便的自動(dòng)化的生活。而自動(dòng)窗簾可是我們的生活發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化，利用全自動(dòng)窗簾的感應(yīng)基礎(chǔ)是根據(jù)日照光線和溫度來控制的，設(shè)計(jì)時(shí)可以預(yù)先設(shè)定的光線強(qiáng)度和溫度，用來自動(dòng)開啟窗簾和關(guān)閉窗簾； 溫度是人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常遇到的一個(gè)基礎(chǔ)變量，現(xiàn)今市場上能測量溫度值的傳感器有很多種，很多控制系統(tǒng)對(duì)溫度的測量也是的功能之一。而本設(shè)計(jì)中運(yùn)用的是經(jīng)典的溫度傳感器DS18B20來檢測溫度。1.2 智能家居控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 我國的智能家居技術(shù)共歷經(jīng)了概念、研發(fā)、實(shí)驗(yàn)、推廣以及普及四個(gè)大階段，大概時(shí)間是從2000年的概念年到2007年普及年之間的7年左右的時(shí)間。

11、由于硬件和軟件間的協(xié)調(diào)有很大的困難，所以我們中國在推行智能化家居的難度更加之大。這些問題在國外往往需要更長的時(shí)間來完成。而自2003年開始的實(shí)驗(yàn)，一些國外的成熟的智能家居計(jì)算開始流向中國，這就給我的研發(fā)及實(shí)驗(yàn)帶來了非常之大的幫助，極大地縮短了時(shí)間，是我們?cè)谧汾s國外的步伐更加迅速。在隨后的兩年里，我國的智能家居技術(shù)與歐美國家相比差距并不大，只是國外的相關(guān)技術(shù)的種類非常多，這是我們國家所不能比的。例如:微軟公司開發(fā)的“夢(mèng)幻之家”IBM公司開發(fā)的“家庭主任”等均以完善而且成熟的技術(shù)強(qiáng)占了大部分家居市場。自2008年奧運(yùn)會(huì)開始，我國的智能化家居技術(shù)已經(jīng)在整個(gè)家具市場上占有很大的比重，而國外的智能化技術(shù)

12、由于不適應(yīng)中國認(rèn)得生活方式所以占到的比例反而小了許多。相比較而言，智能化家居更能體現(xiàn)出科技的力量在我們生活中的重要性。很難再預(yù)測在2016年的時(shí)候，全球化的智能家居技術(shù)將達(dá)到怎樣的地步，但是可以清楚家居智能化正在走進(jìn)千家萬戶。1.3 本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是基于89C51單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)，利用單片機(jī)獲取各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)并處理，從而執(zhí)行相應(yīng)的控制與有關(guān)功能。設(shè)計(jì)中采用模塊化設(shè)計(jì)原則，利用多種集成傳感器芯片，將硬件模塊和軟件系統(tǒng)相組合，初步設(shè)計(jì)了一個(gè)簡易的智能控制系統(tǒng)，并可以完成簡單的防盜報(bào)警、溫度顯示、自動(dòng)控制等功能。根據(jù)設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)中選用性能價(jià)格比較高的單片機(jī)STC8

13、9C52。溫度數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中選用DS18B20這一典型的溫度傳感器。而對(duì)于距離的感應(yīng)，設(shè)計(jì)方案選用了紅外傳感器。本文通過對(duì)光線的檢測是采用光敏電阻與模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0832相結(jié)合的方案。之外還可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。為了滿足密碼功能，用液晶屏LCD1602和矩陣鍵盤來完成密碼驗(yàn)證功能。當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤或是紅外的遮擋時(shí)間大于閾值時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警電路來報(bào)警。本文個(gè)章節(jié)安排如下： 第一章緒論，主要分析課題提出的背景意義，及智能家居系統(tǒng)的發(fā)展概況。 第二章是本文對(duì)系統(tǒng)硬件部分的簡單介紹。 第三章家居智能控制系統(tǒng)的軟件部分的設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)主程序與子程序的流程圖的設(shè)計(jì) 進(jìn)行分析論述。第四章是調(diào)試部分，介紹

14、編程環(huán)境與分析軟件可能出現(xiàn)的問題，進(jìn)一步提高軟件的操作行。第五章是結(jié)論部分，總結(jié)了本設(shè)計(jì)的成果意義，并對(duì)本課題的相關(guān)展望。2 智能家居控制系統(tǒng)的總體介紹2.1 整體系統(tǒng)的原理 一個(gè)完美的家居控制系統(tǒng)可以提供一個(gè)家用電器的控制，照明控制，窗簾控制，電話遠(yuǎn)程控制，室內(nèi)和室外的遠(yuǎn)程控制，防盜報(bào)警，并為你的各種編程時(shí)間控制功能和方法。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分利用了已軟件代替有關(guān)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)的原理。在設(shè)計(jì)中為了簡化處理，對(duì)于家居系統(tǒng)中幾個(gè)關(guān)鍵的量進(jìn)行處理。家居室內(nèi)溫度和光線強(qiáng)度是舒適度的一個(gè)重要指標(biāo)，本系統(tǒng)中對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測和顯示，對(duì)光線值實(shí)時(shí)檢測并通過步進(jìn)電機(jī)來控制窗簾自動(dòng)調(diào)整室內(nèi)的光線強(qiáng)度。除了溫度和光線強(qiáng)

15、度的檢測為，本系統(tǒng)還可以滿足簡易的防盜防盜功能。通過密碼驗(yàn)證避免非法啟用設(shè)備，通過紅外檢測可以避免人員非法進(jìn)入。整個(gè)系統(tǒng)的總體原理框圖如圖2-1所示。 圖2-1 智能控制系統(tǒng)總體原理框圖2.2 系統(tǒng)各個(gè)模塊介紹 2.2.1 系統(tǒng)中ADC0832的介紹經(jīng)過ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，單片機(jī)讀的數(shù)據(jù)就是光敏電阻上的分壓值。單片機(jī)對(duì)讀到的數(shù)據(jù)判斷就可以知道當(dāng)前光線強(qiáng)度的情況了從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。因?yàn)锳DC0832有兩個(gè)通道，本設(shè)計(jì)中只需要對(duì)分壓值進(jìn)行判斷，所以選用其中一路就可以了。有關(guān)資料表明，選用CH0通道，將CH1通道懸空，作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是05V且8位分辨率時(shí)的

16、電壓精度為19.53mV。而如果是由IN+與IN-輸入的輸入時(shí)，可以將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，使其上下浮動(dòng)。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時(shí)，如果IN+的電壓小于IN-的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終是00H。從圖上可以看出，光敏電阻R9與電阻R8構(gòu)成分壓電路。光線強(qiáng)度會(huì)改變R9的阻值，當(dāng)R9的阻值發(fā)生變化之后，R9上的電壓值隨之改變，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832的2管腳CH0上的電壓值也跟著改變。光敏電阻控制電路部分的原理圖如圖2-2。 圖2-2 光敏電阻控制電路原理圖 2.2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路介紹由于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)需要較大的功率，所以單片機(jī)輸出接口需要通過ULN2003放大再連

17、接到相應(yīng)的電機(jī)接口用于帶動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的電路圖如圖2-3所示。圖2-3中，J2是步進(jìn)電機(jī)的接口。R4R7是串聯(lián)限流電阻。圖2-3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 2.2.3 矩陣鍵盤電路介紹在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)處于密碼處于輸入狀態(tài)時(shí)，通過鍵盤輸入密碼，可以通過LCD顯示輸入時(shí)的密碼狀態(tài)。在正常工作狀態(tài)下，LCD顯示實(shí)時(shí)的溫度值和紅外值。矩陣鍵盤及顯示電路如圖2-4所示。圖2-4 矩陣鍵盤及顯示電路 2.2.4 聲光報(bào)警電路介紹當(dāng)達(dá)到報(bào)警條件時(shí)，要有報(bào)警信號(hào)發(fā)出。這種報(bào)警信號(hào)通常有三類：閃光報(bào)警，鳴音報(bào)警和語音報(bào)警。本設(shè)計(jì)的報(bào)警電路包括燈光報(bào)警和蜂鳴器報(bào)警兩種方式。實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警電路比較簡單,如圖2-5所示

18、。 圖2-5 聲光報(bào)警電路3 智能家居控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖家居智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為2個(gè)工作狀態(tài)：等待密碼輸入狀態(tài)和正常工作狀態(tài)。在等待密碼輸入狀態(tài)下，電路等待矩陣鍵盤的數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)和定義的密碼一致時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入到正常工作狀態(tài)。如果輸入的數(shù)據(jù)和密碼不一致，則提示密碼錯(cuò)誤并報(bào)警1秒，然后轉(zhuǎn)入等待密碼輸入狀態(tài)。直到密碼輸入正確為止。 在正常工作狀態(tài)下，系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測溫度值、光線值、矩陣鍵盤值和紅外值。將檢測的值顯示到液晶屏上。如果光線值發(fā)生改變則相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，模擬自動(dòng)窗簾。整個(gè)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖3-1所示。等待密碼輸入狀態(tài) 正 常 工 作 狀 態(tài)矩陣鍵盤溫度傳感器

19、光敏電阻紅外傳感器步進(jìn)電機(jī)LED顯示 圖3-1系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖3.2 軟件設(shè)計(jì)主程序 系統(tǒng)的程序燒錄到STC89C52內(nèi)部的FLASH內(nèi)存中，有主程序、溫度讀取程序、中斷延時(shí)程序、紅外遮擋時(shí)間判定程序、光線強(qiáng)度判定程序、由光線強(qiáng)度值控制電機(jī)程序、鍵盤輸入、LCD顯示程序和報(bào)警子程序等組成。為了方便編程，使程序完成后條理清晰，就必須對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間進(jìn)行規(guī)劃。STC89C52提供用戶的RAM有256字節(jié)。 主程序的功能是完成開機(jī)界面和對(duì)單片機(jī)所進(jìn)行的初始化，初始化就是設(shè)置各個(gè)變量的初始值、進(jìn)行相關(guān)的中斷設(shè)置等。各部分的地址分配如下：LCD1602的數(shù)據(jù)端口：P0口；LCD1602的控制端口：P

20、2.5P2.7；DS18B20溫度傳感器接口：P1.0；矩陣鍵盤接口：P1.1P1.7；紅外接口：P3.2；報(bào)警器接口：P3.3；步進(jìn)電機(jī)接口：P3.4P3.7。主程序的流程圖如圖3-2所示。初始化設(shè)置定時(shí)器0打開定時(shí)器中斷讀取密碼值讀取溫度值報(bào)警顯示密碼錯(cuò)誤顯示溫度值讀取光線強(qiáng)度主程序密碼是否正確紅外值是否大于閥值YNYN圖3-2 主程序流程圖3.3 軟件系統(tǒng)構(gòu)成本系統(tǒng)的軟件部分主要包含五個(gè)文件即CLOCK.H文件、LCD1602.H文件、DS18B20.H文件、MOTOR.H文件、ULTRASONIC.H文件和MAIN.C文件。由于項(xiàng)目文件并不太大，所以用五個(gè)頭文件的形式將一些必要的時(shí)鐘設(shè)

21、置、宏定義和一些簡單的驅(qū)動(dòng)程序包含在主函數(shù)中，這樣，既可以實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)的模塊化，又不影響程序編譯的效率。其中MAIN.C文件主要完成系統(tǒng)初始化以及紅外檢測、模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)，它還包含了單片機(jī)應(yīng)用中最重要的定時(shí)器設(shè)置、定時(shí)器中斷、端口中斷等內(nèi)容。3.4 顯示子程序 LCD1602典型應(yīng)用和本設(shè)計(jì)一致，可以參看原理圖。其基本操作時(shí)序如下: 讀狀態(tài):輸入:RS=L，RW=H，E=H 輸出:D0D7=狀態(tài)字 寫指令:輸入:RS=L, RW=L，D0D7=指令，E=高脈沖 輸出:無 讀數(shù)據(jù):輸入:RS=H, RW=H, E=H 輸出:DOD7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù):輸入:RS=H, RW=L，D0D7=數(shù)據(jù)，

22、E=高脈沖 輸出:無顯示子程序負(fù)責(zé)狀態(tài)的顯示，在輸入密碼狀態(tài)負(fù)責(zé)提示語的顯示，和輸入密碼過程的顯示，當(dāng)密碼輸入完畢之后將密碼判斷的結(jié)果顯示出來。在系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，顯示當(dāng)前的溫度值和紅外值。(1)LCD1602的讀操作時(shí)序如圖3-5所示。圖3-3 1602讀操作時(shí)序(2) LCD1602的寫操作時(shí)序如圖3-6所示 圖3-4 1602寫操作時(shí)序 3.5 溫度數(shù)據(jù)讀取程序 溫度檢測模塊本設(shè)計(jì)選用了DS18B20元件。DS18B20元件是由DALLAS設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一款單總線方式訪問的數(shù)字溫度計(jì)。該元件具有體積小，外圍電路簡單等特點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)選擇該元件為基礎(chǔ)組建一個(gè)溫度檢測系統(tǒng)。由于該元件遵循單

23、總線協(xié)議，即只要使用一個(gè)引腳就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，所以它對(duì)讀/寫操作的時(shí)序要求比較嚴(yán)格。在進(jìn)行此操作時(shí)為保證數(shù)據(jù)的可靠性，需要關(guān)閉總中斷。此外該元件上電后默認(rèn)精度為9位，在寫完讀取溫度指令后，會(huì)在該器件內(nèi)部的兩個(gè)8位的RAM中獲取有效數(shù)據(jù)。其中前8位用來表示測得數(shù)據(jù)的正負(fù)，即為數(shù)據(jù)的符號(hào)位，后面的8位用于表示數(shù)據(jù)值。由于測量精度為9位，所以當(dāng)測得溫度為正數(shù)時(shí)，實(shí)際溫度值為數(shù)據(jù)值乘以0.5。當(dāng)測得值為負(fù)數(shù)時(shí)，實(shí)際溫度應(yīng)為數(shù)據(jù)值的補(bǔ)碼乘以0.5。例如,對(duì)應(yīng)于-25的數(shù)據(jù)格式為: MSB LSB1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 (符號(hào)位“-”) (溫度值“ ”) 110

24、01110的補(bǔ)碼00110010，即，被測溫度值為： T=-(125 +124 +12)0.5=-25 表3-1 9位DS18B20溫度與數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系溫度/二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出十六進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出+12500000000 1111101000FAH+2500000000 001100100032H+0.500000000 000000010001H-0.511111111 11111111FFFFH-2511111111 11001110FFCEH-5511111111 10010010FF92H當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，要循環(huán)的對(duì)溫度數(shù)據(jù)采集、顯示和判定。對(duì)溫度值的讀取由DS18B20來完成。DS1

25、8B20是一線式的器件，數(shù)據(jù)的讀寫都通過一個(gè)數(shù)據(jù)端口來完成。所以對(duì)DS18B20的控制時(shí)序就要求比較高。讀取和寫入數(shù)據(jù)的過程中無法被中斷，所以在DS18B20的讀寫的情況下關(guān)閉中斷。 DS18B20的控制是典型的控制類程序。共享4個(gè)函數(shù)來完成。初始化、讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)和得到溫度4個(gè)函數(shù)。DS18B20控制程序的流程圖如圖3-7所示。初始化ds18b20寫溫度轉(zhuǎn)換命令等待溫度轉(zhuǎn)換命令讀取溫度值溫度程序結(jié)束圖3-5 DS18B20流程圖3.6 中斷程序在DS18B20的程序中，當(dāng)啟動(dòng)DS18B20溫度轉(zhuǎn)換之后，需要等待750ms以上，才能從DS18B20端口上讀到當(dāng)前的溫度值。而紅外的數(shù)據(jù)什么時(shí)候到

26、來是不確定的，為了平衡二者的關(guān)系。使用定時(shí)器中斷，來產(chǎn)生5ms的中斷。沒當(dāng)中斷到來讀取紅外的端口，當(dāng)紅外有輸出時(shí)，打開內(nèi)部計(jì)數(shù)器來記錄紅外被遮擋的時(shí)間。通過定時(shí)器中斷不僅滿足的DS18B20的讀取問題，也兼顧了紅外數(shù)據(jù)的讀取和顯示的問題。定時(shí)器中斷流程圖如圖3-9所示。進(jìn)入中斷、定時(shí)存數(shù)據(jù)保護(hù)現(xiàn)場取數(shù)據(jù)指向下一地址請(qǐng)標(biāo)志位開始退出現(xiàn)場結(jié)束圖3-6 定時(shí)器中斷子程序流程圖3.7 光線檢測與步進(jìn)電機(jī)控制子程序根據(jù)本設(shè)計(jì)的模擬量轉(zhuǎn)換要求，系統(tǒng)采用的ADC083是8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32S，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)，完全可以達(dá)到要求。因其內(nèi)部參考電壓的復(fù)用與電

27、源的輸入，使得芯片的模擬電壓輸入保持在05V之間，達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)。芯片還具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，能夠有效地減少數(shù)據(jù)誤差。選用獨(dú)立的芯片使能輸入，通過數(shù)據(jù)輸入，我們可以很容易地實(shí)現(xiàn)信道選擇功能。光線檢測主要是通過ADC0832來完成的。通過讀取ADC0832的值，并與上一個(gè)讀取的值相比較，來判斷光線是變暗了還是變亮了。根據(jù)本次讀取的值和上次讀取的值取差值，用差值來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度。光線檢測與步進(jìn)電機(jī)控制子程序的流程圖如圖3-10所示。初始化DS18B20開始讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換值 保存檢測值，計(jì)算初始值或上一值的差值取反轉(zhuǎn)程序及轉(zhuǎn)動(dòng)幅度 判斷差值的大小取正轉(zhuǎn)程序及轉(zhuǎn)動(dòng)幅度結(jié)束

28、小于0大于0等于0圖3-7 光線檢測與步進(jìn)電機(jī)控制程序流程圖3.8 報(bào)警條件子程序報(bào)警條件說明 :(1)密碼輸入：當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)報(bào)警，密碼輸入正確則進(jìn)行下一步操作；(2)紅外傳感器：紅外被遮擋5秒以上為達(dá)到報(bào)警條件，以下為未達(dá)到報(bào)警條件。因?yàn)樗O(jiān)測的傳感器主要是溫度傳感器和紅外傳感器，任何一個(gè)傳感器如果達(dá)到報(bào)警條件，都可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在硬件設(shè)計(jì)方面已經(jīng)對(duì)每個(gè)傳感器的報(bào)警條件進(jìn)行了設(shè)置。程序流程圖如圖3-11所示。 讀取密碼值初始化進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)讀取紅外值判斷密碼是否正確紅外值是否達(dá)到閥值報(bào)警是否解除開始結(jié)束YNNY 圖3-8 報(bào)警條件子程序流程圖434 智能家居控制系統(tǒng)軟件調(diào)試環(huán)境與分析結(jié)

29、果本次系統(tǒng)調(diào)試，是以硬件模塊為準(zhǔn)，先模塊后整合的方式進(jìn)行的。當(dāng)然，單片機(jī)的基本時(shí)鐘和引腳設(shè)置必不可少。在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)，出現(xiàn)了許多實(shí)際問題?，F(xiàn)將主要方面闡述如下。4.1 開發(fā)環(huán)境簡介 4.1.1 編程軟件介紹 在本設(shè)計(jì)中，由于用的是C語言編程，所以我選用的軟件開發(fā)環(huán)境是美國Keil SOFTWARE公司出品的51系列兼容單片機(jī)。KEIL VISION可以方便的使用并且利用其強(qiáng)大的仿真功能進(jìn)行軟硬件的調(diào)試工作。目前最新版的KEIL系統(tǒng)提供了包括于C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的一整套完善的開發(fā)方案，并可以通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（UVISION）將這些部分嚴(yán)密的組合在一

30、起共同工作。WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)都可以有效的運(yùn)行KEIL軟件進(jìn)行編程。 實(shí)際使用KEIL 51時(shí)，干集成環(huán)境既可用于C語言開發(fā)也可用于匯編語言開發(fā)。它內(nèi)部集成了文件編輯、項(xiàng)目管理、編譯鏈接和仿真調(diào)試等多種功能。用戶可以在這里用文件編輯器編寫自己的程序，用多種方法來調(diào)試和修改程序。編譯程序也能幫助用戶檢查錯(cuò)誤，提示用戶修改錯(cuò)誤，直至程序無誤。 為了使軟件編程環(huán)境更加靈活多樣，所以在2009年2月發(fā)布了引入靈活的窗口管理系統(tǒng)的UVISION4編程環(huán)境，能夠使用更多的監(jiān)視器，視覺上可以對(duì)窗口位置的任何地方進(jìn)行完全控制是本次軟件更新的最大亮點(diǎn)，并且充分利用屏幕空間和更

31、有效地組織多個(gè)窗口是新的用戶界面顯著地特點(diǎn)，它為我們提供一個(gè)整潔的、高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序以提高工作效果。 4.1.2 程序的工程建立 （1）先建立一個(gè)名為“hyx”的空文件夾，把工程文件放到里面，防止和其它文件相混。開始工作并啟動(dòng)KEIL UVISION4軟件。 （2）點(diǎn)擊“PROJECT-NEW UVISION PROJECT”新建一個(gè)系統(tǒng)工程。 （3）在彈出的對(duì)話框中，選擇剛剛建立的“HYX”的文件夾，保存該項(xiàng)目的名稱，不需要填寫，默認(rèn)的工程后綴與UVISION3及UVISION2版本不同了，為UVPORJ。（4）彈出一個(gè)對(duì)話框后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)中所需要的單片機(jī)?？梢栽谡业讲⑦x中“HY

32、X”下的AT89C52，用于開始編譯程序。 （5）編程完畢之后，開始建立一個(gè)源程序文本： （6）找一個(gè)空白的文檔開始寫入源程序。 （7）輸入源程序文件名名稱，因?yàn)槭荂語言，則是“HYX.C”然后保存。 （8）在項(xiàng)目設(shè)置中，可以編譯、鏈接，選擇菜單項(xiàng)目建立目標(biāo)，連接到單一的工程項(xiàng)目，生成代碼。如下圖3-3所示：圖4-1 基于Keil的編程說明圖4.2 程序的調(diào)試在對(duì)工程成功的進(jìn)行匯編、連接后，要進(jìn)入軟件調(diào)試狀態(tài)，只要選擇菜單中的DEBUGSTART/STOP DEBUG SESSION即可，并建立了一個(gè)仿真CPU用來模擬執(zhí)行該程序。 4.2.1 主程序的調(diào)試 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中采用的模塊較多所以系統(tǒng)采

33、用了實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)，實(shí)行逐個(gè)分任務(wù)進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)逐個(gè)子程序調(diào)試好以后，再觀察各個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行時(shí)操作系統(tǒng)中有沒有錯(cuò)誤。等調(diào)試全部完成后，為了調(diào)試效果應(yīng)反復(fù)運(yùn)行多次，其中如發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)部分程序作了適當(dāng)修正后系統(tǒng)才能夠正常運(yùn)行。利用單步運(yùn)行的的性質(zhì)，可以對(duì)一些多次循環(huán)重復(fù)的程序進(jìn)行檢查。而這樣的調(diào)試可以選用KEIL VISION開發(fā)環(huán)境來進(jìn)行調(diào)試，既方便又快捷。從中找到程序出錯(cuò)的環(huán)節(jié)及故障點(diǎn)進(jìn)行修改，直到程序完全正常。如下圖3-4所示: 圖4-2 Keil程序的調(diào)試 4.2.2 軟件抗干擾措施當(dāng)單片機(jī)受到干擾，不再按照一定的規(guī)律執(zhí)行，被改變了的程序指針（PC）的值后，使程序而跑飛到其它非程序區(qū)，此后它不

34、僅執(zhí)行了一系列毫無意義的指令，而且還可能破壞數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容，造成難以預(yù)料的后果。激活看門狗的程序其工作指令如下程序： SFR WDTRST = 0XA6 _NOP_(); WDTRST = 0X1E ;先送1E WDTRST = 0XE1 ;后送E14.3 調(diào)試結(jié)果展示設(shè)計(jì)中的要求基本完成，如下圖4-1和4-2所示：（1） 開機(jī)畫面，需輸入正確密碼（2） 密碼正確后，會(huì)顯示當(dāng)前室內(nèi)溫度 （3）紅外，光敏，步進(jìn)電機(jī)都能實(shí)現(xiàn)且運(yùn)行良好圖4-3 開機(jī)畫面圖4-4 溫度及其他顯示畫面5 結(jié)論及展望 智能家居控制系統(tǒng)的核心任務(wù)是數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算和處理，對(duì)于實(shí)際物理量的采集必須要有傳感器。傳感器是一種檢

35、測裝置，它能夠直接將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的量，現(xiàn)今的傳感器還能直接將物理量轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以接收的數(shù)字量。傳感器的工作指標(biāo)與運(yùn)行性能是能否圓滿完成檢測和控制的重要環(huán)節(jié)，如果沒有對(duì)原始物理量精確可靠的反應(yīng)，那么就無法進(jìn)行最佳檢測和控制。 本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)是基于STC89C52單片機(jī)為核心，進(jìn)行必要的計(jì)算技術(shù)，以軟件代替很多傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的硬件，多種功能完美的將多種系統(tǒng)功能集于一身。用本文設(shè)計(jì)的智能家居控制系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)： （1）通過矩陣鍵盤輸入密碼，當(dāng)密碼正確電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 （2）系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測紅外傳感器的值，可以對(duì)非法進(jìn)入的情況進(jìn)行報(bào)警。 （3）實(shí)時(shí)采集溫度值，將室內(nèi)的溫度值實(shí)時(shí)的顯示出來

36、。 （4）實(shí)時(shí)采集光線強(qiáng)度值，通過光線強(qiáng)度值來控制窗簾的開合，來保持室內(nèi)光線的穩(wěn)定。 （5）單片機(jī)及接口電路的設(shè)計(jì)使I/O接口線利用率高。電路簡單、成本降低、外接器件少、性能可靠。 展望，家居環(huán)境的實(shí)際情況比較復(fù)雜，需要測量的參數(shù)一般都比較多，本設(shè)計(jì)主要采集了溫度參數(shù)，紅外參數(shù)以及光線強(qiáng)度參數(shù)等。溫度是家庭室內(nèi)舒適度的一個(gè)重要參數(shù)。為了防止人員的非法進(jìn)入紅外參數(shù)也是一個(gè)比較重要的參數(shù)，為了能夠控制室內(nèi)的光線強(qiáng)度，對(duì)光線強(qiáng)度的檢測和對(duì)窗簾電機(jī)的控制也是必不可少的。為了提高一些設(shè)備使用的安全性，進(jìn)行簡單的密碼認(rèn)證也是很必要的。本課題所設(shè)計(jì)的智能家居控制系統(tǒng)可以用來檢測非法進(jìn)入、溫度值、光線強(qiáng)度以及

37、密碼認(rèn)證。 本設(shè)計(jì)也有許多不足之處，最明顯的是所涉及的家居家電太少，以及智能化的操作行不高，如果有可能我會(huì)在原方案上加入以下的系統(tǒng)： （1）在原模塊上加上萬年歷以及煙霧報(bào)警系統(tǒng)。 （2）在原來的設(shè)計(jì)上加入遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)（GSM），是整個(gè)設(shè)計(jì)更加體現(xiàn)智能化家具的價(jià)值。 現(xiàn)在基于各種因素限制，所以本系統(tǒng)設(shè)計(jì)只能做到這樣。附錄一 程序清單#include#include #include #definetime_length10000/us#defineinf_length5/s#definetemp_max40/度#defineL1602_DBP0sbit L1602_RS=P27;sbit L16

38、02_RW=P26; sbit L1602_E=P25;sbit ds18b20_bit = P10;sbit Inf_bit= P32;sbit KEY_LA=P11;sbit KEY_LB=P12; sbit KEY_LC=P13;sbit KEY_LD=P14;sbit KEY_L1=P15; sbit KEY_L2=P16;sbit KEY_L3=P17;sbit ADC0832_CS=P20;sbit ADC0832_CLK=P21;sbit ADC0832_DI=P23; sbit ADC0832_DO=P22;sbit SETP_1=P34;sbit SETP_2=P35;sbi

39、t SETP_3=P36; sbit SETP_4=P37;sbit Beep_bit=P33;unsignedcharbdatastatus;sbitnormal_work= status0;sbitflag_alarm= status1;sbitflag_1820= status2;sbitflag_inf= status3;unsigned char code time_num_h = (unsigned char)(65536-time_length)/256);unsigned char code time_num_l = (unsigned char)(65536-time_len

40、gth)%256);unsigned char code ticks_second = (unsigned char)(1000000/time_length);unsignedchartemperature=30;unsignedcharseconds=0;unsignedcharadc_value=0;unsignedcharworkstate = 0;unsigned char psd6;staticcode unsigned charDPY_TAB16 = 0X3f,0X06,0X5b,0X4f,0X66,0X6d,0X7d,0X07,0X7f,0X6f,0X77,0X7c,0X39,

41、0X5e,0X79,0X71,;static code unsigned char MOTOR_STEP8 = 0 x80,0 xc0,0 x40,0 x60,0 x20,0 x30,0 x10,0 x90;unsigned char lcd_data16=KEY: *;/*延時(shí)函數(shù) */voiddelayms(unsigned char ms)unsigned chari,j;while(ms-)for(i=0;i3;i+)for(j=0;j107;j+);/*延時(shí)函數(shù) */voiddelay100us(unsignedcharcnt)unsignedchari,j;for(i=0;icnt

42、;i+)for(j=0;j22;j+)_nop_();/*延時(shí)函數(shù) */voiddelay10us(void)_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();/*按鍵狀態(tài)判定函數(shù) */unsigned charkey_station(void)unsigned chari,key;KEY_LA=0;KEY_LB=0;KEY_LC=0;KEY_LD=0;i=P1;i&=0 xE0;if(i = 0 xE0)key=0;elsedelayms(10);i=P1;i&=0 xE0;if(i = 0 xE0)key=0;elseKEY_LA=0;KEY_

43、LB=1;KEY_LC=1;KEY_LD=1;i=P1;i&=0 xE0;i=i;if(i & 0 x80)key = 0 x31;if(i & 0 x40)key = 0 x32;if(i & 0 x20)key = 0 x33;KEY_LA=1;KEY_LB=0;KEY_LC=1;KEY_LD=1;i=P1;i&=0 xE0;i=i;if(i & 0 x80)key = 0 x34;if(i & 0 x40)key = 0 x35;if(i & 0 x20)key = 0 x36;KEY_LA=1;KEY_LB=1;KEY_LC=0;KEY_LD=1;i=P1;i&=0 xE0;i=i;i

44、f(i & 0 x80)key = 0 x37;if(i & 0 x40)key = 0 x38;if(i & 0 x20)key = 0 x39;KEY_LA=1;KEY_LB=1;KEY_LC=1;KEY_LD=0;i=P1;i&=0 xE0;i=i;if(i & 0 x80)key = 0 x08;if(i & 0 x40)key = 0 x30;if(i & 0 x20)key = 0 x0D;KEY_LA=0;KEY_LB=0;KEY_LC=0;KEY_LD=0;while(1)i=P1;i&=0 xE0;if(i = 0 xE0)delayms(10);i=P1;i&=0 xE0;

45、if(i = 0 xE0)break;KEY_LA=1;KEY_LB=1;KEY_LC=1;KEY_LD=1;returnkey;/* DS18B20 程序 *voidInit_DS18B20(void)unsignedchari;ds18b20_bit=1;_nop_();ds18b20_bit=0;delay100us(5);ds18b20_bit=1;delay10us();delay10us();delay10us();delay10us();delay10us();delay10us();if(ds18b20_bit=0)for(i=0;i250;i+)if(ds18b20_bit

46、= 1)delay100us(3);flag_1820= 1;elseflag_1820=0; /*讀18B20函數(shù) */unsignedcharread_18b20(void)unsignedchari;unsigned charc;for(i=0;i=1; if(ds18b20_bit = 1) c |= 0 x80; else c &= 0 x7f; delay10us();delay10us();delay10us();delay10us();delay10us();ds18b20_bit = 1;returnc;/*寫18B20函數(shù) */voidwrite_18b20(unsigne

47、d char cnt)unsignedchari;for(i=0;i=1;/*得到溫度值函數(shù) */unsigned intget_number_18b20(void)unsigned char temp=0;unsignedchar h,l;Init_DS18B20();if(flag_1820 = 1)EA=0;write_18b20(0 xcc);write_18b20(0 x44);EA=1;delayms(200);delayms(200);delayms(200);delayms(200); Init_DS18B20();EA=0;write_18b20(0 xcc);write_1

48、8b20(0 xbe);l = read_18b20();h = read_18b20();EA=1;temp = h;temp = temp 4;temp += l;if(h & 0 xf0) !=0)temp -= 1;temp = temp;temp |= 0 x80;returntemp;/* DS18B20 程序 */* LCD1602 程序 *staticunsigned char L1602_read_status() unsigned char s;L1602_RW=1; L1602_RS=0;L1602_E=0; L1602_DB=0 xff;_nop_();_nop_();

49、L1602_E=1;_nop_();_nop_();s=L1602_DB;L1602_RW=1;_nop_();return(s);void L1602_write_command( unsigned char com )unsigned char i;do i=L1602_read_status(); i&=0 x80; delayms(2);while(i!=0); L1602_DB=com;L1602_RW=0;/L1602_RS=0;L1602_E=1;/ _nop_();_nop_();L1602_E=0;/ _nop_();_nop_();L1602_RW=1; void L160

50、2_write_data( unsigned char dat ) unsigned char i;do i=L1602_read_status(); i=i&0 x80; delayms( 2);while(i!=0); L1602_DB=dat;L1602_RW=0;L1602_RS=1;L1602_E=1;_nop_();_nop_();L1602_E=0;_nop_();_nop_();L1602_RW=1;void L1602_init( void ) L1602_write_command(0 x38);L1602_write_command(0 x0C);L1602_write_

51、command(0 x06);L1602_write_command(0 x01);delayms(2); voidLCD_display_char(unsigned char x , unsigned char y , unsigned char dat)unsigned char add;if(x=1)add=0 x80+y;elseadd=0 xc0+y;L1602_write_command(add);L1602_write_data(dat);voidLCD_display_str(unsigned char x)unsigned char i;if(x = 0 x01)L1602_

52、write_command(0 x80);elseL1602_write_command(0 xc0);for(i=0;i16;i+)if(lcd_datai = 0)break;L1602_write_data(lcd_datai);voidLCD_clear(void)unsigned char i;L1602_write_command(0 x80);for(i=0;i16;i+)L1602_write_data(0 x20);L1602_write_command(0 xc0);for(i=0;i16;i+)L1602_write_data(0 x20);voidpsd_clear(void)psd0=0;psd1=0;psd2=0;psd3=0;psd4=0;psd5=0;/*