毕业设计(论文)-基于AT89S52单片机的智能家居设计.doc
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1、1 摘摘 要要 随着国民经济和科学技术水平的提高,特别是计算机技术、通信技术、网 络技术、控制技术的迅猛发展与提高,促使家庭实现了现代化、居住环境舒适 化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面,改变了人们生活习 惯,提高了人们生活质量,智能家居就是在这种形势下应运而生。而且随着作 为智能家居控制器的电子产品向智能化和微型化的不断发展,单片机已经成为 电子产品研制和开发中首先选择的控制器。 基于以上思路,使用 ATMEL 公司的 AT89S52 实现基于单片机的智能家居 的设计,其主要具有如下功能: (1) 红外遥控选择功能,按下相应的按键选择进入相应的功能。 (2) 密码锁设置有 6
2、 位密码,密码通过矩阵键盘输入,输入过程中发现 错误可进行逐个删除的操作。若密码正确,则 LED 液晶屏显示锁开, 否则会有错误提示,三次输入错误则锁关且伴随蜂鸣器发出警告。 此外,在密码正确的情况下可以进行更改密码操作。 (3) 步进电机实现正转和反转运行,并延时 3 秒。 (4) 温度感应装置,可以在数码管显示当前温度。当超过一定温度时, 蜂鸣器发出声响予以警告。 本次设计以 ATMEL 公司的单片机 AT89S52 为核心控制器件,选用上海浩 豚电子科技公司开发的 MINI80 开发板模拟智能家居环境。同时使用 Kevil uVision3 软件来编写单片机的 C 语言程序,继而完成软件
3、调试,然后下载到开 发板进行硬件调试。最后联合软、硬件调试电路板,完成本次毕业设计。 关键词:智能家居,单片机,AT89S52,红外遥控 2 ABSTRACT As the national economy and raise the level of science and technology, especially the rapid development of the computer technology, communication technology, network technology, control technology and the improvement of
4、the family to realize the modernization, to living environment comfortable change, secure. These high-tech has affect all aspects of peoples lives, changed people living habits, improved people life quality, Smart Home is also this situation arises at the historic moment. And as intelligent househol
5、d controller electronic products to intelligent and the continuous development of miniaturization, micro control unit(MCU) have become the first choice for controllers in the development of electronic products. Base on the thinking of Smart Home, this design uses AT89S52 of ATMEL company. to carry o
6、ut the design of the Smart Home, its main function as follow: 1. The corresponding function of IR remote control. when press the button can enter relevant function respectively. 2. Code lock is set six passwords, and passwords are input through the keyboard. When found errors in the process of iuput
7、ing,you can run a operation of deleting each password. If the correct password, then LCD screen display the lock open, otherwise there will be error.And three times relisted and input errors are locked with buzzer warned. In addition, in the correct, it can change the password . 3. Step motor can un
8、dertake are turning and reverse, and delay three seconds. 4. Temperature sensing device, can be in digital tube display the current temperature. When more than a certain temperature ,it alarms to buzzer tips. This design selects AT89S52 of ATMEL company and use MINI80 development board of Shanghai H
9、aoTun electronic technology development company as environment simulation of the Smart Home and compile with software of keil uVision3. And then dowanload the program to the development board. Last, test the circuit board withed the software and hardware to finish the design. KEY WORDS:Smart Home, M
10、CU,AT89S52, IR Remote II 目目 录录 第 1 章 绪论.1 第 2 章 智能家居系统总体设计.2 2.1 系统设计任务和要求.2 2.2 课题分析.2 2.3 系统可行性分析.2 2.4 设计原理.4 2.5 系统组成.5 第 3 章 智能家居系统的硬件电路设计.6 3.1 单片机 AT89S52 简介6 3.2 红外遥控简介.8 3.3 44 矩阵键盘.10 3.4 步进电机.11 3.5 LCD1602 显示器.13 3.6 DS18B20 数字温度传感器.16 3.7 数码管显示电路.19 3.8 复位电路.20 3.9 振荡电路.21 3.10 蜂鸣器.21 第
11、 4 章 软件程序设计.23 4.1 软件设计.23 4.2 C 语言的特点23 4.3 具体软件模块实现.24 4.4 软件抗干扰技术29 第 5 章 系统调试.31 5.1 部分模块电路调试31 5.2 调试分析.32 5.3 故障分析.32 结 论.33 致 谢.34 参考文献.35 附录 1:部分系统程序清单36 附录 2:系统实物照片43 1 第 1 章 绪论 20 世纪八十年代初,20 世纪八十年代初,随着大量采用电子技术的家用电器面市, 住宅电子化出现,80 年代中期,将家用电器、通信设备与安全防范设备各自独立的功能 综合为一体后,形成了住宅自动化概念。80 年代末,通信与信息技
12、术的发展,出现了通 过总线技术对住宅中各种通信、家电、安防设备进行监控与管理的商用系统,这在美国 称为 Smart Home,也就是现在智能家居的原型。 智能家居最初的定义是这样的,将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和 家庭安防装置,通过家庭总线技术 HBS(Home Bus System)连接到一个家庭智能系统上, 进行集中或异地监视、控制和家庭事务性管理,并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐 与协调,HBS 是智能住宅的基本单元也是智能住宅的核心。 目前通常把智能家居被定义为利用电脑、网络和综合布线技术,通过家庭信息管理 平台将与家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统。也就是说
13、,首先,它们都 要在一个家居中建立一个通讯网络,为家庭信息提供必要的通路,在家庭网络的操作系 统的控制下,通过相应的硬件和执行机构,实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制 和监测。其次,它们都要通过一定的媒介平台,构成与外界的通讯通道,以实现与家庭 以外的世界沟通信息,满足远程控制监测和交换信息的需求。最后,它们的最终目的都 是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。由此可见,智能家居是 一个系统层次概念,它涵盖了在建筑环境层次能够影响人们生活的诸多方面,就实际应 用而言往往有以下系统:可视对讲系统,家庭安防系统,网络通讯系统,家电控制系统 等等。 目前,虽然智能家居有一定的发展
14、,出现了一定数量的研究机构和公司,尤其是经 历了 2000 年的智能家居概念炒作之后,智能家居得到空前的发展。但智能家居在中国还 处于初始阶段,缺乏统一的标准和权威的产品。本人想设计一款基于 MCS-51 单片机的智 能家居系统。该系统由密码锁模块、红外线遥控系统、步进电机,温控系统构成。该系 统的安装无需改变家庭原有的布线,只对原有布线稍加修改即可,可有效的解决单个家 庭对智能家居产品的需求,且成本小、安装周期短,在国内有很大的市场潜能。 但是由于本人能力,时间以及芯片内存的限制,要做整个系统显然是不可能的。对 整个分系统而言,可以发现有很明显的相似性,只是在某些细节上需要做不同的分析。 故
15、而做好其中一个便可触类旁推。基于此,本设计仅对仅对一部分智能控制系统做简要 设计。该智能家电可以进一步进行拓展,可以通过 GSM 网络完成手机与控制系统间的信 息交换,进而传递控制信息;可以再室内安装光控系统自动控制窗帘的开闭;也可以通 过 ARM 嵌入式的控制实现一键遥控多个电器的功能等等。 本设计第二章介绍了本系统的设计原理,第三章为系统硬件设计,第四章系统软件 设计。 2 第 2 章 智能家居系统总体设计 2.1 系统设计任务和要求 本系统由单片机控制,使用无线红外遥控技术进行一定距离的数据传输,电子密码 锁的键盘输入及 LCD 显示,步进电机的定时转动,温度传感器数码管显示实时温度并高
16、 温警告。测量温度范围:-40+125;传输距离:大约为 1-3 米。 2.2 课题分析 首先,对于智能家居系统,基础的功能是必须满足的,同时还要满足易于控制的条 件,但单片机的内存是有一定的限度的。因此选择合适的内存的单片机控制成为本次设 计的重中之重。 再次,对于每一个独立的功能,都需要做到最大可能的精确定时,这就要求用到定 时器。每一个功能选用合适的定时器而且不会和其他功能的定时器产生冲突,也是一个 需要认真考虑的地方。 2.3 系统可行性分析 2.3.1 两种设计方案 方案一:以 AT89S52 为核心的单片机控制方案。 利用单片机灵活的编程设计和丰富的 I/O 端口,及其控制的准确性
17、,来设计实现基本 的密码锁功能。在单片机的外围电路上接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制, 可以使用红外进行短距离的无线遥控,接 LCD1602 显示器用于显示作用,以及接其他设 备。 方案二:以 74LS112 双 JK 触发器构成的数字逻辑电路控制方案。 由两块 74LS112 双 JK 触发器组成的逻辑电路,采用分立元件组成电子密码锁,其构 造简单,可以方便的实现密码控制和报警电路控制等功能。但采用该方案使用的元件数 量会过多,不仅不易进行修改设置,无法根据环境的改变而适时修改功能,而且升级能 力不够强大,当板制成后只能固定的实现一种特定功能。 考虑到数字电路方案原理过于简单,而且不
18、能满足现实的安全需求,而采用单片机 控制的智能家居系统不仅升级方便,而且程序修改简单,所以本系统采用方案一完成电 子密码锁的功能。 2.3.2 键盘的选择 方案一:采用独立式按键来控制 3 使用独立式按键来控制液晶的显示需要很多的按键。该方案每一个按键实现一个功 能,有易于控制,程序编写简单的优点,但是每个按键都需要接上拉电阻,这样占用了 单片机大量的 I/O 接口资源,不仅要对单片机外扩 I/O 口,并且在电路焊接方面很不方 便,浪费了大量的资源,提高了系统成本。 方案二:采用矩阵式按键来控制 矩阵式键盘用于按键数目较多的场合,它由行线和列线组成,按键位于行、列的交 叉点上。把按键按行、列组
19、成矩阵,在行列交点上都对应有一个键,这样使用的按键要 少,这种判定有无键被按下以及确定被按键的位置的方法称为键扫描法。该方案虽然提 高了编程的难度,但是节约了单片机大量的 I/O 口资源,免去了为焊接上拉电阻带来了 麻烦,提高了整块电路板的美观度。 基于实际考虑,本系统选择方案二来设计按键。 2.3.3 单片机的选择 方案一:采用 AT89C51 单片机 AT89C51 单片机是一种低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器,可以与其它 51 系列的 单片机兼容,其内部 ROM 全部采用 FLASH,ROM 最高时钟频率可以达到 24MHz,且能 以 3V 的超低电压工作。但 AT89C51 内
20、部 ROM 仅为 4KB,不利于功能的扩展。 方案二:采用 AT89S52 单片机 AT89S52 单片机具有 AT89C51 的全部功能,最高外接晶振可达 33MHz,而且内部 ROM 为 8KB,有利于功能的扩展。 基于实际考虑,本系统选择方案二来设计单片机。 2.3.4 报警模块的选择 方案一:采用语音报警 采用语音报警,虽然可以使整个系统更加完美,但是会使程序更加复杂,而且提高 了整个系统的造价。 方案二:采用发光二极管和蜂鸣器来报警 采用发光二极管和蜂鸣器来报警,可以发出声光报警,降低了成本。 基于实际考虑,本系统选择方案二来设计密码锁。 2.3.5 电源模块的选择 方案一:采用干电
21、池作为系统的电源 采用干电池作为单片机电子密码锁的电源,由于调试时间较长,干电池需要经常更 换,不符合节约社会资源的要求,并且带方案需要有一个硬件将 3 节电池串联在一起以 产生足够的电压,若如此,将造成携带的不便。 方案二:采用 5V 直流稳压电源作为系统电源 采用 5V 直流稳压电源作为系统电源,不仅功率上可以满足系统需要,而且不需要更 换电源,比较轻便,使用更加安全可靠。 4 基于以上分析,我们决定采用方案二。 2.4 设计原理 结合整个系统的功能、成本、美观度等方面的综合考虑,本系统主要由单片机、矩阵键盘、液晶 显示器和密码存储、红外遥控等部分组成。其中红外遥控部分用于系统启动时的功能
22、选择;矩阵键盘 用于输入数字密码和一些功能的实现。用户通过连接在单片机的矩阵键盘输入密码,单片机接收键入 的代码,并与存贮在 ROM 中的密码进行比较,从而判断密码是否正确,然后控制引脚的高低电平传 到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警。如果密码正确,则开锁;如果密码不正确,则允许操作 人员重新输入密码,并且报警提示,对于信息,则通过 LCD 显示器及发出声光报警来显示;步进电机 可以进行定时的正转和发转;数码管则可以根据数码采集模块显示当前的温度,并且在高于一定温度 值是予以警示。 系统共有两部分构成,即硬件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键盘输入部分、 红外遥控部分、复位部分
23、、晶振部分、蜂鸣器报警部分、LCD 显示部分、步进电机部分、温度采集部 分、数码管显示部分组成。软件部分对应的由主程序、初始化程序、LCD 显示程序、键盘扫描程序、 键功能程序、延时程序、温度采集程序、数码管显示程序、步进电机驱动程序、红外遥控程序等组成。 其原理框图如图 2-1 所示。 图 2-1 智能家居系统原理框图 AT89S52 红外遥控电路 键盘扫描电路 晶振电路 温度采集电路 复位电路Lcd 显示电路 数码管显示电 路 步进电机电路 报警电路 电源电路 5 2.5 系统组成 在确定了选用什么型号的单片机后,就要确定外围电路。其外围电路包括电源输入 部分、红外遥控、键盘输入部分、复位
24、部分、晶振部分、温度采集部分、数码管显示部 分、步进电机部分、报警部分、LCD部分,根据实际情况,键盘输入部分选择4*4矩阵键 盘,显示部分选择液晶显示LCD1602,步进电机采用MP28GA,温度采集使用DS18B20数 字温度传感器。根据以上器件,选取了上海浩豚电子科技公司生产的MINI80单片机开发 板作为基本的模拟环境。该开发板器件优良,做工精细,完全可以满足本次设计需求。 其原理图如图2-2所示。 图 2-2 开发板硬件电路原理图 6 第 3 章 智能家居系统的硬件电路设计 3.1 单片机 AT89S52 简介 3.1.1 主要特性 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8
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