智能家居参考论文

湖南信息科学职业学院毕业论文智能家居设计学生姓名：邓彪学号：1001050244年级专业：2010级楼宇智能化工程技术指导老师：张兰洁系别：电子信息系湖南·长沙提交日期：2013年5月-1-目录引言..............................................................3第一章课题描述1课题简介.......................................................42系统功能要求...................................................4第二章系统总体设计1各模块方案比较与论证...........................................51.1CPU模块的选择.............................................51.2光敏检测模块的选择.........................................51.3时钟模块的选择.............................................51.4遥控模块的选择.............................................61.5电源模块的选择.............................................62系统设计标准....................................................6第三章硬件电路设计1系统基本电路介绍................................................71.1总控制器模块...............................................71.2插排控制模块...............................................121.3无线收发模块...............................................142主要单元PCB的设计..............................................172.1总控制器模块PCB的设计.....................................172.2插排控制模块PCB的设计.....................................18第四章软件系统设计1总控制器程序流程...............................................192插排控制器程序流程.............................................203插排控制程序（包含定时器延时，休眠低功耗设计）.................20第五章结束语......................................................22参考文献...........................................................22-2-智能家居设计作者：邓彪指导老师：张兰洁(湖南信息科学职业学院10级楼宇智能化工程技术，长沙410151)摘要：智能家居最早是在20世纪80年代兴起于日本和美国，并在20世纪90年代进入我国，经过十几年的发展，特别是随着我国的住宅产业发展而迅速发展起来。而且在我国智能家居引起越来越多的关注，随着人民生活水平的提高，人们对于居住环境智能化、舒适程度等要求会越来越高，这给智能家居的发展提供了很大的市场空间。然而由于我国的居住模式和发达国家存在很大的差别，我国人口众多，城市多以密集型住宅为主，这造成了国内外在智能家居的发展和技术上存在了很大的差别。国内智能化更多地注重于整个小区智能化的建设。最早从做对系统开始，并且逐渐由过去的非可视对讲过渡到目前的以黑白可视对讲为主流，同时一些集成了安防功能、抄表功能,短信息等功能的对讲产品出现并在一些地区应用。由于可视对讲的发展迅速，一些厂家的宣传，给人造成了一种错误的观念，小区只要做可视对讲或者综合布线就称得上智能化小区。随着对智能家居的认识越来越深入，人们逐渐意识到智能化的真正主体是家居的智能化，更多地体现在家庭内部自动化。所以20世纪90年代后期，一些企业开始引入国外的智能家居技术和产品在国内推广，还有一些大的集团公司也看好该领域，通过各种途径介入，促进整个行业迅速发展。正如当今如火如荼的家电行业，无论是白色家电，还是黑色家电，以及其他一些日用家电无不嵌入了自动化控制，其智能化程度已远是以前的普通家电所不及了。关键词：智能家居；单片机；开关电源；热释电；时钟芯片-3-第一章课题描述1.1课题简介智能家居的主体在于家庭自动化，将来家庭自动化的主体是家电、照明等电气设备的控制。家庭自动化系统能够通过集中或者分布式控制家庭内部照明或者其他家电，用户可以通过无线遥控或者网络、电话远程控制家庭内部设备。更者，可以通过采用各式各样的传感器，由智能CPU采集信号并对家庭内部设备进行自动控制，家居自动化系统是将来智能家居的主要发展方向。本次设计以采用STC10F08XE以及STC89C52，实现无线遥控以及热释电、光敏二极管等传感器来制作一个家居智能控制系统。采用无线遥控器代替机械式开关,来控制家庭常用电器，如电脑、音响等。解脱了有线机械式开关的束缚，实现远距离，任意角度对常用电器进行开关控制。使用各式传感器，并由智能CPU来对家用电器进行自动化控制，如自动给植物浇水，自动开启室内照明等。这种控制才真正算得上是自动化家居。1.2系统功能要求根据系统需要，其中控制部分包括了总控制器CPU、自动浇水检测模块、时钟模块、热释电检测模块、遥控收发模块、光敏检测模块、子CPU插排控制模块、LCD1602显示模块、声光报警模块等等。系统的基本框图如图1.1所示。-4-总控制器CPU匙扣式遥控发射模块自动浇水检测模块子CPU插排控制模块LCD1602显示模块声光指示模块图1.1系统基本框图大功率开关电源遥控接收模块遥控电脑开关机DS1302时钟模块光敏检测模块热释电检测模块小功率开关电源LED台灯USB电源输出按键输入模块小功率抽水机-5-第二章系统总体设计2.1各模块方案比较与论证2.1.1CPU模块的选择采用增强型51单片机作为系统的控制器。采用型号为STC10F08XE和STC89C52两款单片机。其中，STC10F08XE作为总控制CPU，此单片机为单周期MCU，运算速率高，抗干扰能力强，低功耗；具有P4口，共有36个I/O口资源，能存储大量的控制程序，能完成传感检测、定时计数、信息显示等功能，具有很强的实用性和较高的性价比。加上该单片机算术运算能力强，软件编程灵活，可以配合单片机C语言实现各种灵活的控制。另一款单片机STC89C52，功能简单，价格更优惠，性能稳定，并有休眠低功耗功能，用来作简单的子CPU控制最好不过。2.1.2光敏检测模块的选择采用光敏二极管，光敏二极管靠PN节的暗电流大小使二极管导通或截止。无光照时，有很小的饱和反向漏电流,即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。根据这个原理可以实现环境光线路灯开关。且它具有感光灵敏度高、响应快、线性好、抗干扰能力强，价格便宜等优点。2.1.3时钟模块的选择DS1302时钟芯片。DS1302是达拉斯公司生产的专用时钟芯片，读写数据简单，而且芯片内置电池涓流充电电路，可自动给可充电池充电,充电后可供时钟芯片掉电时依然工作一年左右。2.1.4遥控模块的选择无线超外差收发模块。此无线模块因为采用超外差接收模块，所以抗干扰能力强，有效距离远（一般情况下，可达10到15米），而且无方向性要求，适合任意角度，存在障碍物的情况下进行遥控。在家居遥控中非常方便实用。-6-2.1.5电源模块的选择选择开关电源模块。此电源模块的最大有点就是电源效率高，又去掉了笨重的变压器，所以体积小，重量轻。而方案中，CPU等模块对电源的要求不高，而且插排控制模块要长时间待机，对电源的效率要求较高。另，因系统中，驱动抽水机、LED照明台灯等模块要求的电源功率较高，所以具有较高的电源效率的开关电源是为首选。2.2系统设计标准如今的电子设备的发展方向除了越来越智能化之外，更多的是注重绿色环保，绿色节能。该系统设计标准也正是如此。系统中采用开关电源设计，提高电源利用率，减少不必要的额外损耗。还有采用LED作为照明光源，更是符合未来绿色照明的设计方向。加之低功耗的CPU程序设计，使得该系统在具有一定智能控制能力外，更具绿色节能特色。第三章硬件电路设计3.1系统基本电路介绍3.1.1总控制器模块总控制器模块，是整个系统的神经中枢，负责控制系统中各个模块的正常运行。另外，作为总控制器，除了CPU模块外，还集成了必需的人机交互界面，包括LCD1602液晶显示和按键模块，以及其他的一些时钟模块、热释电人体感应、温度检测、蜂鸣器报警模块等。下面将逐一介绍。(1)总控制器CPU模块，采用STC10F08XE，该款单片机是宏晶科技设计生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成高可靠复位电路，针对高速通信，智能控制，强干扰场合。而且，STC10F08XE比普通8051单片机多了一组P4I/O口，最多可提供使用36个I/O口。在本系统中，因存在控制单元较多而带来的I/O口资源紧张的问题迎刃而解。STC10F08XE管脚排列-7-如图3.1所示。CPU模块电路原理图如图3.2所示。其中包括典型51单片机的时钟晶振电路、复位电路、和电源三大基本电路。还有就是各个模块的I/O连接，接下来还会详细说明，在这里就不再赘述。(2)时钟模块，主IC采用达拉斯DS1302。该款时钟芯片的功能特色:时钟计数功能，可以对秒，分钟，小时，日，月，星期，年的计数，年计数可达到2100年。有31*8位的额外数据暂存器最少I/O引脚传输，通过三引脚控制工作电压：2.0-5.5V工作电流小于320nA（2.0V）读写时钟寄存器或内部RAM可以采用单字节模式和突发模式兼容TTL（5.0V）增加后备电源功能——①.可通过VCC1进行涓流充电②.双重电源补给图3.1STC10F08XE管脚图图3.2CPU电路原理图电路原理P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1STC89C521212MY130pFC430pFC510KR110uFE1VCCVCC0.1uFC3VCCRSTVCC1234567891kRP8VCCCPU模块D4D5D6D7RSrestiosclkTEMB1B2B3B4LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8LED9LED10LED11/INTLED12BELLELCDD0D1D2D3-8-③.备用电源可以采用蓄电池或者超级电容（0.1F以上），可以用老式电脑主板