基于單片機的智能家居控制系統設計論文(doc畢設論文)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 被控對象的任務及工藝要求而確定的。設計方法大致如下：根據系統的要求，首先確定出系統是采用開環系統還是閉環系統，或者是數據處理系統。選擇檢測元件，在確定總體方案時，必須首先選擇好被測參數的測量元件，它是影響控制系統精度的重要因素之一。選擇執行機構，執行機構是微型機控制系統的重要組成部件之一。執行機構的選擇一方面要與控制算法匹配，另一方面要根據被控對象的實際情況確定。 選擇輸入/輸出通道及外圍設備。選擇時應考慮以下幾個問題：被控對象參數的數量；各輸入/輸出通道是串行操作還是并行操作；各通道數據的傳遞速率；各通道數據的字長及選擇位數；對顯示、打印有何要求；畫出整個系統流程圖和原理圖。 單片機控制部分本系統是單片機在系統檢測以及工程控制方面的應用，其特點是體積小，成本低，功能強，功耗低，是微機應用產品化的最佳機種之一，它已廣泛地應用在產品智能化和工業自動化上。而把單片機面向工控領域對象，嵌入到工控應用系統中，實現嵌入式應用的計算機稱之為嵌入式計算機系統，簡稱嵌入式系統。嵌入式系統一般分為四種:工控機，通用 CPU 模塊，嵌入式微機處理，單片機。嵌入式系統具有以下特點：(1)面對控制對象。如傳感信號輸入、人機交互操作,伺服驅動等。(2)嵌入到工控應用系統中的結構形態。(3)能在工業現場環境中可靠運行的品質。(4)突出控制功能。如對外部信息的捕捉、對控制對象實時控制和有突出控制功能的指令系統(I/O 控制、位操作和轉移指令等)。單片機有惟一的專門為嵌入式應用系統設計的體系結構與指令系統，最能滿足嵌入式應用要求。單片機是完全按嵌入式系統要求設計的單芯片形態應用系統，能滿足 面對控制對象、應用系統的嵌入、現場的可靠運行及非凡的控制品質等要求，是發展最快、品種最多、數量最大的嵌入式系統。 系統工作流程部分 圖 系統工作流程 遠程控制設計與分析 控制系統設計分析系統控制器由 MT8870 接收遠端發送來的 DTMF 信號、并對其進行解碼，解碼后的信號由中央處理單元采集處理。為了方便用戶使用，系統設計了語音提示界面。電話遠程控制系統一般工作在無人值守環境，所以應具有自動離線、上線、復位功能。為了符合智能化要求，系統采用 SM8952AC25P 作為中央處理器。同時，電話遠程控制系統正常工作還需電源供電電路、驅動電路等輔助電路。系統組成框圖如圖 示。由圖可知，系統主要由振鈴檢測電路、模擬摘掛機電路、DTMF 音頻解碼電路、語音提示電路、中央處理單元（SM8952AC25P） 、控制電路、電源電路等組成。火災煙霧傳感器可燃氣體傳感器擴展信號 A/D轉換放大、整形放大、整形單片機信號分析處理短信息發送紅外學習光電隔離功率器件程控交換信令執行器件LCD 顯示門窗磁信號電壓轉 換 RS232 PC 機電源電路語音提示控制電路SM8952AC25P 單片機 振鈴檢測模擬摘機DTMF 解碼 圖 遠程控制系統控制器并聯于電話機的兩端，不會影響電話機的正常使用。用戶通過異地電話撥通控制器所連接外線的電話號碼，通過程控交換機向電話機發出振鈴信號。控制器檢測到六次振鈴后，即六次響鈴后無人接聽時電話自動摘機，進入密碼檢測階段，輸入正確密碼后選擇被控電器，然后輸入開或關密碼遙控被控電器，完成后返回。 控制要求 完成遠程控制部分必須完成一下要求： (1) 通過電話網對異地的電器實現控制（開/關） 。(2) 控制器可以實現自動模擬摘掛機。(3) 控制器設置密碼校驗。 單元功能模塊本設計此系統必須具有以下單元功能模塊：(1) 鈴音檢測、計數；(2) 自動摘掛機；(3) 密碼校驗；(4) 在線修改密碼；(5) 雙音頻信號解碼；(6) 輸入信息分析；(7) 控制電器開關；(8) 電器狀態查詢； 軟硬件方案確定根據電話機和交換機發出的不同信號音以及電話線各種狀態的不同要求，本設計方案結合實際情況對具體的單元功能模塊作出軟件或硬件上作了以下分工：交換機所發出的各種信號音都大多數可以通過軟件編程來識別，即通過單片機發出的脈沖信號來檢測信號音單位時間內的脈沖個數計算出其頻率，從而完成信號音的識別。但從系統的可靠性和程序的結構設計上分析，用硬件來解決振鈴音檢測、雙音頻信號解碼等功能相對穩定可靠。 設計中自動摘掛機和電器的控制必須使用具體硬件電路來實現。而振鈴音計數、密碼校驗、在線修改密碼、輸入信息分析、電器狀態查詢等功能模塊使用軟件編程方式要比硬件電路簡單的多，易于實現。綜上所述，本設計信號音檢測、自動摘掛機、控制電器、雙音頻解碼等功能模塊使用硬件電路實現。而信號音計數、密碼校驗、在線修改密碼、信息分析、電器狀態查詢等功能模塊使用軟件編程完成。 傳感器信號采集設計與分析 防火災發生傳感器火災煙霧傳感器是一種在消防管理、安全防范系統中常用的報警器材，它工作可靠、體積小巧，火災煙霧傳感器是把煙霧信號轉換為電信號，電路設計時可以在背后設計專用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時通過設置在廚房的感溫探測器和設置在客廳、臥室等的感煙探測器，監視各個房間內有無火災的發生。如有火災發生控制器發出聲光和短信報警信號，通知家人及小區物業管理部門。家庭控制器還可以根據有人在家或無人在家的情況，調節感溫探測器和感煙探測器的靈敏度。本系統采用 NIS09C 型煙霧傳感器。通過設置在廚房的可燃氣體探測器，監視燃氣管道、灶具有無燃氣泄漏。如有燃氣泄漏家庭控制器發出聲光報警信號，并聯動關閉燃氣管道上的電磁閥，同時短信通知家人及小區物業管理部門。這里采用 TP2 高溫型一氧化碳傳感器報警器需在一氧化碳濃度達到設定制值時系統應啟動報警。防盜報警的防護區域分成兩部分，即住宅周界防護和住宅內區域防護。住宅周界防護是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關，在對外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測器；住宅內區域防護是指在主要通道、重要的房間內安裝被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器。當家中有人時，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、玻璃破碎探測器)設防，住宅內區域防護的防盜報警設備(紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器)撤防。當家人出門后，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、玻璃破碎探測器)和住宅內區域防護的防盜報警設備(被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器)均設防。當有非法侵入時，家庭控制器發出聲光報警信號，并短信通知家人及小區物業管理部門。另外，通過程序可設定報警裝置的等級和報警器的靈敏度。 信號采集設計與分析傳感器是將外界信息轉換成電信號的裝置，其中的電信號包括數字信號和模擬信號，數字信號可以通過電氣隔離直接送給單片機或微型計算機進行處理，模擬信號則利用數據采集系統將多路被測量值轉換成數字量，再經過單片機或微型計算機進行數據處理，實現實時測控。 GSM 模塊的接口與設計 TC35 模塊組成Siemens 公司的 TC35 模塊主要由 GSM 基帶處理器、GSM 射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF 連接器、天線接口六部分組成。作為 TC35 的核心，基帶處理器主要處理GSM 終端內的語音、數據信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有的模擬和數字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持 FR、HR 和 EFR 語音信道編碼。 TC35模塊通信電路數據通信電路主要完成短消息收發、與微機機通信、軟件流控制等功能。TC35 的數據接口采用串行異步收發，符合 ITUT RS232 接口電路標準，工作在 CMOS 電平()。數據接口配置為 8 位數據位、1 位停止位、無校驗位，可以在300bps～115kbps 的波特率下運行，支持的自動波特率為～115kbps（ 和 除外） 。TC35 模塊還支持 RTS0/CTS0 的硬件握手和 XON/XOFF 的軟件流控制。 TC35模塊與 MCU 連接方式單片機與 TC35 一般采用串行異步通信接口，具有紅外和通信電纜兩種連接方式其中電平轉換及串口通信功能以 TI 公司的 MAX3238 芯片為核心，通信速度可設定，通常為 19200bps。采用紅外接口的優點是單片機系統與手機電氣隔離，相互不干擾，接口各自獨立，使用方便；缺點是通信距離較短，紅外傳播的方向性對接口相對位置有要求。采用電纜連接時，數據傳輸的可靠性較好；其主要缺點是接口的電氣參數不兼容，設計不當時就會對手機的通信質量產生影響。這個單片機系統其實就是一個具有 GPRS功能的 GSM 手機模塊加上單片機控制系統，GSM 手機模塊主要是用來建立無線信道，接收和發出短消息。單片機系統用來控制手機模塊，并且對收到的短消息信息進行解釋并執行，目前全國共有 8 種短消息格式包含從互聯網平臺發出的短消息。本系統采用通信電纜的連接方式。 紅外學習遙控設計 紅外學習遙控的設想對于空調、電視等需要紅外遙控器才可控制的紅外控制類家電僅靠接通交流電源是無法使其進入工作狀態的。因此本人提出使用紅外遙控進行對空調以及其他紅外電氣的控制方案，使系統具有的紅外學習功能可實現對這類家電的有效控制。又如紅外插座、紅外開關等，雖然紅外遙控在家電產品中有廣泛應用，但各產品的遙控器不能相互兼容，目前市面上常見的萬能遙控器只能對某幾種產品進行控制，不是真正的“萬能” 。本系統可以學習并記憶各種紅外控制類家電的遙控指令，利用單片機對遙控器的發射信號的波形進行測量，然后將測量的數據回放，由于只關心發射信號波形中的高低電平的寬度，不管其如何編碼，因此做到了真正的“萬能” 。也為整個控制器的實現提供了良好的基礎。當用戶可以通過任意操作方式對這類家電進行控制時，紅外插座或開關會向受控電器發送相應的紅外遙控指令，從而控制電器的運行狀態。 紅外學習遙控的實現經過充分的論證和研討，本系統采用各設備集中控制的方式實現。集中各設備的方法是首先對各設備的紅外遙控信號進行識別并存儲，然后在需要時進行還原，以控制對應設備動作。由單片機構成集中控制器，它是自學習與還原的核心部分，紅外接收部分由 CX20226 解調電路或一體化紅外接收頭組成，發射部分有紅外發光管極其驅 動部分組成。通常，紅外遙控器將遙控信號調制在 38KHz 的載波上，經緩沖放大后送至紅外發光二極管，轉化為紅外信號發射出去。二進制脈沖碼的形式有多種，其中最為常用的是 PWM 碼(脈沖寬度調制碼)和 PPM 碼(脈沖位置調制碼)。PWM 碼以寬脈沖表示 1，窄脈沖表示 0。PPM 碼脈沖寬度一樣，但是碼位的寬度不一樣，碼位寬的代表 1，碼位窄的代表 0。遙控編碼脈沖信號（以 PPM 碼為例）通常由引導碼、系統碼、系統反碼、功能碼、功能反碼等信號組成。引導碼也叫起始碼，由寬度為 9ms 的高電平和寬度為 的低電平組成（不同的遙控系統在高低電平上有一定的區別） ，用來標志遙控編碼脈沖的開始。系統碼也叫識別碼，它用來指示遙控系統的種類，以區別其他遙控系統，防止各種遙控系統的誤操作。功能碼也叫指令碼，它代表了相應的控制功能，接收機中的微控制器可根據功能碼的數值完成各種功能操作。系統反碼與功能反碼是系統碼與功能碼的反碼，反碼的加入是為了能在接收端校對傳輸過程中是否產生差錯。為了提高抗干擾性能和降低電源消耗，將上述的遙控編碼脈沖對頻率為 38KHz（周期為）的載波信號進行脈幅調制（PAM） ，再經緩沖放大后送到紅外發光管，將遙控信號發射出去。 由于遙控器的二進制編碼脈沖有一定的寬度，而且它的高低電平均不斷的交替變化，因此容易讓我們想到一種容易且方便的方法，脈寬測量。雖然它的二進制脈沖的高低電平的寬度有所不同，但它們大都是毫秒級的，因而，采用單片機的定時器來測量它的脈沖寬度，然后存儲，還原是完全可以實現的。實際證明這種思路是可行的，而且電路簡單，容易實現。3 硬件電路設計 相關芯片及模塊簡介 MCU SM8952AC25P 簡介SM8952C25的最高主頻為25MHz,內帶8KB閃存的MCU，SM8951/8952系列產品是內嵌