智能家居設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)論文題目：智能家居設(shè)計(jì)智能家居設(shè)計(jì)摘要：近幾年，在各大公司和媒體的強(qiáng)大概念宣傳攻勢(shì)下，智能家居行業(yè)逐漸形成，可用的、接近現(xiàn)實(shí)需求的產(chǎn)品不斷增加，集成商、開(kāi)發(fā)商以及裝修公司已經(jīng)積累了很多經(jīng)驗(yàn)。如何建立一個(gè)高效率、低本錢(qián)的智能家居系統(tǒng)已成為當(dāng)前社會(huì)一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。而國(guó)家政府機(jī)構(gòu)及各大信息家電生產(chǎn)廠商不失時(shí)機(jī)地開(kāi)展了中國(guó)智能家庭網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化制定工作，為中國(guó)智能家居的開(kāi)展提供了一個(gè)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)，指明了智能家居研究領(lǐng)域正確的開(kāi)展方向。

但是，此行業(yè)仍存在幾個(gè)問(wèn)題。首先，定位偏高，目前智能家居的用戶是中上檔次的人群，而這類人群畢竟是少數(shù)，因此降低定位，讓智能家居進(jìn)入尋常百姓家，可擴(kuò)大市場(chǎng)范圍；其次，切實(shí)分析用戶需求，否那么就只是房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商售樓時(shí)一個(gè)宣傳賣點(diǎn)。本文簡(jiǎn)單介紹了智能家居國(guó)內(nèi)外的開(kāi)展趨勢(shì)，主要產(chǎn)品及其技術(shù)原理，特點(diǎn)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用領(lǐng)域等。目錄

1前言····································································11.1智能家居概念·························································1

1.2智能家居的開(kāi)展現(xiàn)狀···················································1

1.3智能家居的市場(chǎng)潛力···················································1

1.4智能家居的未來(lái)開(kāi)展方向···············································1

2總體方案確實(shí)定···························································2

2.1設(shè)計(jì)任務(wù)·························································2

2.2方案介紹·····················································32.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和原理分析···················································3

2.3方案特點(diǎn)3各局部設(shè)計(jì)說(shuō)明··························································73.1單片機(jī)局部··························································193.2遙控局部·····························································7

3.3電源局部····························································10

3.4液晶顯示局部························································13

3.5溫度傳感局部························································173.6房間燈局部··························································19

4硬件電路設(shè)計(jì)····························································5制作、調(diào)試與分析·························································20

5.1系統(tǒng)PCB板的設(shè)計(jì)····················································5.2系統(tǒng)硬件調(diào)試··························································5.3系統(tǒng)軟件調(diào)試··················································6結(jié)論···································································21

致謝······································································22

參考文獻(xiàn)··································································23

附錄程序清單····························································251前言1.1智能家居概念智能家居(SmartHome)是以家為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、自?dòng)化，智能化于一體的高效、舒適、平安、便利的家居環(huán)境。家居智能化技術(shù)起源于美國(guó)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開(kāi)展，特別是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)展，網(wǎng)絡(luò)化智能家居系統(tǒng)可提供遙控、家電、空調(diào)，熱水器等控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗簾自控、防盜報(bào)警、遠(yuǎn)程控制、可編程定時(shí)控制及計(jì)算機(jī)控制等多種功能和手段，使生活更加舒適、便利和平安。1.2智能家居的開(kāi)展現(xiàn)狀家居智能化技術(shù)起源于80年代美國(guó)和日本，它是以家為平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。目前在國(guó)內(nèi)大多數(shù)智能家居化系統(tǒng)都應(yīng)用在高檔住宅和高檔別墅，因此應(yīng)用在普通家庭還具有很大的開(kāi)發(fā)價(jià)值。智能家居進(jìn)人中國(guó)開(kāi)展已有近十年的時(shí)間，隨著人們從陌生到熟悉，從誤解到理解，智能家居的開(kāi)展道路可謂非?？部馈Ｋ?jīng)過(guò)了早期的概念普及期到現(xiàn)在開(kāi)始進(jìn)入快速的開(kāi)展期。1.3智能家居的市場(chǎng)潛力隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速開(kāi)展，人類的生活水平有著日新月異的變化，“以人為本、舒適、便利、智能化“已成為家居系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)理念，家居智能化控制系統(tǒng)力求創(chuàng)造平安、舒適的生活環(huán)境的設(shè)計(jì)理念，成為當(dāng)今眾多開(kāi)發(fā)商高度關(guān)注的賣點(diǎn)之一。以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為根底，各種家電通過(guò)不同的互連方式進(jìn)行通信及數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)家用電器之間的“互聯(lián)互通”，使人們足不出戶就可以更加方便快捷地獲取信息，目前數(shù)字家庭極大的提高人類居住的舒適性和娛樂(lè)性。1.4智能家居的未來(lái)開(kāi)展方向智能家居是具有充滿智慧的控制系統(tǒng)，可提供全方位的信息交互功能，優(yōu)化人們的生活方式，提高家居的平安性，節(jié)約各種能源費(fèi)用。智能家居怎樣做到實(shí)用、易用、人性化，真正提高人們的生活品質(zhì)，才是智能家居的開(kāi)展方向。實(shí)用為本，才是智能家居的開(kāi)展方向。2總體方案確實(shí)定2.1設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。確定單片機(jī)控制系統(tǒng)總體方案，是進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)最重要、最關(guān)鍵的一步?？傮w方案的好壞，直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的性能及實(shí)施細(xì)那么?？傮w方案的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)被控對(duì)象的任務(wù)及工藝要求而確定的。本文利用51系列單片機(jī)、無(wú)線單片機(jī)NRF24l01和各類家居傳感器設(shè)計(jì)制作一款智能家居控制系統(tǒng)樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的設(shè)計(jì)包括：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與調(diào)試和控制軟件的編寫(xiě)與調(diào)試。(1)硬件局部智能家居控制系統(tǒng)其硬件局部主要由五大局部構(gòu)成，即遙控局部、溫度傳感局部、液晶顯示局部、單片機(jī)局部和電源局部。遙控局部由無(wú)線單片機(jī)NRF24L01模塊完成主機(jī)與從機(jī)之間的信號(hào)的處理和發(fā)送；溫度傳感器數(shù)據(jù)完成對(duì)周圍環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)采集；液晶顯示對(duì)主機(jī)的指令和溫度大小等進(jìn)行顯示；單片機(jī)局部完成各個(gè)局部的連接和控制，是整個(gè)系統(tǒng)電路的核心；電源局部那么為各個(gè)局部提供工作電源。(2)軟件局部軟件設(shè)計(jì)局部主要由五大局部構(gòu)成：即NRF24l01模塊程序編程、溫度傳感器DS18B20程序編程、液晶顯示局部編程。2.2方案介紹無(wú)線單片機(jī)nrf24l01具有本錢(qián)低、功耗低、傳輸速率高、軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單以及通信穩(wěn)定可靠等特點(diǎn),使用nRF24L01芯片進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)通信時(shí)不需要進(jìn)行曼徹斯特編碼，編程和應(yīng)用非常方便.設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)圍繞無(wú)線單片機(jī)nrf24l01原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)分三個(gè)大局部：兩個(gè)發(fā)射局部和一個(gè)接收局部，每個(gè)局部分為兩大模塊，分別是單片機(jī)模塊和nrf24l01模塊。NRF24l01模塊單片機(jī)鍵盤(pán)系統(tǒng)框圖如下：NRF24l01模塊單片機(jī)鍵盤(pán)發(fā)射模塊：I/O口I/O口I/O口I/O口液晶顯示液晶顯示接收模塊1執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作作單片機(jī)I/O口NRF24l01模塊單片機(jī)I/O口NRF24l01模塊接收模塊2執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作單片機(jī)I/O口執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作單片機(jī)I/O口NRF24l01模塊NRF24l01模塊2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和原理分析：本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了兩從機(jī)與一主機(jī)之間的通信。當(dāng)電路進(jìn)入正常工作時(shí)，接收局部進(jìn)入實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)狀態(tài)，當(dāng)某一用戶按下某一控制信號(hào)，接收局部的led燈和液晶顯示執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作告知接收者這一用戶所執(zhí)行的動(dòng)作。nrf24l01采用ShockBurstTmMode完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。下面具體介紹發(fā)送和接收的軟件編程：ShockBurstTM發(fā)送，發(fā)送模式的過(guò)程為:1)配置存放器位PRIM_RX為低;2)當(dāng)MCU有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，接收節(jié)點(diǎn)地址和有效數(shù)據(jù)通過(guò)SPI接口寫(xiě)入nRF24LO1.當(dāng)CSN為低時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)被不斷地寫(xiě)入;3)設(shè)置CE為高，啟動(dòng)發(fā)射.CE高電平持續(xù)時(shí)間最小為10ps;4)啟動(dòng)內(nèi)部16MHz時(shí)鐘，MCU設(shè)置發(fā)送速度為1M或2Mbps，無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù);5)假設(shè)啟動(dòng)了自動(dòng)應(yīng)答模式，nRF24LO1立即進(jìn)入接收模式;6)如果CE置低，那么系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式.基于此原理設(shè)計(jì)出以下發(fā)射程序：SPI_Write_Buf(WRITE_REG+TX_ADDR,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//寫(xiě)本地地址 SPI_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P0,RX_ADDRESS,RX_ADR_WIDTH);//寫(xiě)接收端地址SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_AA,0x03);//頻道0和頻道1自動(dòng) ACK應(yīng)答允許 SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_RXADDR,0x03);//允許接收地址只有頻道0和頻道1SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_CH,40);//設(shè)置信道工作為2.4GHZ，收發(fā)必須一致SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RX_PW_P0,RX_PLOAD_WIDTH);//設(shè)置接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，本次設(shè)置為2字節(jié)SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,0x07); //設(shè)置發(fā)射速率為1MHZ，發(fā)射功率為最大值0dB SPI_RW_Reg(WRITE_REG+CONFIG,0x0e); //IRQ收發(fā)完成中斷響應(yīng)，16位CRC，主發(fā)送接收模式和發(fā)送模式的設(shè)置過(guò)程大概相同，具體過(guò)程為:1)配置存放器位:PRIM_RX為高;2)翻開(kāi)所使用的接收數(shù)據(jù)通道，自動(dòng)應(yīng)答功能，有效數(shù)據(jù)寬度由設(shè)置;3)設(shè)置CE為高啟動(dòng)接收模式;4)130μs后nRF24LD1開(kāi)始檢測(cè)空中信息;5)接收到有效的數(shù)據(jù)包后，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在RX_FIFO中，同時(shí)RX_DR位置高;6)如果啟動(dòng)自動(dòng)應(yīng)答功能，那么發(fā)送應(yīng)答信號(hào);7)MCU設(shè)置CE腳為低，進(jìn)人待機(jī)模式.基于此原理設(shè)計(jì)出以下程序：SPI_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P0,TX_ADDRESS,TX_ADR_WIDTH);//寫(xiě)接收通道0的接收地址，與發(fā)送地址相同 SPI_Write_Buf(WRITE_REG+RX_ADDR_P1,RX_ADDRESS1,TX_ADR_WIDTH); //寫(xiě)接收通道1的接收地址，與發(fā)送地址相同 SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_AA,0x03);//頻道0和1自動(dòng)ACK應(yīng)答允許 SPI_RW_Reg(WRITE_REG+EN_RXADDR,0x03);//允許接收地址只有頻道0和1SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_CH,40);//設(shè)置信道工作為2.4GHZ，收發(fā)必須一致SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RX_PW_P0,TX_PLOAD_WIDTH);//設(shè)置接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，本次設(shè)置為2字節(jié)SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RX_PW_P1,TX_PLOAD_WIDTH);//設(shè)置接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，本次設(shè)置為2字節(jié)SPI_RW_Reg(WRITE_REG+RF_SETUP,0x07); //設(shè)置發(fā)射速率為1MHZ，發(fā)射功率為最大值0dBSPI_RW_Reg(WRITE_REG+CONFIG,0x0f); //IRQ收發(fā)完成中斷響應(yīng)，16位CRC ，主接收2.4方案特點(diǎn)：系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單操作方便能實(shí)現(xiàn)多模塊擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)多模塊同時(shí)進(jìn)行智能控制3各局部設(shè)計(jì)說(shuō)明3.1單片機(jī)局部單片機(jī)是由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備以及輸出設(shè)備共五個(gè)根本局部組成的。單片機(jī)是把包括運(yùn)算器、控制器、少量的存儲(chǔ)器、最根本的輸入輸出口電路、串行口電路、中斷和定時(shí)電路等都集成在一個(gè)尺寸有限的芯片上。通常，單片機(jī)由單個(gè)集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的根本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)經(jīng)過(guò)1、2、3、3代的開(kāi)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向開(kāi)展，它們的CPU功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引腳的多功能化，以及低電壓、低功耗。可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。不過(guò)，這種電腦，通常是指?jìng)€(gè)人計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱PC機(jī)。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等組成。還有一類計(jì)算機(jī)，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算和控制。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個(gè)裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個(gè)裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機(jī)，就能起到使產(chǎn)品升級(jí)換代的成效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機(jī)等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開(kāi)發(fā)者搞出來(lái)的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡(jiǎn)單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機(jī)或其它可編程邏輯器件上。目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒(méi)有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的平安保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。它主要是作為控制局部的核心部件。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。STC89C52芯片主要功能列舉如下：1、為一般控制應(yīng)用的8位單片機(jī)2、晶片內(nèi)部具有時(shí)鐘振蕩器〔傳統(tǒng)最高工作頻率可至33MHz〕3、內(nèi)部程式存儲(chǔ)器〔ROM〕為4KB4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔RAM〕為128B5、外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至64KB6、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至64KB7、32條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做I/O的控制8、5個(gè)中斷向量源9、2組獨(dú)立的16位定時(shí)器10、1個(gè)全雙工串行通信端口11、8751及8752單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能12、單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令STC89C52各引腳功能介紹：如圖3圖3STC89C52VCC：STC89C52電源正端輸入，接+5V。VSS：電源地端。XTAL1：?jiǎn)涡酒到y(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反向放大器輸出端，一般在設(shè)計(jì)上只要在XTAL1和XTAL2上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動(dòng)作了，此外可以在兩個(gè)引腳與地之間參加一個(gè)20PF的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，防止噪聲干擾而死機(jī)。RESET：STC89C52的重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi)部特殊功能存放器之內(nèi)容均被設(shè)成狀態(tài)，并且至地址0000H處開(kāi)始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。EA/Vpp："EA"為英文"ExternalAccess"的縮寫(xiě)，表示存取外部程序代碼之意，低電平動(dòng)作，也就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼〔存于外部EPROM中〕來(lái)執(zhí)行程序。因此在8031及8032中，EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用8751內(nèi)部程序空間時(shí)，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751內(nèi)部EPROM時(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入21V的燒錄高壓〔Vpp〕。ALE/PROG：ALE是英文"AddressLatchEnable"的縮寫(xiě)，表示地址鎖存器啟用信號(hào)。ATAT89S51可以利用這個(gè)引腳來(lái)觸發(fā)外部的8位鎖存器〔如74LS373〕，將端口0的地址總線〔A0～A7〕鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)锳TAT89S51是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí)ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用。PSEN：此為"ProgramStoreEnable"的縮寫(xiě)，其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)〔EA=0〕，會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。STC89C52可以利用PSEN及RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用64K的定址范圍。PORT0〔P0.0～P0.7〕：端口0是一個(gè)8位寬的開(kāi)路電極〔OpenDrain〕雙向輸出入端口，共有8個(gè)位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個(gè)I/O端口〔P1、P2、P3〕那么不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路，P0在當(dāng)作I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時(shí)〔即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〕，P0就以多工方式提供地址總線〔A0～A7〕及數(shù)據(jù)總線〔D0～D7〕。設(shè)計(jì)者必須外加一個(gè)鎖存器將端口0送出的地址鎖住成為A0～A7，再配合端口2所送出的A8～A15合成一組完整的16位地址總線，而定位地址到64K的外部存儲(chǔ)器空間。PORT2〔P2.0～P2.7〕：端口2是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng)4個(gè)LS的TTL負(fù)載，假設(shè)將端口2的輸出設(shè)為高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。P2除了當(dāng)作一般I/O端口使用外，假設(shè)是在STC89C52擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié)A8～A15，這個(gè)時(shí)候P2便不能當(dāng)作I/O來(lái)使用了。PORT1〔P1.0～P1.7〕：端口1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)LSTTL負(fù)載，同樣地，假設(shè)將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當(dāng)作定時(shí)器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)引腳。PORT3〔P3.0～P3.7〕：端口3也具有內(nèi)部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其引腳分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫(xiě)入信號(hào)。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。3.2遙控局部1、NRF24L01無(wú)線單片機(jī)模塊介紹遙控局部主要由NRF24L01無(wú)線單片機(jī)模塊完成，NRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4GHz～2.5GHzISM頻段。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊,并融合了增強(qiáng)型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過(guò)程序進(jìn)行配置。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流也只有9mA;接收時(shí)，工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。(1)2.4Ghz全球開(kāi)放ISM頻段免許可證使用(2)最高工作速率2Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強(qiáng)，特別適合工業(yè)控制場(chǎng)合(3)126頻道，滿足多點(diǎn)通信和跳頻通信需要(4)內(nèi)置硬件CRC檢錯(cuò)和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信地址控制(5)低功耗1.9-3.6V工作，待機(jī)模式下?tīng)顟B(tài)為22uA；掉電模式下為900nA(6)內(nèi)置2.4Ghz天線，體積小巧15mmX29mm(7)模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機(jī)地址時(shí)才會(huì)輸出數(shù)據(jù)〔提供中斷指示)，可直接接各種單片機(jī)使用，軟件編程非常方便(8)內(nèi)置專門(mén)穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DC/DC開(kāi)關(guān)電源均有很好的通信效果(9)1.27MM間距接口，貼片封裝(10)工作于EnhancedShockBurst具有Automaticpackethandling,Autopackettransactionhandling,具有可選的內(nèi)置包應(yīng)答機(jī)制，極大的降低丟包率。(11)與51系列單片機(jī)P0口連接時(shí)候，需要加10K的上拉電阻,與其余口連接不需要。(12)其他系列的單片機(jī)，如果是5V的，請(qǐng)參考該系列單片機(jī)IO口輸出電流大小，如果超過(guò)10mA，需要串聯(lián)電阻分壓，否那么容易燒毀模塊!如果是3.3V的，可以直接和RF24l01模塊的IO口線連接。比方AVR系列單片機(jī)如果是5V的，一般串接2K的電阻2、接口電路說(shuō)明：〔1〕VCC腳接電壓范圍為1.9V~3.6V之間，不能在這個(gè)區(qū)間之外，超過(guò)3.6V將會(huì)燒毀模塊。推薦電壓3.3V左右。(2)除電源VCC和接地端，其余腳都可以直接和普通的5V單片機(jī)I/O口直接相連，無(wú)需電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)然對(duì)3V左右的單片機(jī)更加適用了。(3)硬件上面沒(méi)有SPI的單片機(jī)也可以控制本模塊，用普通單片機(jī)I/O口模擬SPI不需要單片機(jī)真正的串口介入，只需要普通的單片機(jī)IO口就可以了，當(dāng)然用串口也可以了。3、模塊結(jié)構(gòu)和引腳說(shuō)明NRF24L01模塊使用Nordic公司的nRF24L01芯片開(kāi)發(fā)而成。4、NRF24l01工作方式NRF24l收發(fā)模式配置模式空閑模式關(guān)機(jī)模式工作模式由PWR_UPregister、PRIM_RXregister和CE決定。詳見(jiàn)下表5、配置NRF24L01模塊NRF2401的所有配置工作都是通過(guò)SPI完成，共有30字節(jié)的配置字。NRF24L01工作于EnhancedShockBurstTM收發(fā)模式，這種工作模式下，系統(tǒng)的程序編制會(huì)更加簡(jiǎn)單，并且穩(wěn)定性也會(huì)更高，因此，下文著重介紹NewMsg_RF24L01配置為EnhancedShockBurstTM收發(fā)模式的器件配置方法。ShockBurstTM的配置字使NewMsg_RF24L01能夠處理射頻協(xié)議，在配置完成后，在NewMsg_RF24L01工作的過(guò)程中，只需改變其最低一個(gè)字節(jié)中的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)接收模式和發(fā)送模式之間切換。ShockBurstTM的配置字可以分為以下四個(gè)局部：數(shù)據(jù)寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中數(shù)據(jù)占用的位數(shù)。這使得NRF24L01能夠區(qū)分接收數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)和CRC校驗(yàn)碼；地址寬度：聲明射頻數(shù)據(jù)包中地址占用的位數(shù)。這使得NRF24L01能夠區(qū)分地址和數(shù)據(jù)；地址：接收數(shù)據(jù)的地址，有通道0到通道5的地址；CRC：使NRF24L01能夠生成CRC校驗(yàn)碼和解碼。當(dāng)使用NRF24L01片內(nèi)的CRC技術(shù)時(shí)，要確保在配置字(CONFIG的EN_CRC)中CRC校驗(yàn)被使能，并且發(fā)送和接收使用相同的協(xié)議。NRF24L01配置字的CONFIG存放器的位描述如下表所示。電源局部NRF24l01模塊在1.9Vto3.6V低電壓工作，所以本設(shè)計(jì)采用了AM1117-3.3穩(wěn)壓管將USB的5V電源轉(zhuǎn)化為3V左右的電源給NRF24l01供電。1、AM1117-3.3穩(wěn)壓管介紹AM1117-3.3是一個(gè)低漏失電壓調(diào)整器，它的穩(wěn)壓調(diào)整管是由一個(gè)PNP驅(qū)動(dòng)的NPN管組成的，漏失電壓定義為：VDROP=VBE+VSAT。有固定和可調(diào)兩個(gè)版本可用，輸出電壓可以是：1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V和5.0V。片內(nèi)過(guò)熱切斷電路提供了過(guò)載和過(guò)熱保護(hù)，以防環(huán)境溫度造成過(guò)高的結(jié)溫。為了確保的穩(wěn)定性，對(duì)可調(diào)電壓版本，輸出需要連接一個(gè)至少22μF的鉭電容。對(duì)于固定電壓版本，可采用更小的電容，具體可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定。通常，線性調(diào)整器的穩(wěn)定性隨著輸出電流增加而降低。2、電源電路設(shè)計(jì)固定輸出3.3V:3.4液晶顯示局部液晶顯示局部采用工業(yè)字符型液晶1602，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符。〔16列2行〕1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來(lái)的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，其中： 引腳符號(hào)功能說(shuō)明1VSS一般接地2VDD接電源〔+5V〕3V0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”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整比照度〕。4RSRS為存放器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)存放器、低電平0時(shí)選擇指令存放器。5R/WR/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位〔最低位〕8DB1底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位9DB2底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位10DB3底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位11DB4高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位12DB5高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位13DB6高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位14DB7高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位〔最高位〕〔也是busyflag〕15BLA背光電源正極16BLK背光電源負(fù)極存放器選擇控制表RSR/W操作說(shuō)明00寫(xiě)入指令存放器〔去除屏等〕01讀busyflag〔DB7〕，以及讀取位址計(jì)數(shù)器〔DB0~DB6〕值10寫(xiě)入數(shù)據(jù)存放器〔顯示各字型等〕11從數(shù)據(jù)存放器讀取數(shù)據(jù)注：關(guān)于E=H脈沖——開(kāi)始時(shí)初始化E為0，然后置E為1，再清0，busyflag〔DB7〕：在此位為被去除為0時(shí)，LCD將無(wú)法再處理其他的指令要求。3.5溫度傳感器局部溫度傳感器采用DS18B20溫度傳感器。1、DS18B20的主要特性〔1〕、適應(yīng)電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電?！?〕、獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊〔3〕、DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫〔4〕、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)〔5〕、溫范圍－55℃～＋125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃〔6〕、可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫〔7〕、在9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快〔8〕、測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以"一線總線"串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力〔9〕、負(fù)壓特性：電源極性接反時(shí)，芯片不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。2、DS18B20的外形及管腳排列〔如下列圖1〕(1)DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；(2)GND為電源地；(3)VDD為外接供電電源輸入端〔在寄生電源接線方式時(shí)接地〕。圖1：3、DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖〔如圖2〕DS18B20的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四局部組成：64位光刻ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置存放器。圖2：4、DS18B20工作原理DS18B20的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與DS1820相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由2s減為750ms。DS18B20測(cè)溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。計(jì)數(shù)器1和溫度存放器被預(yù)置在－55℃圖3：5、DS18B20的電路設(shè)計(jì)3.6房間燈設(shè)計(jì)4智能家居硬件電路圖5制作、調(diào)試與分析5.1系統(tǒng)PCB板的設(shè)計(jì)PCB即印刷電路板，是電子電路的承載體。在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，幾乎都要使用PCB。PCB板的設(shè)計(jì)是電路設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是對(duì)原理電路的再設(shè)計(jì)。因此PCB板的設(shè)計(jì)是理論設(shè)計(jì)到實(shí)際應(yīng)用一個(gè)十分重要的內(nèi)容。印制電路板(PCB)是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件．它提供電路元件和器件之間的電氣連接。PCB設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大．因此，在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)．必須遵守印制電路板設(shè)計(jì)原那么和抗干擾措施的一般原那么，并應(yīng)符合抗干擾設(shè)計(jì)的要求。本次設(shè)計(jì)采用Altium公司PROTEL系列設(shè)計(jì)完成SCH到PCB的設(shè)計(jì)，并且手工完成電路焊接以及整機(jī)的裝配。5.2系統(tǒng)硬件調(diào)試本系統(tǒng)的硬件調(diào)試分為以下階段進(jìn)行調(diào)試：(1)邏輯錯(cuò)誤調(diào)試樣機(jī)硬件的邏輯錯(cuò)誤是由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和加工過(guò)程中的工藝性錯(cuò)誤所造成的。這類錯(cuò)誤包括：錯(cuò)線、開(kāi)路、短路等幾種，其中短路是最常見(jiàn)的故障。(2)器件調(diào)試元器件失效的原因有兩個(gè)方面：一是器件本身已損壞或性能不符合要求；二是由于組裝錯(cuò)誤造成的元器件失效，如電解電容、二極管的極性錯(cuò)誤，集成塊安裝方向錯(cuò)誤等。(3)可靠性調(diào)試引起系統(tǒng)不可靠的因素很多，如金屬化孔、接插件接觸不良會(huì)造成系統(tǒng)時(shí)好時(shí)壞；內(nèi)部和外部的干擾、電源紋波系數(shù)過(guò)大、器件負(fù)載過(guò)大等造成邏輯電平不穩(wěn)定；另外，走線和布局的不合理等也會(huì)引起系統(tǒng)可靠性差。(4)電源故障假設(shè)樣機(jī)中存在電源故障，那么加電后將造成器件損壞。電源的故障包括：電壓值不符合設(shè)計(jì)要求，電源引出線和插座不對(duì)應(yīng)，電源功率缺乏、負(fù)載能力差。在本次調(diào)試中，由于實(shí)驗(yàn)板中NRF24L01是用兩節(jié)1.5V干電池供電，成功實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，但是一段時(shí)間之后發(fā)現(xiàn)發(fā)射信息和接收信息不能同步，于是反復(fù)更改程序，仍然不行，最后更換電池之后，發(fā)現(xiàn)又能成功對(duì)應(yīng)。應(yīng)對(duì)策略：用AM11173.3穩(wěn)壓管將USB5V電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的3.3V電源給NRF24L01供電，解決問(wèn)題。結(jié)論：NRF24L01供電不穩(wěn)定會(huì)造成發(fā)送接收信息不穩(wěn)定。5.3軟件調(diào)試我們采用的是KeilSoftware生產(chǎn)的Cx51編譯器。運(yùn)行在WindowsXP操作平臺(tái)下。開(kāi)啟計(jì)算機(jī)進(jìn)入KeilC51編譯器介面。如圖6圖6KeilC51編譯器介面1編寫(xiě)程序代碼程序代碼分為2個(gè)模塊：發(fā)射模塊，接收模塊〔見(jiàn)程序?qū)崿F(xiàn)代碼〕2按照系統(tǒng)硬件連線圖連接好系統(tǒng)并調(diào)試調(diào)試程序=1\*GB2⑴翻開(kāi)Keil軟件，新建工程；=2\*GB2⑵選擇芯片；=3\*GB2⑶新建文檔，把編寫(xiě)好代碼寫(xiě)入文檔并保存了.C文件；=4\*GB2⑷把保存的文檔加載到SourceGroup；=5\*GB2⑸編譯程序；=6\*GB2⑹設(shè)置轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制；=7\*GB2⑺運(yùn)行程序的結(jié)果；3把編譯好的16進(jìn)制文件(.hex)輸入單片機(jī)STC89C52RC仿真器和對(duì)其進(jìn)行初始化。4給實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行通電，觀察運(yùn)行結(jié)果，不一致那么跳到第一步進(jìn)行反復(fù)調(diào)試，直到與預(yù)定目的一致。以下是在程序調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的某些情況：在接收模塊溫度傳感器程序移植調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)程序沒(méi)有錯(cuò)誤，但是不能生成.Hex文件，Keil調(diào)試軟件提示：MODULECONTAINSDUPLICATESEGMENTNAMES錯(cuò)誤，意指函數(shù)名重復(fù)，于是查看程序，發(fā)現(xiàn)是兩個(gè)delay()和Delay();重復(fù)了，刪了一個(gè)就好了。然后發(fā)現(xiàn)能成功生成.Hex文件。但是通電以后，把程序裝好，發(fā)現(xiàn)液晶顯示1602能顯示初始化的TEMPERAUTER字型符號(hào)，但是溫度顯示為00.0000°C，于是猜想溫度傳感器接觸不良，用萬(wàn)用表測(cè)量，發(fā)現(xiàn)接觸正常，連接也正確；猜想DS18B20損壞，于是換了另外一個(gè)DS18B20還是出現(xiàn)此現(xiàn)象；于是得出結(jié)論：程序還有問(wèn)題。猜想主程序是否進(jìn)入DS18B20程序，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)DS18B20程序確實(shí)在運(yùn)行。突然發(fā)現(xiàn)文件定義中出錯(cuò)：typedefunsignedcharuchar;typedefunsignedcharuint;uintconstTX_ADDRESS[TX_ADR_WIDTH]={0xb2,0xb2,0xb3,0xb4,0x01}; //1號(hào)機(jī)地址uintconstRX_ADDRESS[RX