（系统分析与集成专业论文）多功能智能终端展示系统设计.pdf

南京信息工程大学硕士研究生学位论文 摘要 单片机具有体积小、质量轻、价格便宜的特点，它是世界上数量最多的计 算机，它得到了最多的应用，目前单片机渗透到我们生活的各个领域。现代人 类生活中很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，所用的几乎每件电子和机械产 品中都会集成有单片机。 因为单片机有这些优势，本文主要采用单片机为核心芯片设计了两种智能 控制系统，分别是：酒店智能控制系统和多功能智能终端展示系统。 本文首先介绍了一种酒店客房智能控制系统的实现方案，并且详细描述了 系统的组成以及工作原理。整个系统由总台的上位机、各个房间的下位机以及 上下位机之间的通信控制组成，系统具有设计简单、可靠性高、运行方便等特 点。按照功能，整个系统可以分为电源，控制，执行三大模块，任一个模块发 生故障时只需更换相应的模块即可恢复正常，降低了运行费用。系统采用单片 机进行控制，结构简单，还可进行多种功能的扩展，并且简化y j , b 围电路。该系 统设计已获国家新型专利。 多功能智能终端展示系统采用层次化、模块化设计。整个系统摘机挂机触 发装置、防盗报警控制装置以及硬件控制器与p c 机的通信软件部分组成。系统 以单片机c 8 0 5 1 f 0 2 0 为核心，c s 3 0 2 0 传感器为感应元件，通过单片机与传感器 相连，检测各个展示台的展示产品的状态信息。单片机作为监控系统的中心， 通过r s 2 3 2 总线与监控计算机通信，将采集到的数据传输给监控计算机。 关键词：a t 8 9 s 5 1 ，p i c ，r s 4 8 5 总线，c 8 0 5 1 f 0 2 0 ，c s 3 0 2 0 ，r s 2 3 2 i i i 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t m c uh a st h ea d v a n t a g e so fs m a l ls i z e ，l i g h t w e i g h t , c h e a pp r i c e 1 1 1 e ya r ec o m p u t e r so ft h e l a r g e s tn u m b e ri nt h ew o r l d a n dt h e yg o tm o s to ft h ea p p l i c a t i o n t h em c up e n e t r a t e di n t o e v e r ya s p e c to fo u rl i v e s i nm o d e mh u m a nl i r e , i ti sh a r dt of i n daf i e l dw i t h o u tt h et r a c e so f m c u a l m o s te v e r ye l e c t r o n i ca n dm e c h a n i c a lp r o d u c tw i l lb ei n t e g r a t e dw i t hm i c r o c o n t r o l l e r a c c o r d i n gt o t h e s ea d v a n t a g e s ，t h ep a p e rt a k e sm c ua st h ep x ) r et od e s i g nt w ok i n d so f i n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e m s t h e ya r eh o t e li n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e ma n dm u l t i f u n c t i o n a l i n t e l l i g e n tt e r m i n a ld i s p l a ys y s t e m t h i sp a p e ri n t r o d u c e sad e s i g na n dr e a l i z a t i o no fh o t e li n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e ma tf i r s t , a n d d e s c r i b e st h ec o m p o s i t i o na n dt h ew o r k i n gp r i n c i p l ei nd e t a i l s t h ee n t i r es y s t e mi sc o n s t i t u t e d b yt w os e c t i o i l s ，t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nt h eu p p e rc o m p u t e ra n dt h el o w e rc o m p u t e ra n dt h e l o w e rc o m p u t e ri nt h er o o m s n l es y s t e mi sw i t ht h r e ef u t u r e s ，s i m p l ed e s i g n e d ，h i g hr e l i a b i l i t y , a n dc o n v e n i e n to p e r a t i o n i na c c o r d a n c ew i t ht h ef u n c t i o n ，t h ew h o l es y s t e mc a nb ed i v i d e di n t o t h r e em o d u l e s t h e ya r et h ep o w e r , t h ec o n t r 0 1 a n dt h ei m p l e m e n t a t i o n w h e no r l eo ft h et h r e e m o d u l e si sf a i l u r e ，w ei u s tn e e dt or e p l a c et h ec o r r e s p o n d i n gm o d u l et or e t u r nt on o r m a l s oi t c a nr e d u c et h eo p e r a t i n gc o s t s m c uc a nb eu s e dt oc o n t r o lt h ew h o l es y s t e m a n dt h e a d v a n t a g e sw h i c hc o n t a i ns i m p l ys t r u c t u r ea n df u n c t i o n a l 毋e x p a n d w h a ti sm o r e ，p e r i p h e r a l c i r c u i tc a nb es i m p l i f ya n do p t i m i z e d d e s i g no ft h i ss y s t e mh a sb e e ng r a n t e dt h en a t i o n a lp a t e n t t h em u l t i f u n c t i o n a li n t e l l i g e n tt e r m i n a ld i s p l a ys y s t e mu s e st h eh i e r a r c h i c a la n dm o d u l a r d e s i g n 1 1 1 ee n t i r es y s t e mi sc o n s t i t u t e db yt h r e es e c t i o n s ，t h et r i g g e rd e v i c eo fo f f - h o o k i n g m a c h i n e t h ec o n t r o ld e v i c eo fb u r g l a ra l a r ma sw e l 】嬲t h es o f t w a r eo fc o m m u n i c a t i o nb e t w e e n t h ep ca n dt h eh a r d w a r ec o n t r o l l e r t h es y s t e mt a k e sc 8 0 51f 0 2 0a sc o r e c $ 3 0 2 0 n s o ra st h e i n d u c t i v ec o m p o n e n t w i t hs e n s o r sc o n n e c t i o nb ym c u 。d e t e c t i o no fe a c hs t a g eo fs t a t e i n f o r m a t i o nd i s p l a y p r o d u c t s a st h ec e n t e ro fc o m p u t e rm o n i t o r i n gs y s t e m ，m c uc o m m u n i c a t e s w i t hc o m p u t e rt h r o u g hr s 2 3 2s y s t e mb u sa n dt r a n s m i tt h ec o l l e c t e dd a t at om o n i t o rc o m p u t e r k e yw o r d s ：a t 8 9 s 5l ，p i c ，r s 4 8 5 b u s ，c 8 0 51 f 0 2 0 ，c s 3 0 2 0 ，r s 2 3 2 i v 本人郑重声明i 学位论文独创性声明 1 、坚持以。求实、创新一的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。 3 、本论文中除引文外，所有试验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发 表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。 作者签名：蹲 日 期：趔q 。z 垒 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定，学校 有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸 质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书 馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论 文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名i 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 作者签名：导师签名： 貔。 n e l 期：2 。亚z c ：1 9 e t 期：z q 垒：占。丝 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 1 1 课题的提出 第一章绪论 1 1 1 酒店智能控制系统的提出 随着我国国民经济的蓬勃发展，旅游产业日益兴旺，对酒店业来说确实是形势喜人， 给酒店业的经营发展提供了机遇，更带来了挑战。但如何提高服务质量以确保在激烈的市 场竞争中保持领先地位是摆在我们面前的问题。酒店作为商务和娱乐活动重要场所，酒店 行业也奔向商务性前进，正在受到社会各方的关注，更加人性化以及新颖的服务的亮点已 经成为酒店竞争制胜的关键所在。 现在社会的酒店控制系统主要讲究的是实惠、便捷、舒适，所以客房内部设备操控的 智能化、网络化、一体化，将会迅速提升酒店客房在客人中的青睐。从而，客房内设备的 控制简单、方便、快捷成为当今与未来的一种主流趋势。 但是现在很多传统的酒店现行的“微电脑客房控制器”只限于在床头柜附近使用，使 用范围小，远远不能满足客户对客房内的设备的控制需求，并没有给客户提供方便的服务， 从而没有宾至如归的感觉，无形中也流失了很多客户。除此之外，很多酒店的控制系统并 不能实现对空调的远程控制以及及时监控各个房间的各个电器的状态，造成资源的浪费， 大大的增加了酒店运行的成本。 现在我们深知一套良好的酒店控制系统对于客人使用的重要性，让客人有宾至如归的 感觉，这将是您服务的最高满意标准。最重要的是从客人使用来讲，一是不用在队列开关 中寻找自己想要打开的灯，二是不用走来走去的开灯与关灯，三是可以一键关闭所有电器 设备设施等等功能。这时客人手中只需要拥有一个无线遥控器，即可进行随意性的控制理 想中的所有电器设备。 本文提出了一种以a t 8 9 s 5 l 单片机为核心芯片的酒店智能控制系统的实现方案，本系 统由于对客房状态进行了实时监控，实时反映客房状态、宾客需求、服务状况以及设备 情况等，协助酒店对客房设备及内部资源进行实时控制分析，因此可以在很大程度控 制酒店的能源浪费以及提高酒店客房的安全管理水平。智能化的控制更安全，更人性化， 美观大方。系统采用模块化设计，具有节能、增效、为客人提供人性化服务、提升 酒店管理水平和酒店形象等诸多优势。 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 1 1 2 多功能智能终端展示系统的提出 目前日益激烈的市场环境中，我国各产业都进入全业务竞争时代。提供更加人性化以 及新颖特色的服务成了各大运营商提高自己竞争力的有效措施。如何应用现代先进的信息 技术一改原先传统的产品展示模式，通过有效的交互手段理解顾客需求，提高顾客满意度 从而刺激顾客的购买欲望，为社会、为厂商创造更高的价值，己成为当务之急。 现有的产品展示方式对于企业用户来讲，缺乏足够的灵活性和交互性，为了强化定制 终端销售能力和扩大市场份额，并开创体验式营销，提供真机体验、摘机体验、机模体验 等多重体验方式，拓宽客户产品认知的渠道，很多商家推出了摘机硬件系统的运营，以便 更好的与厂家整合和争取更多的客户资源，为消费者带来全新的一站式的沟通体验。 所以采用人性化并且功能新颖的产品展示系统不仅可以降低企业产品发布人员的劳动 强度，节约资金和物力，而且能够节省时间提高效率，把握商机。 本文提出了了一种以c 8 0 5 1 f 0 2 0 单片机为核心处理器的多功能智能终端展示系统的实 现方案，该系统功能很全面，设计人性化，有很强的灵活性，并且性能稳定。该系统具有 灵敏度高，抗干扰性好，设计简单，可靠性高的特点，以最小化的硬件系统实现最大化的 功能。 1 2 简介单片机 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑 时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称p c 机。它由主机、键盘、显示器等 组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的 单片机。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控 制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头 脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了【l 】。 单片机也被称为微控制器( m i e r o c o n t r o l l e r ) ，它最早被用在工业控制领域。单片机是 一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器c p u 随机存储器r a m 、只读存储器r o m 、多种i o 口和中断系统、定时器计时器等功能( 可 能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、a d 转换器等电路) 集成到一 块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把 一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只 缺少了i o 设备。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如c p u ，内存，并行总线，还有和硬盘作 用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱 也是低的，一般不超过1 0 元即可 2 i 。用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。 2 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 它主要是作为控制部分的核心部件【3 】。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场 控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的( 比如家用 p c ) 的主要区别。 单片机是世界上数量最多的计算机，它得到了最多的应用。目前单片机渗透到我们生 活的各个领域。现代人类生活中很难找到哪个领域没有单片机的踪迹，所用的几乎每件电 子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电 脑以及鼠标等电脑配件中都配有1 2 部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在 工作。汽车上一般配备4 0 多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在 同时工作! 单片机的数量不仅远超过p c 机和其他计算的综合，甚至比人类的数量还要多。 各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的 独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做 到的。只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性! 单片机诞生于2 0 世纪7 0 年代末，经历了s c m 、m c u 、s o c 三大阶段。 ( 1 ) s c m 即单片微型计算机( s i n g l ec h i pm i c r o c o m p u t e r ) 阶段，主要是寻求最佳的单 片形态嵌入式系统的最佳体系结构。呛新模式”获得成功，奠定了s c m 与通用计算机完全 不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，i n t e l 公司功不可没。 ( 2 ) m c u 即微控制器( m i c r oc o n t r o l l e ru n i t ) 阶段【4 】，主要的技术发展方向是：不断 扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化 控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展m c u 的重任不可避免地落在 电气、电子技术厂家。从这一角度来看，i n t e l 逐渐淡出m c u 的发展也有其客观因素。在 发展m c u 方面，最著名的厂家当数p h i l i p s 公司。 p h i l i p s 公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将m c s 5 1 从单片微型计算机迅速发 展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不能忘记i n t e l 和p h i l i p s 的历史 功绩。 ( 3 ) 单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向m c u 阶段发展的重要因素，就是寻求 应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了s o c 化趋势。随着 微电子技术、l c 设计、e d a 工具的发展，基于s o c 的单片机应用系统设计会有较大的发 展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。 概括的讲：对单片机而言，一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格 便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。 在单片机的应用系统中，最重要的就是要根据应用系统的要求和特性选择合适的中央 处理器( c p u ) 。本次设计在选择c p u 时主要考虑以下几个因素： ( 1 ) 抗干扰性能：系统稳定运行是必须要保证的，所以选择抗干扰能力强的单片机成 为首选条件： ( 2 ) 速度：考虑到系统要求有较快的执行速度，应尽可能地选择运行速度快的单片机； 3 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 ( 3 ) 单片机功能：尽量选择功能强，集成度高的单片机，同时也是对抗干扰； 所以本文中两个系统，分别结合各部分的特征并且根据以上因素，分别采用了a t 8 9 s 5 1 单片机、p i c l 6 c 5 7 单片机以及c 8 0 5 1 f 0 2 0 单片机，具体原因会在后面对应的各章节里详 细介绍。 1 3 本文要完成的工作 本文介绍了两个以单片机为核心芯片的智能系统：酒店智能控制系统和多功能智能终 端展示系统。 1 3 1 酒店智能控制系统 本文首先介绍了一种酒店客房智能控制系统的实现方案，并且详细描述了系统的组成 以及工作原理。整个系统由总台的上位机、各个房间的下位机以及他们之间的通信控制组 成。 ( 1 ) 手动控制部分 系统采用a t m e l 公司生产8 位微处理器a t 8 9 s 5 1 单片机作为处理器，手动开关控制 部分为系统的核心环节，系统的输入由开关控制，每一个按键对应着一个电器，控制着各 自的电器的工作或熄灭。 ( 2 ) 无线遥控部分 无线遥控部分的输入量由遥控器控制，可以通过遥控器控制各电器的开关以及房间状 态的改变。 ( 3 ) 总台p c 控制部分 总台p c 控制部分的输入量是由总台主机软件控制，酒店工作人员可以在总台p c 机的 软件界面监视各个房间的电器是否正常工作以及打开或关闭对应的电器。 1 3 2 多功能智能终端展示系统 本文重点介绍了多功能智能终端展示系统的设计和实施方案，整个系统可分为系统硬 件、软件以及上下位机通信部分。 ( 1 ) 系统硬件 整个硬件系统主要由上位机p c 、c 8 0 5 1 f 0 2 0 单片机以及1 0 条检测电路组成。按照实 现功能，系统可分为主处理器、摘机，挂机触发装置以及防盗报警装置三大部分。 ( 2 ) 系统软件 系统软件设计包括两个方面：( 1 ) 对主处理器的软件设计。主要是对检测电路的数据 的采集和处理以及完成与上位机之间的数据通信功能。( 2 ) 主要包括显示各路产品展示盒 4 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 的各种状态的监控界面的设计。 ( 3 ) 系统通信 c 8 0 5 1 f 0 2 0 单片机经过m a x 2 3 2 芯片转换电平后由r s 2 3 2 总线与上位机相连，从而把 检测到的各路摘机，挂机触发装置以及防盗报警控制装置的电平数据发给上位机，并且把通 过串口接受数据进行处理，进而显示对应的摘挂机情况以及报警的信息的监控界面。 1 4 本文的结构 本文主要介绍了基于的单片机的两个智能系统：酒店智能控制系统和多功能智能终端 展示系统。整篇的文章的组织结构如下： 第一章首先先介绍课题提出的背景以及关于单片机一些特点和背景知识，然后简单介 绍了文章要完成的内容。 第二章介绍了酒店智能控制系统的设计和实现，从系统要实现的功能入手，进行系统 总体结构的设计，然后着重介绍硬件电路、上下位机的软件实现以及通信。 第三章系统详细地介绍了多功能智能终端展示系统的设计和实现，也是由系统要实现 的功能着手，首先提出系统硬件的需求分析，根据需求分析，提出硬件方案，然后着重介 绍了硬件的设计，以及上位机的软件实现。 第四章总结了全文的研究结果，并提出了本文遇到的一些问题以及本文的创新点。 5 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 第二章酒店智能控制系统设计与实现 2 1 系统总体设计 2 1 1 系统要实现的功能 本智能控制系统功能很全面。给酒店客房智能控制提供极大的方便。除了常规的基本 的功能之外，本系统的还具有以下新颖和人性化的功能。 ( 1 ) 手动采用流行的大面板开关作为信号输入。其中在手动开关中，每一个按键对 应一个电器，按下电器的按键后，对应的电器开启或者关闭。 ( 2 ) 客人身份识别。只有采用酒店的房卡插入取电开关之后房间电器才能工作，而除 此以外的任何卡，即使外观，形状和酒店卡完全相同也不能开启房间总电源，有效防止客 人利用其他卡插入取电开关，然后长时间离开房间造成能源浪费。 ( 3 ) “请勿打扰”与“请求服务”智能控制。按下遥控器上的“请勿打扰”键后客房 外的对应指示灯会亮起，同时自动关闭“请求服务”指示灯和门铃。同样，按下遥控器上 的“请求服务”键后，客房外的对应指示灯会亮起，同时自动关闭“请勿打扰”指示灯。 ( 4 ) 睡眠功能。按下“总开关”键。所有灯光会自动熄灭( 夜灯请勿打扰除外) 。 ( 5 ) 在睡眠状态下，按任一个开关( 夜灯除外) 干区灯先亮。 ( 6 ) 组网远程控制房间空调。组网后，通过计算机软件可以判断房间是否有人，当没 人时会在计算机上显示，同时每隔一段时间会自动开启房间空调进行换风，并且可以根据 上，下午自动执行不同的通风间隔，通风持续时间，确保客人回来时房间空气清新，温度 合适，还能达到节能环保的效果。 ( 7 ) 窗帘智能控制。白天客人进入房间时，窗帘自动打开，夜间回来则不开，客人离 开房间后窗帘自动关闭，避免阳光直射房间造成的能源浪费。 ( 8 ) 模块化设计。整个系统按照功能分为电源、控制、执行三大模块，使得任一模块 发生故障时只需更换相应的模块即可恢复正常，降低了运行费用。 ( 9 ) 诊断l e d 功能。每路的工作状态均由发光二极管指示，便于故障诊断。 ( 1 0 ) 如果一个小时没动，洗手间的灯会自动熄灭。 ( 1 1 ) 当客人按下“请即清理”时，总台软件能发出声音，服务员点击对应的房间号 就能弹出告警内容。 ( 1 2 ) 增加一个紧急按扭，当客人按下后总台软件也能发出声音，点击后能谈出告警 内容。 ( 1 3 ) 电灯功能。人进入房间插卡后，廊灯以及吊灯亮；总关后，全部灯关( 夜灯请 6 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 勿打扰除外) ：总关后，任按一开关( 夜灯除外) 干区灯先亮。 ( 1 4 ) 分控开关有：左床头灯、吸顶灯+ 射灯、廊灯+ 吊灯、夜灯( 并联两个) 、湿区灯、 干区灯、镜灯、吧灯、请勿打扰、请即清理、台灯、总开关两个、右床头灯、门铃，其中 请勿打扰和请即清理面板上有灯光显示；请勿打扰和夜灯不受总开关控制，拔卡后房间请 即清理不受影响，且还可以手动控制，其它开关不起作用。 ( 1 5 ) 客人进入房间插卡后，间断电源就有电( 负载有电视、烧水壶、吹风机及一些 插座还有空调控制器有电) 。 ( 1 6 ) 插卡后，空调由控制器来控制，拔卡后延时几分钟，房间的所有负载都掉电。 “请即清理”灯不掉电，可与“请即清理”灯开关单独控制，停一个小时后空调由主机控 制，自动转入低档运行，运行一个小时再停一个小时，周而复时。也可以关闭这种功能。 ( 1 7 ) 总台监控软件与每个房间的主机通讯，能直接检测到客人是否在房间。从而利 于房间的管理及服务，也能控制空调的循环运行。 ( 1 8 ) 插卡时按门铃才有效，当客人离开房间时，拔出房卡后，门铃是无效的。插卡 打开“请勿打扰”开关后，按门铃后也是无效的。 通过本系统不仅客人在房间通过手动按钮以及遥控器控制房间内的电灯、电视及其他 所有电器( 空调，电视，窗帘等) ，而且每个房间的处理器都经过线路构成房间状态监控网 络，服务生在计算机上就可以观察到房间是否有人，从而为及时清理提供方便。彻底改变 了现行的“微电脑客房控制器”只限于在床头柜附近使甩，使用范围小，面板易损坏，维修 费用高的弊端。 2 1 2 系统的总体结构 整个酒店智能控制系统由总台的上位机、各个房间内的下位机以及总台与各个房间的 下位机之间的通信控制组成。系统可分为三大部分：开关控制，遥控器控制，以及总台p c 机控制单元( 如图1 ) 。 7 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 2 。2 硬件设计部分 2 2 1 单片机的选择 图1 系统结构图 系统采用a t m e l 公司生产8 位微处理器a t 8 9 s 5 1 单片机作为处理器，a t 8 9 s 5 1 是一 个低功耗，高性能c m o s 单片机，采用a t m e l 公司的高密度、非易失性存储技术 制造，它具有如下特点：4 0 个引脚，4 k b f l a s h 片内程序存储器，1 2 8b y t e s 的随机 存取数据存储器，3 2 个外部双向输入，输出口，5 个中断优先级2 层中断嵌套中断， 1 0 0 0 次擦写周期，全静态工作：0 h z - - 3 3 m h z ，6 个中断源，2 个1 6 位可编程定 时计数器，2 个全双工串行通信口，看门狗电路，双数据指针，低功耗空闲和掉电模 式，掉电后中断可唤醒，片内时钟振荡器，灵活的i s p 编程( 字或字节模式) ，4 0 5 5 v 电压工作范围，芯片内集成了通用8 位中央处理器和i s pf l a s h 存储单元【5 】。功能强 大的a t 8 9 s 5 1 单片机可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 ( 1 ) a t 8 9 s 5 1 单片机的内部结构如下： a t 8 9 s 5 1 单片机可以划分为c p u 、存储器、并行口、串行口、定时，计数器和 中断逻辑几个部分。 1 ) c p u 由运算器和控制逻辑构成，其中包括若干特殊功能寄存器( s f r ) 。 2 ) a t 8 9 s 5 1 时钟有两种方式产生，即内部方式和外部方式。 3 ) a t 8 9 s 5 1 在物理上有四个存储空间：片内，片外程序存储大路、片内，片外数 据存储器。片内有2 5 6 b 数据存储器r a m 和4 k b 的程序存储器r o m 。除此之外， 还可以在片外扩展r a m 和r o m ，并且和有6 4 k b 的寻址范围。 8 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 4 ) a t 8 9 s 5 1 内部有一个可编程的、全双工的串行接口。它串行收发存储在特 殊功能寄存器s f r 的串行数据缓冲器s b u f 中的数据【6 l 。 5 ) a t 8 9 s 5 1 共有4 个( p 0 、p 1 、p 2 、p 3 口) 8 位并行i ，o 端口，共3 2 个引 脚。p 0 口双向i ，o 口，用于分时传送低8 位地址和8 位数据信号；p 1 、p 2 、p 3 口 均为准双向l ，o 口；其中p 2 口还用于传送高8 位地址信号；p 3 口每一引脚还具有 特殊功能，用于特殊信号的输入输出和控制信号。 6 ) a t 8 9 s 5 1 内部有两个1 6 位可编程定时器，计数器t 0 、t 1 。工作方式和定时 器或计数器的选择由指令来确定。 7 ) 中断系统允许接受5 个独立的中断源，即两个外部中断，两个定时器，计数 器中断以及一个串行1 ：3 中断【7 】。 ( 2 ) a t 8 9 s 5 1 单片机外部特性( 引脚功能) a t 8 9 s 5 1 芯片有4 0 条引脚，其功能分别为： 1 ) v s s ( 2 0 ) ：接地。 2 ) x t a l l ( 19 ) 和x t a l 2 ( 1 8 ) ：使用内部振荡电路时，用来接石英晶体和 电容；使用外部时钟时，用来输入时钟脉冲。 3 ) p 0 口( 3 9 3 2 ) ：双向i ，o 口，既可作地址，数据总线口用，也可作普通i ，o 口用。 4 ) p 1 口( 1 8 ) ：准双向通用i o 口。 5 ) p 2 口( 2 1 2 8 ) ：准双向口，既可作地址总线口输出地址高8 位，也可作 普通j ，o 口用。 6 ) p 3 口( 1 0 1 7 ) ：多用途口，既可作普通i ，o 口，也可按每位定义的第二 功能操作。 7 ) a l e 尸r o g ( 3 0 ) ：地址锁存信号输出端。在访问片外存储器时，若a l e 为有效高电平，则p 0 口输出地址低8 位，可以用a l e 信号作外部地址锁存信号。 f a l e = i 6 f o s c ，也可作系统中其它芯片的时钟源。第二功能尸r d g 是对e p r o m 编 程时的编程脉冲输入端。 8 ) r s 州p d ( 9 ) ：复位信号输入端。a t 8 9 s 5 1 接能电源后，在时钟电路作用 下，该脚上出现两个机器周期以上的高电平，使内部复位。第二功能是v p d ，即备 用电源输入端。当主电源v c c 发生故障，降低到低电平规定值时，v p d 将为r a m 提供备用电源，保证存储在r a m 中的信号不丢失。 9 ) 尉n p p ( 3 1 ) ：内部和外部程序存储器选择线。以= 0 时访问外部r o m 0 0 0 0 h f f f f h ；尉= 1 时，地址0 0 0 0 h 0 f f f h 空间访问内部r o m ，地址 1 0 0 0 h f f f f h 空间访问外部r o m 。 1 0 ) 只；：科( 2 9 ) ：片外程序存储器选通信号，低电平有效。 11 ) v c c ( 4 0 ) ：电源+ 5 v 。 9 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 2 2 2 手动开关控制部分介绍 手动开关控制部分为系统的核心环节，系统的输入由开关控制，每一个按键对应着一 个电器，控制着各自的电器的工作或熄灭( 电路图如图5 ，实物图如图2 ) 。1 6 个手动开关 分别与单片机的p o ，p 1 口对应，p 2 口对应着电器，因为p 2 只有8 个输出端口，对于需要 控制的电器，这是远远的不够的，需要连接锁存器实现地址的复用和扩展单片机的端口。 所谓锁存器就是输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，仅在有锁存信号 时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号到来时才改变。于是单片机的p 2 口8 个引脚各自连接了两个锁存器7 4 h c 5 7 3 n ( 引脚如图3 ) ，用来扩展成端口，提高了i o 端口的利用率节省了硬件资源。 图2 酒店智能控制系统主控制电路板 ，o ev c c d 00 0 d 10 1 d 2q 2 d 30 3 d 4q 4 d 5q 5 d 60 6 d 70 7 g n dl e 圈37 4 h c 5 7 3 n 引脚圈 亘夏堡星三墨茎兰塑主旦至兰芏堡堡兰 圈4 单片机输出电路圈 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 瓣 萋8 7 9 9 9 錾? 每： 4 矍吕三吕g 苫8 音吕著 | 澈 i 图5 主控板电路原理图 n a d b i n d z n d 口c n d c c b o di c n d6 0 几j ，n 09 乙 n de l t jl 乙 zl 6 i l 一i 喇9 l dc i 7 日xl i c i d6 口t d上 ，l d9 l 2 跫 z “m k i 缶 l 星担 u 号 戥1刚军，气，3；。箩彳，链_-竭i 品- i g 主t刚事之萎兰。爷i禽?鼍 量10 簧a“mo击王 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 同时，单片机的输出部分通过1 6 继电器分别各个电器相连( 如图4 ) ，但是由于a t 8 9 s 5 1 本身的工作电压为5 v ，然而继电器的工作电压为1 2 v 左右很明显单片机是不能直接驱 动继电器的，也就是单片机的i o 口驱动能力不足，所以为了提高端口的驱动能力，单片 机的i o 端口通过达林顿管u l n 2 8 0 3 连接各继电器，从而控制房间的各个灯具、电器的开 关以及空调的定时换风等。 2 2 3 无线遥控部分 除了直接手动控制各电器的开关按键，可以还以通过使用遥控器来开启或者关闭客房 内的各个电器。 本设计选用了性能优异的p i c 系列的单片机p i c l 6 c 5 7 ，它具有功耗低性能高，8 位 全静态等特点，采用了r i s k 技术，只有3 3 条单字节精简指令呻】。内置硬件看门狗电路嘲州。 无线遥控部分的输入量由遥控器控制，系统主要由解码芯片f 1 2 2 9 4 、两片达林顿管 u l n 2 0 0 3 a 、十二个继电器阱及p i c l 6 c 5 7 单片机组成( 如图6 ) 。 国6 酒店智能控制系统无线遥控部分的电路板 按下遥控器的按键之后，遥控器将对应的码值发给解码芯片p t 2 2 9 4 ，因为地址码是固 定的，所以p t 2 2 9 4 的地址引脚都接地芯片的d 0 d 3 引脚和p 1 c 1 6 c 5 7 的p a 0 一p a 3 相连， 这样，对应的码字数据就可以传给p i c 单片机了继而通过改变p o ，p 1 口输入电平触 发a t 8 9 s 5 1 单片机改变p 2 口状态，使对应的电器工作或关闭。 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 2 3 系统软件设计 2 3 1 上位机软件设计 上位机软件采用的是d e l p h i 语言进行编程( 上位机界面如图7 ) ，通信直接采用d e l p h i 中的m s c o m m 控件】【” 。并且上位机和下位机之间规定了具体的通信协议：上位机采用 c o m 2 与单片机进行异步通信，其帧格式为：一位起始位，八位数据位，一位停止位，一 位校验位，波特率为9 6 0 0 。 其通信建立过程如下：一个上位机连接着多个下位机，每个下位机都编有不同的地址 编号。上位机采用轮询的方式与i t s 4 8 5 总线上的各下位机进行通信。上位机首先以广播的 方式发送一个地址信息，与此地址匹配的下位机产生应答，上位机接收到应答信号后即开 始与该相应地址的下位机进行通信。若上位机发送的地址在3 0 m s 之内仍未收到应答，则 判定通信失败，酒店人员就会对总线以及对应的房间的下位机进行检查和维修。上位机受 到应答信号后，就给对应的房间的单片机发送具体的控制数据，单片机受到数据后，进行 分析，从而去控制各个电器，完成整个系统功能。 2 0 1 1 房间 oo0o0 船卡段电左彝灯右喜灯衰打 吧灯诅g 干目 空调 查询电器毫行情况l返回 i 图7 上位机界面 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 2 3 2 下位机程序设计 a t 8 9 s 51 单片机片内含4 k b y t e si s p 的可反复擦写上千次的f l a s h 只读程序存储器。这 给单片机编程带来了很大的灵活性。而p i c l 6 c 5 7 单片机使用了仅有3 3 条精简指令集，所 以为对其写程序提供了很大的方便【3 8 】【3 9 1 。下位机则采用的是单片机c 语言来进行编程。下 位机的整个工作软件流程图如图8 。 2 4 系统通信部分 图8 下位机软件流程图 总台上位机和各个房间的下位机之间的通信控制如图9 。 本系统的重要优点之一就是把各个房间的主机连接起来并与总台的主机共同构成了房 亘亘亘星三塞查芏堡主壁墨尘芏堡堡三 间状态监控网络，为酒店顾客以及服务人员提供了很大的方便。采用的是以总台p c 机作 为上位机与多个房间的作为下位机的单片机进行的数据通信，并且从实用性和可行性高的 角度，采用的是用串行通信的异步避信的方式来实现上下位机之间的主从多机通信。 厂崔 餍 ! 蓉问骂 圈9 总台主机与各个房间之间的数据通信图 总台主机通过r s 4 8 5 线与各个房间的主机相连，由于p c 机的r s 2 3 2 接口和r s 4 8 5 接r n 的 电平不兼容，二者之间需要连接一个r s 2 3 2 r s 4 8 5 电平转换器，同样4 8 5 接r n 与5 1 m c u 的 串口信号的电平不一致，必须进行二者之间的电平转换，我们采用的是电平转换芯片 s n 7 5 1 7 6 b 实现r s 4 8 5 t r l 电平转换。单片机通s n 7 5 1 7 6 b ( 如图1 0 ) 芯片挂接n 4 8 5 总线上。 s n 7 5 1 7 6 b 的r e 和d e 相连，接在单片机的i or n 作为收发选择。当i o e i 输出为低电平时， 器件作为线接受器用当i o 口输出高电平时，器件作为线驱动器。需要注意的是，由于r s 4 8 5 总线标准采用一对平衡差分信号线传输信号，工作于半职工方式同一对信号线上在同一 时间内只允许一个驱动器工作，因此r s 4 8 5 总线系统中的驱动器均通过使能端进行控制，系 统在同一时刻只有一个发送者。 图1 0s n 7 5 17 6s l 脚圈 曛一 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 2 5 本章小结 本章要首先从酒店智能控制系统的功能入手，然后提出了系统的总体结构，然后重点 介绍了系统的硬件电路设计。系统采用a t 8 9 s 5 1 单片机为核心芯片，通过达林顿管来增强 端口驱动能力，并且采用继电器来连接电器。无线遥控部分采用单片机p i c l 6 c 5 7 为主要 芯片。上位机软件采用的是d e l p h i 语言进行编程，通信直接采用d e l p h i 中的m s c o m m 控 件，下位机则采用的是单片机c 语言来进行编程。 1 7 南京信息工程大学硕士研究生学位论文 第三章多功能智能终端展示系统 作为一个嵌入式系统，其设计和开发过程分硬件和软件两部分进行。但硬件和软件的 开发又是相互联系、密不可分的。 3 1 系统主要所要实现的功能 ( 1 ) 摘机挂机触发信号反馈部分 当客户随意从产品展示盒上拿起一件产品时，硬件系统的主处理器会将信号传递给电 脑系统软件，触发其显示对应的展示盒中产品的状态为挂机或者摘机。 ( 2 ) 防盗报警控制部分 由于摘机体验系统是用户自行体验产品的功能的平台，所以要对产品采取一些防盗措 施，摘机系统提供拉线式防盗，并可将防盗触发信号提供给后台服务器，当产品离开预设 范围时，系统进行声音、灯光同时报警。 ( 3 ) 工作状态指示灯装置及控制部分 当产品置在产品展示盒上，呈现挂机状态或者摘机状态时以及产品正常或者报警状态 时，都有相应的工作状态显示灯来标志当时摘机系统的状态。 3 2 硬件系统设计 本节通过对多功能智能终端展示系统体系结构分析系统的硬件需求，结合单片机控制 系统的特点，制定基于单片机的多功能智能终端展示系统的总体设计。 3 2 1 硬件需求分析 整个硬件系统的基本结构主要包括以下几个部分：p c 机、c 8 0 5 1 f 0 2 0 单片机以及l o 条检测电路组成。按照实现功能，系统可分为主处理器( c p u 模块) 、摘机胜机触发装置 ( 输入模块) 以及防盗报警装置( 输出模块) 三大部分。 硬件上应具有以下几个必要的模块： ( 1 ) 微控制器( m i c r oc o n t r o l l e ru n i t ，m c u ) 此模块包含c p u 及其存储器。m c u 的运行速度要尽可能快，