基于单片机智能家居系统设计

目 录内容摘要 .2关键词 .2Abstract.2Key words.21 引言 .12 系统的总体方案 .32.1 系统框图 .32.2 系统的组成 .63 硬件设计 .163.1 远端模块设计 .163.2 本地模拟分机部分的设计 .173.3 智能显示和温度部分的电路设计 .184 软件设计 .214.1 软件说明 .214.2 软件流程图 .225 系统调试 .255.1 硬件调试 .255.2 软件调试 .275.3 软硬件联调 .29结束语 .30附录一 .31参考文献: .57致谢 .59内容摘要：设计了一个模拟智能家居系统，该系统以 STC 单片机作为控制核心，利用双音多频信号作为远距离的通信信号，利用串口进行模块内部的通信。文章详细介绍了系统的组成、工作原理及其软硬件设计。关键词: 智能家居；DTMF；STC89C52RC ；模拟电话Abstract: The paper designs a system which simulates the intelligent home system. The system takes STC MCU as the control core, uses the DTMF signals as the long-distance communication signals, and serial communication as the communication method between the internal modules. This paper introduces the composition, working principle and the design of hardware and software.Key words: Intelligent home system, DTMF, STC89C52RC, Analogue telephone1 引言随着人们生活水平的提高，智能控制系统不仅在工业控制等方面发挥着它的优越性，在我们的日常生活中也渐渐的凸显它的重要性。现在城市交通智能控制和调度系统，城市 110 报警以及与之相结合的 GIS 系统等智能控制系统已经在我们的生活中应用越来越广泛。为我们生活水平的提高发挥了重要的作用。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。随着节能环保等渐渐成为主流，智能控制系统也开始朝着低能耗，低污染，高可靠性等方向发展。在控制系统中通信的方式一般分为两种，即有线通信和无线通信。显然无线通信在系统应用的过程中不仅可以减小布线部分的支出，而且控制也更加的灵活，但是对于长距离的通信来说，无线通信意味着投入到通信信道建设中的费用将会增加。而利用现有通信线路进行远程控制的方案也越来越受到人们的重视。现在随着时分复用技术的发展，一线多用越来越受到重视。而基于固定电话网络而发展起来的通信应用也越来越广泛。而本设计的模拟智能家居系统即是通过固定电话线路进行远程控制的。本设计以固定电话网络为依托，一个级交换网络为基础的远程控制系统。本系统通过模拟两部功能具有一定不同的固定电话机，使用与固定电话交换网络相同的DTMF 信令，利用电话网络的双绞线作为通信线路，进行远程控制。该模拟智能家居系统可以实现温度智能检测、时钟功能、闹钟设置、温度报警、智能显示、键盘拨号、远程控制等功能。并且还具有可靠性高，通信距离不受限制，不需要额外布线，不占用无线频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨越省市，甚至跨越国家。本模拟系统适用于家庭、企事业单位、工业现场、商店等场所，用手机或固定电话，实现对电器设备的控制和运行状态查询。而且本系统的设计思路和设计理念也是现在很多远程控制系统例如：城市应急安全指挥系统，110 报警指挥系统，智能调度系统等设计的底层通信的基础。2 系统的总体方案系统可以智能地显示当前时间和家中的实时温度情况，并且具有时间调整和闹钟设置等功能，还能够时刻监视家中温度情况，如果温度异常会启动报警单元并通过串口将报警信息传送给模拟分机，模拟分机接收到报警信号以后，进入拨号程序，并且通过液晶显示器显示家中情况。模拟主机接听后模拟分机启动语音系统，通知主机家中情况，请求马上处理。若主人不在家中，可以利用模拟远端部分通过键盘输入家中的电话号码，号码通过数模转换转化成 DTMF 信号，模拟分机接收到该 DTMF信号后开始振铃，并进行振铃计数，若在一定时间内没有人接听电话则自动摘机，并启动语音模块，进行语音提示，用户只需根据语音提示部分进行操作控制相应的电器即可。2.1 系统框图系统分为三个子系统：模拟远端模块（模拟主机） 、本地模拟分机、智能显示模块。2.1.1 模拟远端模块框图模拟远端控制模块是由六部分组成：双音多频模块、振铃模块、控制模块、键盘模块、外部接口模块、按键音单元。双音多频部分主要作用是接收本地控制单元发送过来的双音多频信号，并将双音多频信号转换为二进制数据，转化完成之后，产生中断信号，单片机 STC89C52RC外部中断 1（INT1 ）接收到中断信号后，开始从双音多频信号收发单元中读取刚刚转化好的双音多频信号。系统接收到键盘数据后，在控制时通过双音多频芯片转换成双音多频信号后进行传输。当收到振铃后，振铃部分开始发送振铃音。按键盘的时候有键盘音。其模块图如图 2-1 所示。图 2-1 模拟远端模块框图2.1.2 本地模拟分机框图该部分有七个部分组成：双音多频模块、振铃模块、控制模快、受控单元、外围借口、语音单元、显示单元组成。该部分主控单元通过双音多频信号接收单元接受到本地模拟终端发送过来的双音多频信号，然后主控单元将接受到的双音多频信号以串口通信的方式发送给显示单元进行显示，并且智能显示单元能够根据系统当前所出的状态进行不同的显示。受控单元主要是模拟受远程控制的家用电器。语音电路主要功能是提示用户在进行远程控制的时候的操作方法。振铃单元在接受到振铃信号之后振铃单元开始进行振铃，即通过蜂鸣器播放预先设置好的音乐，进行提醒。当按下接听键后振铃自然停止。其电路框图如图图 2-2 所示。2.1.3 智能显示和温度控制单元框图智能显示部分主要有六部分组成：显示单元、按键调整单元、时钟单元、温度单元、报警单元、外围接口单路组成。显示单元主要是利用点阵液晶点阵显示单元 FG12864E 进行显示，控制单元将要显示的数据通过并口写入到液晶 FG12864E 中，FG12864E会根据主控单元的数据进行相应的显示。按键调整单元通过四个按键进行时间的调整，闹钟的设置等功能，按键部分功能通过扫描实现的。时钟单元主要通过 DS1302 进行计时的，主控单元通过三条线进行访问。将读取的时间数据显示到显示单元上。温度模块通过 DS18B20 测试环境温度，温度超标时报警。其电路的整体框图如图 2-3 所示。图 2-2 本地模拟终端电路框图图 2-3 智能显示部分电路框图2.1.4 系统的总体框图系统的总体设计是由智能显示部分、本地模拟分机、远端模拟分机组成的。远端模拟分机相当于一部电话，拨号后可以通过键盘，利用双音多频信号进行远程控制家中的各种电器设备。本地模拟主机可以在接受到报警信号之后，自动的拨打远端电话，等待远端接听之后进行语音报警提示，也可以自动或者手动的接听远端拨打过来的电话，然后通过语音提示提示远端进行相应是操作，控制家中的各类电器。本地模拟主机和远端模拟分机之间的通信完全仿照电话之间通信的模式和通信信令的形式进行通信的。都具有振铃检测，忙音检测，DTMF 信令等功能。其硬件框图如图 2-4 所示。图 2-4 系统总体框图2.2 系统的组成2.2.1 智能控制核心 STC89C52RCSTC89C52RC 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有8KB 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 STC89C52RC 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。STC89C52RC 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52RC 可降至 0Hz静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图 2-5 STC89C52RC 引脚结构图2.2.2 单元控制核心 STC89C2052图 2-6 STC89C2052 引脚结构图STC89C2052 是 宏 晶 公 司 生 产 的 低 电 压 、 高 性 能 CMOS 8 位 单 片机 ， 片 内 含 2KB 的 可 反 复 擦 写 的 只 读 程 序 存 储 器 （ PEROM） 和 128B 的 随 机 数 据 存 储 器 （ RAM） ， 器 件 采 用 高 密 度 、 非 易 失 性 存 储 技 术生 产 ， 兼 容 标 准 MCS-51 指 令 系 统 ， 片 内 置 通 用 8 位 中 央 处 理 器 和 Flash 存 储 单 元 ， 功 能 强 大 STC89C2052 单 片 机 可 为 您 提 供 许 多 高 性 价比 的 应 用 场 合 。 并 且 程 序 保 密 ， STC89C2052 设 计 有 2 个 程 序 保 密 位， 保 密 位 1 被 编 程 之 后 ， 程 序 存 储 器 不 能 再 被 编 程 除 非 做 一 次 擦 除 ，保 密 位 2 被 编 程 之 后 ， 程 序 不 能 被 读 出 。2.2.3 DTMF 收发模块 MT8880/ MT8888图 2-7 MT8888 引脚结构图MT8888 是 采 用 CMOS 工 艺 生 产 的 DTMF 信 号 收 发 一 体 集 成 电 路， 它 的 发 送 部 分 采 用 信 号 失 真 小 、 频 率 稳 定 性 高 的 开 关 电 容 式 D/A变 换 器 ， 可 发 出 16 种 双 音 多 频 DTMF 信 号 。 接 收 部 分 用 于 完 成 DTMF 信 号 的 接 收 、 分 离 和 译 码 ， 并 以 4 位 并 行 二 进 制 码 的 方 式 输 出 。MT8888 芯 片 集 成 度 高 、 功 耗 低 ， 可 调 整 双 音 频 模 式 的 占 空 比 ， 能 自动 抑 制 拨 号 音 和 调 整 信 号 增 益 ， 还 带 有 标 准 的 数 据 总 线 ， 可 与 TTL电 平 兼 容 ， 并 可 方 便 地 进 行 编 程 控 制 。MT8888 内 部 由 收 发 电 路 、 振 荡 器 和 电 源 偏 置 电 路 组 成 。 收 码 电路 包 括 信 号 放 大 、 拨 号 音 抑 制 滤 波 、 输 入 信 号 的 高 低 频 带 通 滤 波 、 译码 及 锁 存 等 功 能 ； 发 码 电 路 包 括 数 据 锁 存 、 行 列 计 数 D/A 转 换 和 混频 等 功 能 。MT8888 内 部 有 两 个 数 据 寄 存 器 ， 一 个 是 只 执 行 读 操 作 的 接 收 数据 寄 存 器 RDR； 另 一 个 是 只 执 行 写 操 作 的 发 送 数 据 寄 存 器 TDR。 另外 ， MT8888 中 还 有 两 个 4 位 的 收 、 发 控 制 寄 存 器 CRA 和 CRB。 对CRB 的 操 作 就 是 通 过 CRA 中 的 一 个 特 定 位 来 操 作 的 ， 因 此 编 程 中 应对 其 进 行 初 始 化 ； 而 MT8888 中 的 4 位 状 态 寄 存 器 SR 则 用 来 反 映 收、 发 信 号 的 工 作 状 态 。 寄 存 器 的 选 择 与 操 作 由 RS0 及 WR 和 RD 口线 来 控 制 。MT8888 是 一 款 双 音 频 的 语 音 拨 号 芯 片 。 它 通 用 二 个 音 频 信 号 形成 一 位 的 数 据 信 号 发 出 去 ， 一 组 为 低 频 的 、 一 是 高 频 的 信 号 。 接 收 的对 方 把 二 个 音 频 信 号 分 别 接 收 下 来 一 查 表 就 知 道 收 到 的 是 哪 个 数 据 了。 表 2-1 所 示 为 双 音 多 频 信 号 频 率 组 合 表 。表 2-1 双音多频频率组合表2.2.4 语音芯片 APR9600台 湾 公 司 最 新 推 出 的 APR9600 语 音 录 放 芯 片 ， 是 继 美 国 ISD 公司 以 后 采 用 模 拟 存 储 技 术 的 又 一 款 音 质 好 、 噪 音 低 、 不 怕 断 电 、 可 反复 录 放 的 新 型 语 音 电 路 ， 单 片 电 路 可 录 放 32 60 秒 ， 串 行 控 制 时 可分 256 段 以 上 ， 并 行 控 制 时 最 大 可 分 8 段 。 与 ISD 同 类 芯 片 相 比 它 具有 ： 价 格 便 宜 ， 有 多 种 手 动 控 制 方 式 ， 分 段 管 理 方 便 、 多 段 控 制 时 电路 简 单 、 采 样 速 度 及 录 放 音 时 间 可 调 、 每 个 单 键 均 有 开 始 停 止 循 环 多种 功 能 等 特 点 。在 APR9600 芯 片 的 内 部 ， 录 音 时 外 部 音 频 信 号 可 以 通 过 话 筒 输 入和 线 路 输 入 方 式 进 入 ， 话 筒 可 采 用 普 通 的 驻 极 体 话 筒 ， 在 芯 片 内 话 筒放 大 器 （ Pre-Amp） 中 自 带 自 动 增 益 调 节 （ AGC） ， 可 由 外 接 阻 容 件设 定 响 应 速 度 和 增 益 范 围 。 由 于 FLASHRAM 是 非 易 失 器 件 ， 断 电 等因 素 不 会 使 存 储 的 语 音 丢 失 。 放 音 时 芯 片 内 读 逻 辑 电 路 从 FLASHRAM 中 取 出 信 号 ， 经 过 一 个 低 通 滤 波 器 送 到 功 率 放 大 器 中 ， 然 后 直 接 推动 外 部 的 喇 叭 放 音 。APR9600 有 多 种 控 制 模 式 ， 总 的 来 说 分 为 串 行 控 制 和 并 行 控 制 两种 ， 由 芯 片 MSEL1（ 24 脚 ） 、 MSEL2（ 25 脚 ） 、 /M8（ 9 脚 ） 的 设置 来 实 现 。 详 见 表 2-2 所 示 。图 2-8 APR9600 引脚结构图2.2.5 温度传感器 DS18B20DS18B20 数 字 温 度 计 是 DALLAS 公 司 生 产 的 1-Wire， 即 单 总 线器 件 ， 具 有 线 路 简 单 ， 体 积 小 的 特 点 。 因 此 用 它 来 组 成 一 个 测 温 系 统， 具 有 线 路 简 单 ， 在 一 根 通 信 线 ， 可 以 挂 很 多 这 样 的 数 字 温 度 计 ， 十分 方 便 。表 2-2 APR9600 控制表APR9600 操作模式表MSEL1(24 脚 ) MSEL2(25 脚) /M8(9 脚) /CE 多为停止、复位键 功能（以 60 秒计）0 1 0/1 /M1、/M2、CE并行控制，分二段，每段最大 30秒1 0 0/1/M1、/M2、/M3、/M4 、CE并行控制，分四段，每段最大 15秒1 1 1 /M1/M8、CE并行控制，分八段，每段最大 7.5秒1 1 0 CE单段 7.5 秒循环。CE 为启动/停止键0 0 1 /M1、 CE串行顺序控制，可分一至任意多段0 0 0 /M1、/M2、CE串行选段控制，/M2 系选段快进键。M8=0 时只能录两段。注 1、 RE=0（置低电平）为录音状态；RE=1（置高电平）为放音状态。注 2、 注 2、/M1/M8 键在有效段控放音时，按一下键即开始放音一段，放音期间再按一下即停止；如按键不放即循环放音注 3、/M1/M8 键在有效段控录音时，按住不放为录音，松键即停止。DS18B20 数 字 温 度 计 以 9 位 数 字 量 的 形 式 反 映 器 件 的 温 度 值 。 DS18B20 通 过 一 个 单 线 接 口 发 送 或 接 收 信 息 ， 因 此 在 中 央 微 处 理 器 和DS18B20 之 间 仅 需 一 条 连 接 线 （ 加 上 地 线 ） 。 用 于 读 写 和 温 度 转 换 的电 源 可 以 从 数 据 线 本 身 获 得 ， 无 需 外 部 电 源 。 因 为 每 个 DS18B20 都有 一 个 独 特 的 片 序 列 号 ， 所 以 多 只 DS18B20 可 以 同 时 连 在 一 根 单 线总 线 上 ， 这 样 就 可 以 把 温 度 传 感 器 放 在 许 多 不 同 的 地 方 。 这 一 特 性 在 HVAC 环 境 控 制 、 探 测 建 筑 物 、 仪 器 或 机 器 的 温 度 以 及 过 程 监 测 和 控 制等 方 面 非 常 有 用 。图 2-9 DS18B20 引脚结构图放 置 温 度 敏 感 器 件 DSl8B20 的 测 量 范 围 从 -55 到 +125 增 量 值 为 0.5 可 在 l s(典 型 值 )内 把 温 度 变 换 成 数 字 。 每 一 个 DSl8B20 包 括 一 个唯 一 的 64 位 长 的 序 号 该 序 号 值 存 放 在 DSl8B20 内 部 的 ROM(只 读存 贮 器 )中 开 始 8 位 是 产 品 类 型 编 码 (DSl8B20 编 码 均 为 10H) 接 着 的48 是 每 个 器 件 唯 一 的 序 号 最 后 8 位 是 前 面 56 位 的 CRC(循 环 冗 余 校验 )码 DSl8B20 中 还 有 用 于 贮 存 测 得 的 温 度 值 的 两 个 8 位 存 贮 器 RAM 编 号 为 0 号 和 1 号 ， 1 号 存 贮 器 存 放 温 度 值 的 符 号 如 果 温 度 为 负， 则 1 号 存 贮 器 8 位 全 为 1 否 则 全 为 0， 0 号 存 贮 器 用 于 存 放 温 度 值的 补 码 LSB(最 低 位 )的 1 表 示 0.5 将 存 贮 器 中 的 二 进 制 数 求 补 再 转 换成 十 进 制 数 并 除 以 2 就 得 到 被 测 温 度 值 (-55 到 125)DSl8B20 的 引 脚 如图 下 所 示 。 每 只 DS18B20 都 可 以 设 置 成 两 种 供 电 方 式 ， 即 数 据 总 线供 电 方 式 和 外 部 供 电 方 式 ， 采 取 数 据 总 线 供 电 方 式 可 以 节 省 一 根 导 线但 完 成 温 度 测 量 的 时 间 较 长 ， 采 取 外 部 供 电 方 式 则 多 用 一 根 导 线 但测 量 速 度 较 快 。2.2.6 实时时钟芯片 DS1302图 2-10 DS1302 引脚结构图DS1302 是 美 国 DALLAS 公 司 推 出 的 一 种 高 性 能 、 低 功 耗 、 带 RAM 的 实 时 时 钟 电 路 ， 它 可 以 对 年 、 月 、 日 、 周 日 、 时 、 分 、 秒 进 行计 时 ， 具 有 闰 年 补 偿 功 能 ， 工 作 电 压 为 2.5V 5.5V。 采 用 三 线 接 口与 CPU 进 行 同 步 通 信 ， 并 可 采 用 突 发 方 式 一 次 传 送 多 个 字 节 的 时 钟 信号 或 RAM 数 据 。 DS1302 内 部 有 一 个 318 的 用 于 临 时 性 存 放 数 据 的RAM 寄 存 器 。 DS1302 是 DS1202 的 升 级 产 品 ， 与 DS1202 兼 容 ， 但增 加 了 主 电 源 /后 背 电 源 双 电 源 引 脚 ， 同 时 提 供 了 对 后 背 电 源 进 行 涓 细电 流 充 电 的 能 力 。 DS1302 的 引 脚 排 列 ， 其 中 VCC1 为 后 备 电 源 ， VCC2 为 主 电 源。 在 主 电 源 关 闭 的 情 况 下 ， 也 能 保 持 时 钟 的 连 续 运 行 。 DS1302 由 VCC1 或 VCC2 两 者 中 的 较 大 者 供 电 。 当 VCC2 大 于 VCC1 0.2V 时， VCC2 给 DS1302 供 电 。 当 VCC2 小 于 VCC1 时 ， DS1302 由 VCC1 供 电 。 X1 和 X2 是 振 荡 源 ， 外 接 32.768kHz 晶 振 。 RST 是 复 位 /片选 线 ， 通 过 把 RST 输 入 驱 动 置 高 电 平 来 启 动 所 有 的 数 据 传 送 。 RST输 入 有 两 种 功 能 ： 首 先 ， RST 接 通 控 制 逻 辑 ， 允 许 地 址 /命 令 序 列 送入 移 位 寄 存 器 ； 其 次 ， RST 提 供 终 止 单 字 节 或 多 字 节 数 据 的 传 送 手 段。 当 RST 为 高 电 平 时 ， 所 有 的 数 据 传 送 被 初 始 化 ， 允 许 对 DS1302进 行 操 作 。 如 果 在 传 送 过 程 中 RST 置 为 低 电 平 ， 则 会 终 止 此 次 数 据 传送 ， I/O 引 脚 变 为 高 阻 态 。 上 电 运 行 时 ， 在 VCC2.5V 之 前 ， RST 必须 保 持 低 电 平 。 只 有 在 SCLK 为 低 电 平 时 ， 才 能 将 RST 置 为 高 电 平。 I/O 为 串 行 数 据 输 入 输 出 端 (双 向 )。 SCLK 为 时 钟 输 入 端 。2.2.7 液晶显示器 FG12864E4 和 LCD1602（1）汉字点阵液晶显示器 FG12864EFG12864E 是 一 款 不 带 汉 字 字 库 的 液 晶 点 阵 显 示 器 ， 通 过 汉 字 取模 软 件 提 取 汉 字 的 点 阵 字 模 ， 然 后 利 用 显 示 器 的 串 口 将 数 据 写 入 到 显示 器 进 行 显 示 的 。 该 显 示 器 因 为 没 有 带 汉 字 库 ， 所 以 成 本 比 较 低 ， 利用 单 片 机 自 带 的 程 序 存 储 空 间 存 储 汉 字 字 模 ， 需 要 的 时 候 调 用 显 示 即可 。 该 液 晶 显 示 器 具 有 20 引 脚 ， 并 且 具 有 内 置 的 DC-DC 转 换 电 路， 无 需 外 接 负 电 源 。 控 制 段 包 括 片 选 控 制 端 CS1、 CS2， 读 写 控 制 ，是 能 控 制 ， 复 位 引 脚 ， 八 位 并 行 的 数 据 引 脚 等 。 具 有 操 作 简 单 ， 功 耗低 ， 易 于 单 片 机 等 为 控 制 器 接 口 等 特 点 。（2）字符型液晶显示器 1602采 用 单 5V 供 电 ， 具 有 低 功 耗 、 长 寿 命 、 高 可 靠 性 的 特 点 。 内 置192 个 字 符 ， 其 中 160 个 5*7 点 阵 字 符 ， 32 个 5*10 点 阵 字 符 。 具 有64 字 节 的 自 定 义 RAM 可 自 定 义 8 个 5*8 点 阵 字 符 和 4 个 5*11 点 阵字 符 。 并 且 具 有 标 准 的 借 口 特 性 ， 适 配 MC51 和 M6800 系 列 等 MCU的 操 作 时 序 。它 内 部 具 有 液 晶 显 示 屏 ， 控 制 器 ， 列 驱 动 器 ， 和 偏 压 产 生 电 路 构成 。 控 制 器 主 要 有 指 令 寄 存 器 ， 数 据 寄 存 器 ， 标 志 位 ， 地 址 计 数 器 ，时 序 发 生 电 路 组 成 。 通 过 MCU 分 别 向 相 应 的 寄 存 器 写 入 控 制 命 令 设置 各 个 控 制 寄 存 器 。 通 过 MCU 的 并 口 将 数 据 写 入 在 控 制 信 号 EN 端高 电 平 和 下 降 沿 的 作 用 下 模 块 通 过 区 分 控 制 信 号 RS 和 RW 的 组 合形 式 来 区 分 数 据 总 线 上 传 送 的 是 数 据 还 是 指 令 ， 数 据 总 显 示 LCD1602 和 外 界 MCU 之 间 进 行 信 息 或 者 是 数 据 交 换 的 通 道 。3 硬件设计3.1 远端模块设计该模块主要功能是拨打模拟分机的号码，利用双音多频信号进行远程控制。通过 STC89C2052 扩展的矩阵键盘进行拨号，利用串口通信，将拨号数据传送给 STC89C52RC，利用 STC89C52RC 控制液晶显示器进行拨号显示以及各个过程的显示。STC89C52RC 接收到拨号数据后暂时存入号码暂存单元，当按下拨号键的时候 STC89C52RC 控制 MT8888 进行拨号，并产生拨号音和振铃信号通知模拟分机。进入到控制模式之后，STC89C52RC 接收到的键盘输入数据会利用 MT8888 转变成双音多频信号控制模拟分机执行相应的控制。该部分还能够接收本地模拟终端的振铃信号，当接收到振铃信号后，开始振铃，当主人按下接听键的时候，振铃停止，电路接通，开始通话，能够接收本地终端的报警语音提示。其电路图如图 3-1 所示。图 3-1 键盘输入与显示部分电路3.2 本地模拟分机部分的设计该模块的主要功能是接收远端控制的控制信号，并执行相应的控制动作，预警后通知远端模块，并有相应的语音提示。3.2.1 本地模拟分机通过 STC89C52RC 和 STC89C2052 共同控制外围电路。STC89C52RC 主要管理 MT8888 收发双音多频信号，对受控单元的控制，对语音提示电路的控制等部分。STC89C2052 主要完成系统的显示功能，要显示的数据由 STC89C52RC 通过串口进行发送。如图 3-2 所示。图 3-2 DTMF 发送与接收部分电路3.2.2 本地模拟分机的 MT8888 接收部分该部分主要是将主控部分通过并口发过来的数据转换成双音多频信号然后由双音多频信号输出端发送出去，或者 MT8888 接收到远端发送过来的双音多频信号后经过一系列的转换以二进制的形式输出给单片机。其电路图如图 3-3 所示。图 3-3 DTMF 发送与接收部分电路3.2.3 本地模拟分机的语音电路单片机通过控制译码器 74LS138 进而控制语音芯片要播放语音的内容，通过控制 74LS138 的时能端来控制语音播放的启停。其电路图如图3-4 所示。该部分通过单片机的数据总线口向 74LS138 输出控制代码，经过 74LS138 译码后，将选中语音芯片的某一段，被选中的那段语音就会通过 LM324 放大以后用扬声器输出，将 74LS138 的 E1、E2 脚同时置为高电平，禁止其工作，这时他的输出为高电平，此时语音芯片APR9600 停止工作，处于静止状态，放音停止。3.3 智能显示和温度部分的电路设计该部分主要功能是监控所处环境的温度，当温度超过限定值的时候产生报警信号，并且具有时钟显示，时钟调整，定时闹钟等功能电路图如图 3-5 所示。图 3-4 语音部分电路图 3-5 智能显示部分电路图电路图中利用 DS18B20 进行温度控制，它具有单总线是结构，接收到的温度数据经过内部转换以后，以二进制的形式存入相应的寄存器，单片机通过该单总线读取到温度数据后进行显示。因为 DS18B20 有一个唯一的片序列号，所以多个 DS18B20 可以同时并接在一根单线上，这样可以把温度传感器放在许多不同的地方。所以可以利用 DS18B20 的该特性在同一总线上拓展多个温度测量单元，进行多点温度采集。电路中利用 DS1302 进行时钟计数。它以串口的形式输出当前的时钟数据。它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。4 软件设计4.1 软件说明该模拟系统的软件可分为三部分组成：温度控制时钟显示及时间调整部分，远端模拟终端机部分，本地模拟终端机部分。温度控制时钟显示及时间调整部分可以分为：时钟模块，温度模块，按键调整模块，操作菜单模块及显示模块组成。时钟模块主要用于DS1302 的底层驱动程序，完成时钟数据从 DS1302 读出并转换为二进制数据用于显示和其他部分调用。温度模块主要功能是完成温度传感器DS18B20 的底层驱动和温度转化并将转化好的温度数据转化成带有一位小数的二进制数据用于显示和其他控制。按键调整模块主要用于时间的调整和闹钟的设置，他是通过利用程序不停的扫描键盘实现的。显示模块主要是液晶显示器 FG12864E 的底层驱动部分主要用于驱动液晶显示器用于显示操作过程和当前的状态。操作菜单模块是一个顶层模块，用它来控制系统进入不同的操作状态，主要分为调整状态，显示状态等。远端模拟端机部分的软件设计分为双音多频信号收发部分，液晶显示部分，按键键盘部分，振铃部分，串口通信部分组成。其中双音多频信号收发部分主要完成的 MT8888 底层驱动以及DTMF 信号的接收与发送控制；液晶显示部分，主要功能是完成液晶显示器的底层驱动，并显示控制过程的各个状态；按键部分程序设计主要是用于人机交流输入的接收控制，主要完成人机接口功能；振铃部分程序完成振铃音乐的产生和播放；串口部分是该模块的通信通道，主要完成主控部分和被控部分之间的控制信息和数据的交流。本地模拟终端部分的软件设计主要分为双音多频信号收发部分，液晶显示部分，语音模块控制部分，振铃部分，串口通信部分等组成。其中双音多频信号收发部分，液晶显示部分，振铃显示部分，串口通信部分的结构和功能与远端模拟端机基本相同，语音部分主要用于播放控制提示，提醒用户控制的顺序和方法。4.2 软件流程图4.2.1 智能显示模块软件流程图：开机初始化完成以后，软件进入循环程序，开始不停的扫描按键，若没有按键按下的时候，读取 DS18B20 的温度并进行显示，读取DS1302 的时钟并进行显示。若有按键按下的时候，开始分别进入时钟调整和闹钟设置两个单元，具体情况根据操作确定。时钟调整模块和闹钟设置部分。时钟调整部分主要是通过四个按键键盘实现的，其中一个模式选择键，一个退出键，一个上翻键，一个下翻键。通过按下按键调整按键可以进入时钟调整和闹钟设置两个模式，分别进行时间的调整和闹钟的设置。时钟调结束之后会将调整之后的时间写入到 DS1302 中。若温度超过设定的温度上限的时候，会通过串口向本地模拟终端发出报警信号，并自己启动超温报警。该部分软件的框图如图 4-1 所示。4.2.2 远端模拟终端软件流程图在远端机呼叫本地终端进行远程控制的时候，首先利用远端机的键盘进行拨号时，有拨号音。拨号键按下之后远端机开始发送振铃信号，振铃信号占空比是 1：3 的形式，本地终端接收的振铃信号的时候马上响铃，通知接听，若没人接听，本地端机具有自动接听的功能。当接到振铃信号后开始振铃计数，当振铃次数大于五的时候自动接通电话，并产生一个应答信号，通知远端机，远端机接收到本地端机的应答信号后也进行摘机接通电话线。线路接通后，本地端机开始播放提示音，提示音可以利用耦合电路耦合到电话线路上，远端机接收到提示音之后按照提示的顺序进行操作。系统初始化按键 ？选择菜单闹钟调整时间调整退出 ？读时间读温度比较时间比较温度闹钟 ?报警 ?闹钟报警返回N开始YY图 4-1 智能显示模块软件流程图系统初始化拨号 ?振铃信号 ？D T M F 接收 开始响铃接听 ?等待接听根据提示进行控制控制结束报警提示报警结束挂机返回NNNYYY图 4-2 远端模拟终端软件流程图4.2.3 本地模拟端机软件流程图：该部分在系统初始化以后处在等待状态，当接收的振铃信号的时候开始进入进行振铃计数，当振铃个数超过五个时会自动接听。接通之后，会通过语音提示进行相应的操作。控制相应的电器，控制结束之后挂机。当串口接受到只能显示和温度报警模块的报警信号的时候，在蜂鸣器发出报警信号的同时拨打主人的电话，接听之后会控制语音电路提示主人家中情况，等待主人处理。若没有人接听会一直拨打下去，直到接听为止。 报警 ？ 振铃 ？拨远端号码 摘机D T M F 发号 输入密码 ？等待接听 ？ 进入相应控制语音提示和报警挂机返回NNN NYYY开始系统初始化图 4-3 本地模拟终端软件流程图5 系统调试5.1 硬件调试进行系统的硬件调试，首先要把硬件电路焊接好，在焊接时要注意是否虚焊，如果有虚焊，就会导致电路不通，或者干扰等现象。焊接电路前为了避免焊接出现空间不足和错误应首先规划好电路板，设计好各个部分的电路，然后再逐步进行焊接，能够避免飞线的尽量避免飞线。另外注意电源线和地线的走向，电源线不要和信号线平行走线过长，避免干扰，为了避免干扰，电源线和地线 之间要根据芯片的数量增加去耦电容。各个部分焊接完毕时，先不要马上插上芯片，先接通电源查看有没有出现断路、短路的情况，检查电路一切正常之后再插上芯片查看电路的工作情况。由于该系统比较大，元器件比较多，所以系统调试的时候采用各个模块分别调试的方式，例如，可以先进行语音模块调试，然后在进行DTMF 信号收发模块的调试等等。每个模块调试正常之后再根据自己的调试情况将各个模块焊接在一起组成系统进行调试。这种方法可以准确的定位电路中存在的问题，有助于了解系统各个模块的特点，为系统的测试做好准备。5.1.1 智能显示部分的调试该部分有两块单片机组成，由于 STC89C52RC 的程序存储空间有限，所以拓展了一片 STC89C52RC，将程序分为两个部分，分别有两个单片机控制。采用总线的时分复用的方式，让两块单片机分别控制液晶显示器 FG12864E 的数据总线进行显示。开机时，由从 STC89C52RC 控制数据总线，通过 74LS373 将控制数据通过数据总线写入到显示器中，但开机画面结束时，进入正常的界面的时候，从 STC89C52RC 通过串口，发出控制命令给主 STC89C52RC，同时从机关闭 74LS373。主机接收到从机的移交总线控制权的命令以后，将 74LS373 的 OE 引脚拉低，打开三态门，控制数据总线。然后通过从温度传感器 DS18B20 和实时时钟芯片DS1302 中读取数据并利用 FG12864E 进行显示。该部分还拓展有时钟调整模块和闹钟设置部分。时钟调整部分主要是通过四个按键键盘实现的，其中一个模式选择键，一个退出键，一个上翻键，一个下翻键。通过按键调整按键可以进入时钟调整和闹钟设置两个模式，分别进行时间的调整和闹钟的设置。该部分的调试要在软件部分结束之后进行联合调试，检验功能。为保证软件硬件联调由于硬件问题影响调试，可以在硬件电路焊接好时利用万用表测量按键两边的电阻，若按键松开时，来两边的电阻无穷大，按键按下后两边的电阻变成零，说明按键部分硬件部分正常，为软件硬件联合调试打下基础。5.1.2 远程模拟终端的调试远程模拟终端和本地模拟终端的硬件组组成由双音多频信号的收发部分，液晶显示部分，矩阵键盘部分，语音部分，振铃电路部分，串口通信部分等组成。由于该系统是模拟利用现有的固定电话网络进行远程控制的智能家居系统，远端机和近端机就是两部增加了一定功能的固定电话，他们之间的通信也是跟普通电话的信令相同的，利用双音多频信号，振铃音也是和固定电话一样，不过方波的形式，以占空比 1：3 的方式。在远端机呼叫本地终端进行远程控制的时候，首先利用远端机的键盘进行拨号时，有拨号音。拨号键按下之后远端机开始向本地终端发送振铃信号，振铃信号以方波的形式，占空比是 1：3 的形式，本地终端接收的振铃信号的时候马上响铃，通知接听，若家中没有人接听，本地端机具有自动接听的功能。当接听到振铃信号后开始振铃计数，当振铃次数大于五的时候自动接通电话，并产生一个应答信号，通知远端机，远端机接收到本地端机的应答信号后也进行摘机接通电话线。线路接通后，本地端机开始播放提示音，提示音可以利用耦合电路耦合到电话线路上，远端机接收到提示音之后按照提示的顺序进行操作。操作时要根据提示输入远程控制密码，密码输入正确以后就可以进入远程控制。控制的实现是通过 DTMF 信号进行的，远端机通过键盘输入控制键数字时，然手通过双音多频信号转换芯片将信号转换成 DTMF 信号进行传输。本地端机接收到 DTMF 信号后根据设置进行相应的操作。操作结束之后，本地端机可以自动挂机，也可以通过远程机进行挂机操作。当本地模拟终端接收到报警信号的时候，会自动拨打事先设置好的电话号码。拨号时也会产生拨号音，拨号音也是以方波的形式，该方波的占空比为 1：3，当远端模拟终端接收到振铃信号后就会开始响铃，通知主人接听，若没有人接听时会在振铃信号发送 15 次以后自动挂机，等待一段时间后再次拨打主任的电话，直到主人接听，把报警信号传达给主人。当主人听到铃声后，按下接听键铃声停止，电话线路接通，同时发送应答信号给本地模拟终端。本地模拟终端接收到应答信号后，也摘机接通电话线路。当话路接通后，本地模拟终端打开语音提示，播放提示报警提示。提示结束后自动挂机。5.2 软件调试由于该设计的软件的工程量比较大，代码比较多，所以设计的时候采用模块化的设计方法。将各个模块分成不同的功能部分，然后每部分进行单独的设计，该部分设计完成之后进行软件编译，然后将编译中出现的问题进行修改，完成软件的初步调试，等到软件编译通过之后，利用仿真软件 Proteus 对该部分进行仿真，根据仿真结果对软件进行调试，直到软件部分功能可以通过仿真实现，若软件仿真可以实现功能，那么当硬件没有什么问题的时候一般软件的功能都能够实现。该部分的软件仿真结束之后可以将该部分的功能做成一个软件模块，然后按照同样的方法将其他部分的软件也做成相应的软件包模块，然后将