多功能电子保姆机的设计与实现

A1A0A2A3A4A5A6A8A1A0A7A9A11I多功能电子保姆机的设计与实现硬件部分摘要随着生活节奏的加快，家庭对保姆的需求越来越多，若设计出一款智能保姆机，将极大地方便人们的生活。目前市场上销售的保姆机多为机械式，且功能单一，只能进行家用电器通断电的定时控制。本文利用电子技术设计的保姆机具有多功能性。不仅能控制家用电器定时工作，还附加时间、闹铃、环境温度显示等功能。论文介绍了保姆机的研究背景，通过对555时基电路设计方案、FPGA设计方案以及单片机设计方案的比较，确定了单片机设计方案。本设计以ATMEGA128单片机为核心，通过继电器控制家用电器定时工作，利用DS13G192G4466时时G19059G7097G2394G14467片G4448G6116时G19059G18G7097G2394的基本功能，G2528时利用DS18G372G19温度G1268G5875器G8991G18339环境温度，G5194通过G23G1313G47G40DG6980G11733G12661进行时间G2656温度的显示。本设计G4448G6116了电子保姆机G11840G1226G2656G17731G1226的设计，G5194G3324G5332G2469G7507上对G18108G2010功能进行了G16855G16809，G4466G10628了电子保姆机的基本功能。G16825电子保姆机G2499以G5224用G1122生活G2656工作G1025，G1075G2499通过G6925G16025，G6564G20652性能，G3698加G7044功能，G1186G13792G13485人们的生活G2656工作G5114来G7368多的方便。关键词保姆机G727单片机G727温度G1268G5875器G727继电器A12A10A13A14A15A16A17A18A19A20A21A22A23A24A25A18A19A26A27A28IIMULTIFUNCTIONALELECTRONICNANNYMACHINEDESIGNANDIMPLEMENTATIONTHEDESIGNOFTHEHARDWAREABSTRACTWITHTHEACCELERATEDPACEOFLIFE,THEDEMANDFORNANNIESISGREATLYINCREASINGINOURSOCIETYIFAINTELLIGENTNANNYMACHINEISDESIGNED,ITWILLBRINGMORECONVENIENCEFORPEOPLESLIFEATPRESENT,THENANNYMACHINEWHICHISONTHESALEINTHEMARKETISALMOSTMECHANICAL,HASASINGLEFUNCTION,ANDCONTROLSHOUSEHOLDAPPLIANCESCANACCORDINGTOTHESETTINGTIMEONLYTHROUGHTHEPOWERTHISPAPERINTRODUCESTHERESEARCHBACKGROUDOFTHENANNYMACHINEANDUSESTHESCMDESIGNSCHEMETHROUGHCOMPARING555DESIGNSCHEME,FPGADESIGNSCHEMEANDSCMDESIGNSCHEMEINTHISPAPER,THENANNYMACHINE,WHICHISDESIGNEDTHROUGHUSINGELECTRONTECHNOLOGY,HASMANYFUNCTIONSITNOTONLYCANCONTROLTHEHOUSEHOLDAPPLIANCESFROMTIMETOTIME,BUTALSOCANDISPLAYTIME,TEMPERATUREANDSOONTHISDESIGNCOMPLETESTHEHARDWAREANDSOFTWAREOFTHEELECTRONICNANNYMACHINE,DEBUGGESAPARTOFFUNCTIONSONTHEBOARDANDREALIZESTHEBASICFUNCTIONOFTHEELECTRONICNANNYMACHINETHEDESIGNUSESATMEGA128ASACORE,CONTROLSHOMEAPPLIANCESFROMTIMETOTIMETHROUGHTHEWORKOFTHERELAY,COMPLETESTHEBASICFUNCTIONOFCLOCK/CALENDARTHROUGHUSINGTHEDS1302REALTIMECLOCK,MEASURESAMBIENTTEMPERATUREBYUSINGTEMPERATURESENSORDS18B20,ANDUSESFOURLEDDIGITALTUBEFORDISPLAYINGTHEMACHINECANBEAPPLIEDTOTHELIFEANDWORK,CANALSOBEMODIFIEDTOIMPROVEPERFORMANCE,ANDCANBEADDEDNEWFUNCTIONSSOTHATITBRINGSMORECONVENIENCETOTHEPEOPLESLIFEANDWORKKEYWORDNANNYMACHINEG727SINGLESHIPG727TEMPERATURESENSORG727RELAYG727A29A30A31A32A33A34A35A36A37A38A39A40A41A42A43A36A37A44A45A46III目录G6700G16213IG12544一G12468G5353G16340111多功能电子保姆机研究的背景G2656G5859G1053112电子保姆机的功能2G12544G1120G12468电子保姆机设计方案G2010G752432G171FPGA设计方案32G172G49G40555时基电路设计方案323单片机设计方案4G12544G989G12468基G1122单片机的电子保姆机G11840G1226设计631单片机的G17885G633373G171G171AVR单片机G12628介73G171G172ATMEGA128G10317G986973G172时G19059G7097G2394G14467片DS13G19293G172G171DS13G192G12628介93G172G172DS13G192G5353G14062G16840G7138103G172G173DS13G192控制G4395G2656G16847G1901时G5219G16840G7138103G172G17G23DS1302片G1881G4504G4396器1233环境温度G1268G5875器G17885G6333133G173G171G5132用温度G1268G5875器比较133G173G172DS18G372G19G12628介143G173G173DS18G372G19G1881G18108G13479G7512153G17G23电子保姆机G11840G1226电路设计173G17G23G171时G19059电路设计173G17G23G172环境温度G18331G19610电路设计173G17G23G173显示电路173G17G23G17G23G6365G19202电路设计193G17G23G175闹铃电路设计203G17G23G17G25继电器控制电路设计213G17G23G17G26温度G6265G16698电路设计22A47A48A49A50A51A52A53A54A55A56A57A58A59A60A61A54A55A62A63A64IVG12544G3247G12468电子保姆机G17731G1226设计2341G1039G12255G5219设计2342子G12255G5219设计23G23G172G171G4466时时G19059G7097G2394子G12255G5219设计23G23G172G172环境温度G18331G19610子G12255G5219设计24G23G172G173显示子G12255G5219设计27G23G172G17G23闹铃控制子G12255G5219设计28G23G172G175继电器子G12255G5219设计28G12544G1128G12468G13007G13491G16855G168092951G11840G1226G16855G16809295G171G171单片机基G11796电路G16855G16809295G171G172显示电路G16855G16809305G171G173DS1302电路G16855G16809335G171G17G23继电器控制电路G16855G16809335G171G175DS18B20电路G16855G16809335G171G17G25温度G6265G16698电路G16855G168093452G17731G1226G16855G1680934G13479论35G2454G13783文G1049836附G5417AG12255G521937附G5417G37多功能电子保姆机G11840G1226电路G328249G14280G1688650A65A66A67A68A69A70A71A72A73A74A75A76A77A78A79A72A73A80A81A821第一章引言随着生活节奏地加快，社会对于保姆的需求量越来越大，若利用电子技术设计出一款电子化、数字化、智能人性化的多功能电子保姆机，将被广泛应用于生活和工作当中。11多功能电子保姆机研究的背景和意义20世纪末，电子技术获得了飞速的发展。在其推动下，现代电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力的推动和提高了社会生产力的发展与信息化程度，同时也使现代电子产品性能进一步提升，产品更新换代的节奏也越来越快。保姆机对人们来说越发的珍贵，工作的忙碌性和繁杂容易使人忘记当前的时间，工作后的疲劳性，使人变得懒惰，回到家中G1172G1052G18129G5831G16213G1582G3921的G3926G9921G8712G8939G9589、G2519G20333G2955G2955的G20289G14768G12573。G17837G7691电子保姆机G4613发G6393了G5468大的作用，G1375G3926G726G1375G3926G13475G5132出G5058G6122G1610G4584出G19388，G17837时一回到家G4613G5831G8939G9921G8712G9589，G3926G7536一G11464G5332着G9921G8712G3132会G993G1584地加G9921，G2375G993G4445G1852G2460G17165电，若有了多功能电子保姆机，G4613G2499G1209G6365G10043G16213求G4462时G6523G2058家用电G3132。G9994G13792G17947到G18337大G1119G5785的时G1517，一G7098忘记时间，G4613会G13485G14270G5061G6122G1194人G17908G6116G5468大G21647G9914。G5191时G6117们G16213求G990G10689G1946时，G13434会G6122G2496G5332会G16770G5529G9994G16213提G2462时间G727G9791G17722G16213G1946G9869到G17810，G14334G10689G16213G1946G9869G17227飞G727工G1006生产中，G5468多G10627节G18129需G16213用时间来G11842G4462工G5219G7379换时G2063。G6164G1209说能随时G1946G11842的G11705G17959时间G5194利用时间，G7171G6117们生活和工作中G5529G993G2499G4581的。保姆机的G7692G5527G7171数字化的电子时G19059。G5831G11705G17959时间，G6175G15932当G9994G7171一个G5468G3921的G17885G6333，G1306G7171，在忙碌当中，G6117们G17836需G16213一个G256G2173G10714G257G2462时的G13485G6117们提G18278时间。G6164G1209，计时G3132G7380G3921能G3827G6329有一个G4462时G13007G13491，随时提G18278容易忘记时间的人。G7380G7101能G3827G4462时、G6265时的时G19059G4658于机G7812G5347G19059G15932，G1306G17837G12193时G19059G2475到机G7812G13479G7512、动力和G1319G12227的G19492G2058，在功能、性能G1209G2462G17908G1227G990G18129没办法与电子保姆机相比A83A84A85。电子保姆机G7171通过电子G19059采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，通过继电G3132G6523G2058家用电G3132。广泛应用于个人家庭，G17722站，码头办公室G12573公共场G6164，G6116为人们日G5132生活中G993G2499G4581的G5529需品。由于数字集G6116电路的发展和石英晶G1319振荡G3132的广泛应用，使得数字G19059的精度，远远超过老G5347G19059G15932，G19059G15932的数字化G13485人们生产生活带来了极大的方便，G13792且大大地扩展了G19059G15932原先的G6265时功能。诸G3926G4462时G14270动G6265警、G6365时G14270动打铃、G4462时广播、G14270动G17227闭路灯、G4462时G5332关烘箱、通断动力设备、甚至各G12193G4462时电气的G14270动启用G12573，G6164有G17837些，G18129G7171G1209G19059G15932数字化为基础的。因此，研究数字G19059G2462扩大其应用，有着非G5132现实的意义。A86A87A88A89A90A91A92A93A94A95A96A97A98A99A100A93A94A101A102A1032另外，温度实时显示G13007G13491应用同G7691越来越广泛，比G3926空调遥G6523G3132G990当前室温的显示、G9921G8712G3132温度的显示G12573G12573。医药卫生、工农G1006生产G990也有G5468多场合需G16213测量G10627境温度。G3926G7536能G3827在电子保姆机G990附加温度采集、时G19059日历的显示、闹铃功能功能，将使电子保姆机的应用更加广泛。12电子保姆机的功能电子保姆机G7171利用电子时G19059精G11842计时G4462时的特G9869，继电G3132G6523G2058电G3132G4462时G5332关，G1209G17810到无人看管却能G14270动看护的G256保姆G257装置。G6329有时间精G11842、G1319G12227小、界面友G3921、G2499扩展性能强G12573特G9869，G2499广泛应用于生活和工作当中。本设计电子保姆机G6164实现主G16213功能为G726（1）家用电G3132G4462时G5332关，G6523G2058家用电G3132G727（2）具有时间显示，24小时G2058G727（3）具有年、月、日显示G727（4）具有闹铃功能G727（5）具有G10627境温度采集和显示功能G727（6）掉电后无需G18337新设置时间和日期G727（7）温度G6265警。A104A105A106A107A108A109A110A111A112A113A114A115A116A117A118A111A112A119A120A1213第二章电子保姆机设计方案分析电子保姆机G7171通过扩展电子G19059的功能G13792形G6116的，其G7692G5527G4613G7171数字化的电子G19059、通过读取电子G19059的时间和设G4462时间相比较，继电G3132G6523G2058家用电G3132G4462时工作。电子保姆机既G2499G1209通过纯硬件实现，也G2499G1209通过软硬件G13479合实现，其实现方案有多G12193，G1306通G5132有G1209下几G12193形G5347G72621FPGA设计方案现场G2499编程G19388阵列（FIELDPROGRAMMABLEGATEARRAY，FPGA），G717120世纪70年代发展G17227来的一G12193G2499编程逻辑G3132件，G7171目前数字G13007G13491设计的主G16213硬件基础。FPGA在G13479G7512G990由逻辑功能块排列为阵列，G5194由G2499编程的G1881G18108G17842G13459G17842G6521G17837些功能块，来实现一G4462的逻辑功能。G2499编程逻辑G3132件的设计过程G7171利用EDAG5332发软件和编程工具对G3132件进行G5332发的过程。由于EDA技术G6329有G13007G13491的G8181G6323和G1235G11507功能，G2499读性、G2499G18337G3809性、G2499测性非G5132G3921，G6164G1209利用EDAG5332发FPGAG7171目前比较G8981行的方G5347。当G9994，有时G7693G6466需G16213，也会应用MAXPLUSG5332发集G6116G10627境进行设计A122A123A124。G8503因为FPGA在设计过程中方便、快G6475，G13792且FPGA技术功能强大，能G3827应用其G2058作诸G3926基代码发生G3132、数字G20069G10587计、电子G10760、电G7811G6523G2058G3132、G14270动G2818G17147机G6523G2058G13007G13491、多功能G8886形发生G3132、步进电机G4462G1313G6523G2058G13007G13491G12573。22NE555时基电路设计方案555G4462时G3132G7171G13666G3281SIGNETICS公G25081972年研G2058的用于取代机G7812G5347G4462时G3132的中G16280G8181集G6116电路，因G17767G1849G12483设计有G989个5K的电G19471G13792得G2529。目前，G8981行的产品主G16213有4G12193G726BJTG1016个G726555，556（G2559有G1016个555）G727CMOSG1016个G7267555，7556（G2559有G1016个7555）。555G4462时G3132G7171一G12193数字与G8181G6323G9163合G3423的集G6116电路，应用广泛。G6116本较G1314，外加电G19471、电容G12573G1815件G4613G2499G1209G7512G6116多G16868振荡G3132、G2345G12295电路、G7057G4506特G16314发G3132G12573，G5132作为G4462时G3132广泛应用于G1214G3132G1214G15932、家用电G3132、电子测量G2462G14270动G6523G2058G12573领域。采用NE555时基电路G6122其G1194振荡电路产生秒G14045G1926信G2507，作为秒加法电路的时G19059信G2507G6122G5506G3800G10714G3132的外G18108中断G17767G1849信G2507，G2499G7512G6116电子G19059。由555G7512G6116的秒G14045G1926发生G3132电路G16277G328221。G17767出的G14045G1926信G2507V0的G20069G10587F为G726A125A126A127A128A129A130A131A132A133A134A135A136A137A138A139A132A133A140A141A1424CRRF2/443121A143A13921A142G2499通过调节G534721中的3个G2454数，使G17767出V0的G20069G10587为精G11842的1HZ。RDIS7THR6TRIG2GND1CVOLT5R4VCC8Q3555CCRVCCV012A144A145A146A147A148A149A150A150A150A151A152A153A154A155A156A157采用555G4462时G3132设计电子保姆机，G6116本G1314，容易实现。G1306G7171G2475G14467G10267G5353G14062数量和功能G19492G2058，G993容易实现电子保姆机的多功能性。23单片机设计方案G2345G10267机G7171G5506G3423机的一个主G16213分G6915，G4439在G13479G7512G990的G7380大特G9869使G6238CPU、G4396G1660G3132、G4462时G3132和多G12193G17767G1849/G17767出G6521G2487电路集G6116在一块超大G16280G8181集G6116电路G14467G10267G990。G4613其G13464G6116和功能G13792G16340，一块G2345G10267机G14467G10267G4613G7171一G2500计G12651机。G2345G10267机具有G3926下特G9869G726（1）有G1260G5334的性能G1227G7696比G727（2）集G6116度高、G1319G12227小、有G5468高的G2499G19764性G727（3）G6523G2058功能强G727（4）G1314功G13803、G1314电G2399，便于生产便G6670G5347产品G727（5）外G18108G5647G13459G3698加了G44A158G38、G54G51G44G12573G1030行G5647G13459方G5347，进一步G13565小了G1319G12227，G12628化了G13479G7512G727（6）G2345G10267机的G13007G13491扩展、G13007G13491G18209置较G1868G3423、G16280G14551，容易G7512G6116各G12193G16280G8181的应用G13007G13491。G6164G1209G2345G10267机的应用非G5132广泛，在智能G1214G15932、机电一G1319化、实时G6523G2058、分G5079G5347多机G13007G13491G1209G2462人们的生活中G3355有用G8506G1055地。G2345G10267机应用的G18337G16213意义G17836在于，G4439G1186G7693本G990G6925变了G1268G13491的G6523G2058G13007G13491设计G5617路和设计方法。G1186前G5529G20047由G8181G6323电路G6122数字电路实现的大G18108分功能，现在G5062能用G2345G10267机通过软件方法来实现了。G17837G12193用软件代G7379硬件的G6523G2058技术，G7171对生产G6523G2058技术的一G8437G19773G2641。A159A160A161A162A163A164A165A166A167A168A169A170A171A172A173A166A167A174A175A1765利用G2345G10267机的智能性，G2499方便地实现具有智能的电子保姆机设计。G2345G10267机G3355具有时G19059振荡G13007G13491，利用G13007G13491时G19059G1523G2173G5506G3800G10714G3132的G4462时G3132/计数G3132G2499实现电子保姆机功能。G9994G13792G13007G13491时G19059G16835G5058较大，电子G19059的G12227G13059G16835G5058也G2499能较大，G6164G1209G2499G1209通过G16835G5058G1474G8503软件加G1209G1474G8503，G6122G13785在设计中加G1849高精度时G19059日历G14467G10267，G1209精G11842时间。另外G5468多功能G993同的G2345G10267机G7171G1872容的，G17837G4613更便于实现产品的多功能性。A159A160A161A162A163A164A165A166A167A168A169A170A171A172A173A166A167A174A175A1766第三章基于单片机的电子保姆机硬件设计在比较了G1209G990的G989G12193实现方案G1055后，G13783G15397G2345G10267机G17147G9316G1817G17287、G1227G7696G1314G5277，G2499软硬件G13479合使用，能G3827较方便的实现G13007G13491的多功能性，G6937采用G2345G10267机作为本设计的硬件基础。电子保姆机G2265G6336时G19059日历G14467G10267电