基于51单片机的智能家居系统设计

1、 学号：学号： 常常 州州 大大 学学 毕毕业业设设计计（论论文文） （2012 届）届） 题题 目目 学学 生生 学学 院院 专业班级专业班级 校内指导教师校内指导教师 专业技术职务专业技术职务 校外指导老师校外指导老师 专业技术职务专业技术职务 二二一二年六月一二年六月 基于基于 51 单片机的智能家居系统设计单片机的智能家居系统设计 摘摘 要要：智能家居作为家庭信息化的实现方式，已经成为社会信息化发展的重要组成部 分，物联网因其巨大的应用前景，将是智能家居产业发展过程中一个比较现实的突破 口，对智能家居的产业发展具有重大意义。本文基于容易实现，方便操作，贴近使用 的设计理念，设计的智能家

2、居系统是以 at89c51 单片机为主控器件，两部分之间通过 无线通讯模块进行数据交换。 主机部分是系统的核心部分，通过键盘输入模块对系统 温湿度的进行初始化设置，并利用 lcd 显示模块对室内状况进行实时显示，本部分还 具有温湿度控制和煤气阀开关控制的功能，对于异常情况，系统可通过声光报警模块 进行报警提示，实现对家居的智能控制。 关键词关键词：传感器信号处理；键盘控制；报警 based on 51 scm intelligent household system design abstract: intelligent home furnishing as family informati

3、on realization way, has become an important part in the development of social informatization, network because of its great application prospect, is the intelligent home furnishing industry is in the process of developing a practical breakthrough, intelligent home furnishing industry development has

4、 great sense. in this paper, based on the easy implementation convenient operation, close to the use of the design concept, design of intelligent home furnishing system is based on at89c51control device, the two part through a wireless communication module for data exchange. host is the core part of

5、 the system, through the keyboard input module of the system of temperature and humidity for initialization, and the use of lcd display module on the indoor condition real-time display, this part also has a temperature and humidity control and gas valve switch control function, the abnormal conditio

6、n, system through sound and light alarm module alarm, to achieve intelligent control of home furnishing. key words: sensor signal processing, the keyboard control , alarm 目 次 摘 要 .i 目 次.iii 1 绪论.1 1.1课题背景.1 1.2 课题研究的意义；国内外研究现状和发展趋势.1 1.2.1 课题研究的意义.1 1.2.2 国内外研究现状和发展趋势.1 1.3 论文的研究内容 .3 2 系统简介.4 2.1 s

7、tc89c52 单片机介绍.4 2.1.1 89c52 简介.4 2.1.2 89c52 引脚.4 2.2 ds1302 时钟芯片 .6 2.2.1 ds1302 简介.6 2.3 ds18b20 温度传感器.7 2.3.1 ds18b20 的主要特征.8 2.3.2 ds18b20 工作原理.8 2.4 1602lcd 显示器.8 2.4.1 1602 简介.9 2.5 热释电红外传感器.12 3.系统软、硬件设计.13 3.1 硬件设计.13 3.1.1 最小系统模块.13 3.1.2 红外接收模块.14 3.1.3 温度传感器模块.14 3. 1.4 lcd 模块.16 3.1.5 键盘

8、模块.17 3.1.6 ds1302 时钟芯片.17 3.1.7 整体原理图.19 3.2.1 keil uvision2 新建项目与编辑.20 3.2.2 keil uvision2 编译与调试运行.22 3.2.3 软件设计程序流程图.23 3.2.4 软件设计程序代码及分析.26 4.系统测试.28 4.1 设计效果.28 4.2 测试过程以及产生的误差.28 4.2.1 测试过程.28 4.2.2 产生的误差.28 4.3 调试错误及处理情况.28 5 结论与展望.29 5.1 结论.29 5.2 展望.29 参 考 文 献.31 致 谢.32 附 录.33 1 1 绪论绪论 1.1

9、课题背景课题背景 随着电子信息技术和计算机网络技术的发展，实现家居信息化、网络化是 当前智能家居系统发展的新趋势。报警系统作为智能家居系统的一个重要组成 部分，其性能的好坏直接关系到整个智能家居系统的优劣。目前，智能化已经 成为自动化领域的发展趋势和显著标志，并且推动智能功能迅速扩展到仪器、 仪表等设备中去，使设备智能化。随着科技的进步和人民生活水平的提高，居 民对住宅的功能、质量提出了更高的要求。智能家居以其安全舒适、服务完善 而深受住户的喜爱。随着人们生活水平的提高，其室内环境质量控制越来越引 起社会各界的广泛关注。 “据世界银行估计，中国每年因室内空气污染所造成的 经济损失约 32 亿美

10、元。另根据国际有关组织调查统计，世界上 30%的建筑物中 存在有害于健康的室内空气。这些有害气体已经引起全球性的人口发病率和死 亡的增加。室内环境污染已经列入对公众健康危害最大的五种环境因素之一。 ” 因此，对室内环境的检测有着极其重要的现实意义，同时映射出本设计有着极 其广阔的市场前景。 因此，进行室内环境检测是很有必要的，通过科学的检测 方法可以使业主们了解装饰后的环境是否达到环保要求，以规避环境污染的风 险，使业主们能及时有效地对不合格的空气质量进行治理和整改，以达到放心 地居住和生活在一个良好的环境中。 1.2 课题研究的意义；国内外研究现状和发展趋势课题研究的意义；国内外研究现状和发

11、展趋势 1.2.1 课题研究的意义课题研究的意义 随着人们对居住环境要求的不断提高，家居智能化已经成为住宅发展的必 然趋势。自从 1984 年在美国康涅迪格州诞生了世界上最早的智能建筑，之后加 拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家也先后提出了智能家居 的概念，即将家庭中各种通讯设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭网络连 接到一个家庭智能化系统上进行集中的或异地的监控，并保持这些家庭设施与 住宅环境的和谐与协调。在我国智能家居也在逐渐升温，但智能家居始终没有 真正的走进人们的生活，主要是因为目前它在价格、实用性和功能的丰富程度 上存在着一定的问题。所以开展本课题的研究具有人性化和个性

12、化的特点，也 是智能家居的意义所在。 1.2.2 国内外研究现状和发展趋势国内外研究现状和发展趋势 智能家居的发展分为三个阶段： 首先是家庭电子化阶段，这个时期主要是面向单个的电器，家庭电器之间 并没有形成网络，亦没有大的联系。 其次是住宅自动化阶段，这个时期是面向功能的阶段，一部分的家庭电器 之间形成了简单的网络，主要是为了实现某个特定单一的功能，例如单一的自 动抄表功能。 最后是家居智能化阶段，这个时期是面向系统设计的阶段，系统通过家庭 分布总线把住宅各种与信息相关的通信设备、家用电器、报警装置并到网络节 点中进行集中的控制、管理，保持家电与环境的协调，提供生活、工作、学习 以及娱乐的各种

13、优质服务，营造一种温馨舒适的家庭氛围。 智能家居控制系统提供高效、舒适的家居环境，确保住户的生命财产安全； 集中或远程调节家居环境的温度，湿度以及风的速度等，同时检查空气成分， 提高空气质量；调节音响，电视等娱乐措施，愉悦心情；合理利用太阳能和周 遭环境的变化，尽可能的节约能耗，达到合理利用资源；提供现代化的通信、 信息服务。 （1）国内发展现状）国内发展现状 20 世纪 90 年代后期，我国的智能小区日益兴起。众所周知，我国的智能 化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。在 97 香港回归之际，在建设部“97 跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场 被建设部科技委

14、员会列为全国首家“智能住宅示范工程” ，揭开了全国智能小区 发展的序幕。1999 年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织 实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一 个新阶段。随后信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网 络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发被列为了国家技术创新的 重点专项计划。目前为止，我国将有 70%以上的家庭拥有 internet 入网设备， 大中城市中 50%的住宅要实现智能化。 （2 2）国外发展现状）国外发展现状 1984 年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格洲落成，这栋意义非凡的 建筑只是对一座旧式

15、大楼的一定程度的改造而完成的。它只是采用计算机系统 对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音听信、电子邮件、情 报资料等方面的信息服务。2000 年，新加坡有近 30 个社区的约 5000 户家庭采 用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达 4 万户。2003 年，网络化家 居的建设带来了高达 4500 亿美元的市场价值，这其中有 3700 亿美元是智能家 电硬件产品的价值，剩余的不分则是软件和技术支持服务的费用。 在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。近年 来，以美国微软公司以及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后跻身 于智能家居的研发中。例如：微软

16、公司开发的“梦幻之家” 。摩托罗拉公司开发 的“居所之门” 、ibm 公司开发的“家庭主妇”等均已日趋成熟的技术强占家 具市场。此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居 市场更是跃跃欲试。 （3 3）发展趋势）发展趋势 由于智能家居系统还缺乏统一明确的国际标准，许多公司开发的产品都是 基于自己组的网络和信息交换协议，很多产品是针对特定的组网环境开发的， 不分核心技术没有对外公布，技术复杂，直接导致了使用范围的局限性。作为 智能家居的核心系统的智能家居控制系统，它的设计功能的完善必将推动住宅 智能化的发展。而系统功能的集成化、用户使用的傻瓜化以及市场的平民化将 是智能家居控制

17、器的发展趋势，系统也将逐步迈向绿色化。最终，我想全人类 的梦想是智能家居控制系统将囊括所有的家事杂物，让我们真正的享受舒适温 馨的家庭生活。 1.3 论论文文的的研研究究内内容容 本题目设计了基于 51 单片机的智能家居控制系统，主要设计了对家居中的 时间 、温度、是否有人通过等信息的监测和控制。具体实现内容如下： （1）通过液晶实时显示当前时间，并可以通过键盘设定时间； （2）使用热释电红外传感器感应是否有人通过，有人时点亮照明灯（led） ； （3）使用温度传感器监测室内的温度并显示在液晶显示器上，当温度超过一定 范围时蜂鸣器响，实现报警功能。 2系统简介系统简介 2.1 stc89c52

18、stc89c52单片机介绍单片机介绍 2.1.1 89c52 简介简介 stc89c52rc单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单 片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期 可以任意选择3。 主要特性如下： 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指 令代码完全兼容传统8051. 工作电压：5.5v3.3v（5v单片机）/3.8v2.0v（3v单片机） 工作频率范围：040mhz，相当于普通8051的080mhz，实际工作频率 可达48mhz 用户应用程序空间为8k字节 片上集成512字节ram 通用i/o

19、口（32个），复位后为：p1/p2/p3/p4是准双向口/弱上拉，p0口是漏 极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为i/o口用时，需加 上拉电阻。 isp（在系统可编程）/iap（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用 仿真器，可通过串口（rxd/p3.0,txd/p3.1）直接下载用户程序，数秒即可 完成一片 具有eeprom功能 具有看门狗功能 共3个16位定时器/计数器。即定时器t0、t1、t2 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，power down模式可由外部中 断低电平触发中断方式唤醒 通用异步串行口（uart），还可用定时器软件实现多个uart 工作温度范围：

20、-40+85（工业级）/075（商业级） pdip封装 stc89c52rc单片机的工作模式 掉电模式：典型功耗vcc1+0.2v 时，由 vcc2 向 ds1302 供电，当 vcc2 vcc1 时，由 vcc1 向 ds1302 供电。 sclk：串行时钟，输入，控制数据的输入与输出； i/o：三线接口时的双向数据线； ce：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。 该引脚有两个功能：第一，ce 开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次， ce 提供结束单字节或多字节数据传输的方法。 2.3 ds18b20 温度传感器温度传感器 温度传感器的种类众多，在应用于高精度、高可靠性的场合时 dal

21、las 公 司生产的 ds18b20 温度传感器当仁不让。超小的体积、超低的硬件开消，抗干 扰能力强，精度高，附加功能强，使得 ds18b20 更受欢迎。了解其工作原理和 应用可以拓宽我们对单片机开发的思路。 2.3.1 ds18b20 的主要特征的主要特征 全数字温度转换及输出。 先进的单总线数据通信。 最高 12 位分辨率，精度可达0.5 摄氏度 12 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒。 可选择寄生工作方式。 检测温度范围为-55+125（-67f+257f） 内置 eeprom，限温报警功能。 64 位光刻 rom，内置产品序列号，方便多机挂接。 多样封装形式，适应不同硬件系统。

22、 ds18b20 引脚功能： gnd 电压地 dq 单数据总线 vdd 电源电压 nc 空引脚 2.3.2 ds18b20 工作原理工作原理 ds18b20 的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰 力强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。18b20 共有 三种形态的存储器资源： rom 只读存储器，用于存放 ds18b20id 编码，其前 8 位是单线系列编码， 后面 48 位是芯片唯一的序列号，最后 8 位是以上 56 的位的 crc 码（冗余校验） 。数据在出产时设置不由用户更改。ds18b20 共 64 位 rom。 ram 数据暂存器，用于内部计算和

23、数据存取，数据在掉电后丢失， ds18b20 共 9 个字节 ram,每个字节为 8 位。第 1、2 个字节是温度转换后的数 据值信息，第 3、4 个字节是用户 eeprom 的镜像。在上电复位使其值将被刷 新。第 5 个字节则是用户第 3 个 eeprom 的镜像。第 6、7、8 个字节为计数寄 存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换， 计算的暂存单元。第 9 个字节为前 8 个字节的 crc 码。 eeprom 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报 警值和校验数据。ds18b20 共 3 位 eeprom，并在 ram 都存在镜像，以方便

24、用户操作。 2.4 1602lcd显示器显示器 液晶显示器件在中国已有二十余年的发展历史。二十余年来，液晶显示器 件从实验室走向大规模生产集团，形成了独立的产业部门。现在，液晶显示几 乎已经应用于生产，生活的各个领域，人们几乎时时处处都要与这一神奇而又 普通的面孔打交道5。 液晶显示是集单片机技术、微电子技术、信息处理于一体的新型显示方式。 由于液晶显示器具有低压低功耗，显示信息量大易于彩色化，无电磁辐射，长 寿命，无污染等特点。lcd是目前显示产业中发展速度最快，市场应用最广的 显示器件，成为众多显示媒体中的佼佼者，在越来越多的领域中发挥作用，是 目前显示器件中一个理想的选择5。lcd与cr

25、t显示器在主要参数方面有许多 不同点。lcd性能参数与crt有较大差别，主要反映在色度（色彩多少种或多少 位） 、分辨率、像素点距、刷新频率、防眩防反、观察屏幕视角等方面。 大屏幕显示的应用范围极广，随着社会发展，公众生活的加强，人们对能 够面向广大公众传递信息的显示装置越来越感到必需。使用液晶投影显示大屏 幕，不仅有投影仪，指挥用大屏幕，还有液晶投影彩色电视。它可以用一个体 积很小的系统装置，实现 100 英寸以上的非常漂亮的大屏幕电视显示。它与传 统的显示媒体相比，具有分辨率极高，透过性好，显示内容丰富，彩色易于控 制等优点。 随着计算机技术及电子通信技术的发展，lcd 显示屏作为一种新的

26、传媒工 具，现已经应用到商业、军事、车站、宾馆、体育、新闻、金融、证券、广告 以及交通运输等许多行业，大到几十平方米的大屏幕，小到家庭影院用的图文 显示屏，以及政府部门应用的电子黑板，证券、银行等部门用的信息数字混合 屏。lcd 显示屏带来广泛的社会效益和经济效益，具有良好的发展前景。 2.4.1 1602 简介简介 主要技术参数: 显示容量：16x2 个字符 芯片工作电压：4.55.5v 工作电流：2.0ma（5.0v） 模块最佳工作电压：5.0v 字符尺寸：2.95x4.35（wxh）mm 接口信号说明如表 2.3 所示。 表表 2.3 接口信号说明接口信号说明 编 号符 号引 脚 说 明

27、编号符号引脚说明 1vss电源地9d2data1/0 2vdd电源正极10d3data1/0 3vl液晶显示偏压信号11d4data1/0 4rs数据/命令选择端 (h/l) 12d5data1/0 5r/w读/写选择端(h/l)13d6data1/0 6e使能信号14d7data1/0 7dodata1/015bla背光源正极 8d1data1/016blk背光源负极 控制器接口说明(hd44780 及兼容芯片): (1)基本操作时序: a.读状态:输入:rs=l, rw=h, e=h 输出:d0d7=状态字 b.写指令:输入:rs=l, rw=l, d0d7=指令码，e=高脉冲 输出:无

28、c.读数据:输入:rs=h, rw=h, e=h 输出:d0d7=数据 d.写数据:输入:rs=h, rw=l, d0d7=数据，e=高脉冲 输出:无 (2)状态字说明如表 2.4 所示。 表表 2.4 状态字说明状态字说明 sta7sta6sta5sta4sta3sta2sta1sta0 d7d6d5d4d3d2d1d0 sta0-6:当前数据地址指针的数值 sta7：读写操作使能 1：禁止 2：允许 (3)数据控制 控制器内部设有一个数据地址指针，用户可通过它们来访问内部的全部 80 字节 ram。 数据指针设置 指令码：80h+地址码（0-27h，40h-67h） 功能：设置数据地址指针

29、 (4)初始化过程(复位过程)如图 2.3 所示。 写指令 38h（不检 测忙信号） 写指令 och：显示 开及光标设置 显示 06h：显示光 标移动设置 延时 15ms 写指令 38h（不检 测忙信号） 延时 5ms 写指令 38h（不检 测忙信号） 延时 5ms 以后每次写指令、 读写数据操作之前 均需要检测忙信号 写指令 38h：显示 模式设置 写指令 08h：显示 关闭 写指令 01h：显示 清屏 图图 2.3 1602 显示初始化过程显示初始化过程 2.5 热释电红外传感器热释电红外传感器 热释电红外传感器是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传 感器。早在 1938 年，有

30、人提出过利用热释电效应探测红外辐射，但并未受到重 视，直到六十年代，随着激光、红外技术的迅速发展，才又推动了对热释电效 应的研究和对热释电晶体的应用。热释电晶体已广泛用于红外光谱仪、红外遥 感以及热辐射探测器，它可以作为红外激光的一种较理想的探测器。它目标正 在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。除了在我们熟知的楼道自动开关、 防盗报警上得到应用外，在更多的领域应用前景看好。比如：在房间无人时会 自动停机的空调机、饮水机。电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关 机的机构。开启监视器或自动门铃上的应用。结合摄影机或数码照相机自动记 录动物或人的活动等。热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的

31、变化而引 起晶体表面荷电的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化 物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度 有 t 的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷 q，即在两电极之 间产生一微弱的电压 v。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应 管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷 q 会被空气中的离子所结合而消 失，即当环境温度稳定不变时，t=0，则传感器无输出。当人体进入检测区， 因人体温度与环境温度有差别，产生 t，则有 t 输出；若人体进入检测区 后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器检测人体或 者动物的活动传感。 由

32、实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)，其 检测距离小于 2m，而加上光学透镜后，其检测距离可大于 7m。 3.系统软、硬件设计系统软、硬件设计 3.1 硬件设计硬件设计 此次设计通过 89c52 单片机来实现，ds1302 时钟芯片可以对年、月、日、 周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，采用串行数据传输，采用普 通 32.768khz 晶振。通过外设键盘可以设置、修改时间并在液晶显示器上准确 显示实时时钟。ds18b20 温度传感器将环境温度显示在液晶显示器上。系统框 图及系统整体原理图如图 3.1 所示。 图图3.1 系统结构图系统结构图 3.1.1 最小系统模块最小系统模

33、块 stc89c52 芯片共 40 引脚，18 脚是通用 i/o 接口（p1.0p1.7） ，9 脚 rst 复位键，10、11 脚 rxd 串口输入、txd 串口输出，1219 脚:p3 接口 (12,13 脚 int0 中断 0、int1 中断 1，14,15:计数脉冲 t0 t1 16,17:wr 写控制 rd 读控制 输出端) ,18,19 脚:晶振谐振器，20 脚接地线，2128 p2 接口高 8 位地址总线 29: psen 片外 rom 选通端，单片机对片外 rom 操作时 29 脚(psen)输出低电平 30:ale/prog 地址锁存器 31:ea rom 取指令控制器，电源

34、+5v1。单片机最小系 统如图 3.2 所示。 3.1.2 红外接收模块红外接收模块 热释电红外传感器功能如下： （1）全自动感应：当有人进入其感应范围则输入高电平，人离开感应范围则自 动延时关闭高电平，输出低电平。 （2）光敏控制：模块预留有位置，可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。 （3）两种触发方式：l 不可重复，h 可重复。 a.不可重复触发方式：即感应输出高电平后，延时时间一结束，输出将自 动从高电平变为低电平。 b.可重复触发方式： 即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人 体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高 电平变为低电平(感应模块检测到人

35、体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间 段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。 （4）具有感应封锁时间(默认设置：3-4 秒)：感应模块在每一次感应输出后 (高电平变为低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不 接收任何感应信号。此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工 作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各 种干扰。 (5)工作电压范围宽：默认工作电压 dc5v 至 20v。 (6)微功耗：静态电流 65 微安，特别适合干电池供电的电器产品。 (7)输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接。 图图 3.23.2 单片机最小

36、系统单片机最小系统 3.1.3 温度传感器模块温度传感器模块 通过温度传感器（如图 3.4）采集当前的温度信息，送到核心控制设备 中，由其 mcu 进行分析，通过与预设值的对比，决定控温设备的开关，使 室温保持在一个恒定的范围。同时为了方便控制， mcu 会将采集到的温度 值发送到 lcd1602 液晶屏上显示出来。 图图 3.43.4 温度传感器温度传感器 ds18b20ds18b20 ds18b20 芯片与单片机的接口如图 3.5 所示。 图图 3.5 ds18b20 芯片与单片机的接口电路芯片与单片机的接口电路 图图 3.6 ds18b20 与单片机的连接电路与单片机的连接电路 图图 3

37、.33.3 红外接收模块红外接收模块 如图 3.6 所示，ds18b20 只需要接到控制器(单片机)的一个 i/o 口上，由于 单总线为开漏所以需要外接一个 4.7k 的上拉电阻如要采用寄生工作方式，只要 将 vdd 电源引脚与单总线并联，即可在程序设计中，寄生工作方式将会对总 线的状态有一些特殊的要求。 ds18b20 温度传感器的特点如下： （1）在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与 ds18b20 的双向 通讯。 （2）测温范围 55125，固有测温分辨率 0.5。 （3）支持多点组网功能，多个 ds18b20 可以并联在唯一的三线上，最多只能 联 8 个，如果数量过多，会

38、使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定， 实现多点测温。 （4）工作电源: 35v/dc。 （5）在使用中不需要任何外围元件。 （6）测量结果以 912 位数字量方式串行传送。 图图 3.73.7 温度传感器模块温度传感器模块 3. 1.4 lcd模块模块 显示模块采用 lcd1602 与 8051 系列模拟口线方式如图 3.8 所示。 图图 3.8 与与 8051 系列模拟口线方式系列模拟口线方式 lcd1602 能够同时显示 16x02 即 32 个字符。 （16 列 2 行）在本次设计中， 第一行为提示信息，第二行为数据信息其引脚功能如下： 第 1 脚：vss 为电源地。 第 2

39、脚：vdd 接 5v 电源正极。 第 3 脚：v0 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地 电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影” ，使用时通过一个 10k 的电 位器调整对比度） 。 第 4 脚：rs 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选 择指令寄存器。 第 5 脚：rw 为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，低电平(0)时进行写 操作。 第 6 脚：e(或 en)端为使能(enable)端。 第 714 脚：d0d7 为 8 位双向数据端。 第 1516 脚：空脚或背灯电源。15 脚背光正极，16 脚背光负极 图图 3.93.9 lcdlcd

40、模块连接方式模块连接方式 3.1.5 键盘模块键盘模块 键盘采用 4*3 矩阵键盘,键值读取方法采用扫描法，端口使用 p3 口，其中 p3.1p3.3 做行线，p3.4p3.7 做列线，在对行、列扫描之前，先会扫描整个 p3 口，当读到有键按下才，会去具体扫描行与列。 3.1.6 ds1302 时钟芯片：时钟芯片： 电路原理图如图 3.11，ds1302 与单片机的连接仅需要 3 条线：ce 引脚、 sclk 串行时钟引脚、i/o 串行数据引脚，vcc2 为备用电源，外接 32.768khz 晶振，为芯片提供计时脉冲。 图图 3.103.10 键盘模块连接电路键盘模块连接电路 图图 3.11

41、电路原理图电路原理图 图图 3.12 硬件原理图硬件原理图 程序流程图如图 3.13 所示。 图图 3.13 ds1302 软件流程图软件流程图 图图 3.14 时钟芯片模块时钟芯片模块 3.1.7 整体原理图整体原理图 系统主控芯片采用 89c52 单片机来实现，利用 ds1302 时钟芯片对年、月、 日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，采用串行数据传输，采 用普通 32.768khz 晶振。通过外设键盘可以设置、修改时间并在液晶显示器上 准确显示实时时钟。ds18b20 温度传感器将环境温度显示在液晶显示器上。系 统整体原理图如图 3.15 所示。 图图 3.153.15 系统

42、整体原理图系统整体原理图 3.2 软件设计软件设计 keil c51 是美国 keil software 公司出品的 51 系列兼容单片机 c 语言软件 开发系统，与汇编相比，c 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明 显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用 c 来开发，体会更加深刻。 它是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一，它支持众多不同公司的 mcs51 架构的芯片，它集编辑，编译，仿真等于一体，同时还支持，plm， 汇编和 c 语言的程序设计，它的界面和常用的微软 vc+的界面相似，界面友 好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此很多开发 51 应用的

43、工程师或普通的单片机爱好者，都对它十分喜欢。 3.2.13.2.1 keilkeil uvision2uvision2 新建项目与编辑新建项目与编辑 （1）点击 project 菜单，选择弹出的下拉式菜单中的 new project，如图 3.16。 接着弹出一个标准 windows 文件对话窗口，如图 3.17，在“文件名”中输入 c 程序项目名称， “保存”后的文件扩展名为 uv2，这是 keil uvision2 项目文 件扩展名 图图 3.163.16 projectproject 菜单 图图 3.173.17 保存对话框保存对话框 （2）选择所要的单片机，这里选择常用的 ateml

44、公司的 at89c52。此时屏幕 如 3.18 所示。 完成上面步骤后，我们就可以进行程序的编写了。 图图 3.183.18 单片机选择单片机选择 （3）首先在项目中创建新的程序文件或加入旧程序文件。在 keil 中有一些 程序的 demo，点击图 3.19 中 1 的新建文件的快捷按钮，在 2 中出现一个新 的文字编辑窗口，这个操作也可以通过菜单 filenew 或快捷键 ctrl+n 来实 现。 图图 3.193.19 文件添加文件添加 图图 3.163.16 projectproject 菜单菜单 图图 3.203.20 程序文件添加程序文件添加 （4）点击图 3.19 中的 3 保存新

45、建的程序。这时会发现程序单词有了不同的 颜色，说明 keil 的 c 语法检查生效了。如图 3.20 鼠标在屏幕左边的 source group1 文件夹图标上右击弹出菜单，在这里可以做在项目中增加减少文件等操 作。我们选“add file to group source group 1 ”弹出文件窗口，选择刚刚保 存的文件，按 add 按钮，关闭文件窗，程序文件已加到项目中了。这时在 source group1 文件夹图标左边出现了一个小+号说明，文件组中有了文件，点 击它可以展开查看。 3.2.2 keil uvision2 编译与调试运行编译与调试运行 （1）图 3.21 中 1、2、3

46、 都是编译按钮，不同是 1 是用于编译单个文件。2 是编译当前项目，如果先前编译过一次之后文件没有做动编辑改动，这时再点 击是不会再次重新编译的。3 是重新编译，每点击一次均会再次编译链接一次， 不管程序是否有改动。6 是有一个小放大镜的按钮，这就是开启关闭调试模式 的按钮，它也存在于菜单 debugstartstop debug session，快捷键为 ctrl+f5。 图图 3.213.21 编译按钮编译按钮 (2)进入调试模式，软件窗口样式大致如图 3.22 所示。图中 1 为运行，当程序 处于停止状态时才有效，2 为停止，程序处于运行状态时才有效。3 是复位， 模拟芯片的复位，程序回

47、到最开头处执行。按 4 我们可以打开 5 中的串行调 试窗口，这个窗口我们可以看到从 51 芯片的串行口输入输出的字符，这里的 项目也正是在这里看运行结果。 图图 3.223.22 调试模式调试模式 3.2.3 软件设计程序流程图软件设计程序流程图 软件设计由时钟模块、传感器信号处理模块、键盘控制模块、报警模块等 组成，主程序按预先设定的优先顺序调用各子程序，实现系统的控制功能。键 盘模块程序通过扫描行和列实现，依次执行相应的显示程序、控制输出、报警 子程序等。 （1） 主程序设计 主程序按预先设定的优先顺序调用各子程序，实现系统的控制功能，其框 图如图 3.23 所示。 图图 3.23 主程

48、序框图主程序框图 （2） 键盘子程序设计 键盘模块程序根据扫描码分别执行预设数据子程序，其流程图如图3.24所 示。 否 是 是 是 是 是 是 是 是 是 图图3.24 键盘子程序流程图键盘子程序流程图 开 始 停定时器 s1num 加一 s1num=1s1num=2s1num=3s1num=4s1num=5s1sum=6 s1 按下 s2 按下 s3 按下 s1num=7 加一 减一 s1num 清零 启动定时器 结束 秒光标闪烁分光标闪烁时光标闪烁日光标闪烁月光标闪烁年光标闪烁 3.2.4软件设计程序代码及分析软件设计程序代码及分析 （1）主程序： #include #include #

49、include #include /液晶显示模块 #include /时钟电路模块 #include /温度传感器 #include /键盘 void main() /system_init(); init1602(); /液晶初始化 init1302(); /时钟初始化 while(1) /1302 gettime(); /ds1302读取时间 /18b20 gemtemp(); /18b20温度传感器获取温度 /键盘 get_key(); /键盘更改显示时间 tem=dispaly2*10+dispaly1; if(tem=30) beep=0; else beep=1; if (pyr=

50、1) led=0; else led=1; （2）液晶显示子程序 void write_com(uchar com) /写命令 rs=0; /rs=0写命令 p0=com; delay(1); lcde=1; delay(1); lcde=0; void write_data(uchar date) rs=1; /rs=1写数据 p0=date; delay(1); lcde=1; delay(1); lcde=0; void init1602() /液晶初始化 rw=0; write_com(0 x38); /设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口 write_com(0 x0c); /

51、开显示，不显示光标 write_com(0 x06); /当读或写一个字符后地址指针加一，且光标加 一 write_com(0 x01); /显示清屏 write_com(0 x80+0 x10); /设置数据地址指针 for(num=0;num15;num+) write_data(tablenum); write_com(0 x80+0 x50); for(num=0;num16;num+) write_data(table1num); for(num=0;num16;num+) write_com(0 x18); delay(10); 4. .系统测试系统测试 4.1设计效果设计效果 接

52、通电源，液晶显示器上显示初始设定时间，按年、月、日、星期、上午 （a） 、下午（p） 、时、分、秒格式显示，通过键盘上的模式键（m）可以暂停 时间并可以通过数字键来重新设定时间，启动以后按设定的时间开始计时。温 度传感器将环境温度显示在液晶显示器上，如果超过设定值，就报警蜂鸣器响， 当有人经过时，led 灯会亮。 4.2 测试过程以及产生的误差测试过程以及产生的误差 4.2.1 测试过程测试过程 p0 接液晶，p2.5-p2.7 接 rw,rs,lcden,ds1302 时钟芯片接 p3.4-p3.6，温 度传感器 18b20 单总线协议，接 p1.4，温度高于一定值，蜂鸣器响，蜂鸣器接 的

53、p2.0，热释电传感器接的 p2.1，有人经过时输出高电平，led 点亮，led 接 p1.7，矩阵键盘接 p3.1p3.7,三行四列，第一行四个是 1 2 3 和设定键（m）第 二行是 4 5 6 0 第三行是 7 8 9 最后一个没用，液晶显示年月日星期时分秒和温 度，按一下设定键（m）调整秒，再按一下调分钟再按调小时，以此类推，等 年调完再按一下时钟就正常走了。 4.2.2 产生的误差产生的误差 （1）在液晶显示器上显示的 ds18b20 温度传感器测得的温度与用一般温度计 测得的实际环境温度有 0.5c 的误差，测得的温度比环境温度高 0.5。 （2）液晶上显示的时间，设定好后，走一小

54、时之后显示的时间与北京时间相差 3 秒，比北京时间慢 3 秒钟。 4.3调试错误及处理情况调试错误及处理情况 开始调试时发现键盘抖动情况出现比较频繁，致使通过键盘更改时间时液 晶显示不稳定，不能显示设定的时间，然后通过调试发现没有进行键盘消抖处 理，通过延时消抖解决了这一问题。 5 5 结论与展望结论与展望 5.1 结论结论 经过几个月的毕业设计，终于完成了我的基于单片机的智能家居控制系统 的设计，虽然有部分功能尚未实现不能达到设计要求，但总体上完成了一个从 硬件到软件完整的设计流程。 在这次毕业设计过程中，我按照毕业设计任务书的要求，查询有关资料， 制定并确定设计方案，设计硬件电路，进行软件

55、编程和系统调试。本设计的软 硬件设计过程中遇到了多处困难，在老师的指导和自己的努力下都一一克服， 最终实现了任务书的要求。本次设计中有一些不足，比如没有做 pcb 板，只是 在开发板上调试、演示。 通过本次设计，我发现了自己存在很多不足，虽然以前还做过这样的设计 但这次设计真的让我长进了很多，一个真正的嵌入式工程师，不仅要技术好而 且要有很好的想象力与前瞻性，能够适应日夜变化的生活需要，我真真正正的 意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际 当中，学习嵌入式更是如此，技术只有在经常的实际运用过程中才能提高，这 就是我在这次毕业设计中的最大收获。 5.2 展望展望 2

56、1 世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大 进步。智能家居的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地 点对家中的任意电器进行远程控制。也可以在下班途中，预先将家中的空调打 开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭而这一切的实现都 仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭 具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情， 您和 110 可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适的家居生活是进 步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、 灯光、电源、家庭环境进行方便地控制，使人们尽享智能化带来的简便而时尚 的