智能家居设计毕业设计

1、毕 业 论 文题 目： 智能家居设计 智能家居设计 摘 要：近几年，在各大公司和媒体的强大概念宣传攻势下，智能家居行业逐渐形成，可用的、接近现实需求的产品不断增加，集成商、开发商以及装修公司已经积累了很多经验。如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当前社会一个热点问题。而国家政府机构及各大信息家电生产厂商不失时机地开展了中国智能家庭网络的标准化制定工作，为中国智能家居的发展提供了一个开放的标准化平台，指明了智能家居研究领域正确的发展方向。但是，此行业仍存在几个问题。首先，定位偏高，目前智能家居的用户是中上档次的人群，而这类人群毕竟是少数，因此降低定位，让智能家居进入寻常百姓家，可扩大市

2、场范围；其次，切实分析用户需求，否则就只是房地产开发商售楼时一个宣传卖点。本文简单介绍了智能家居国内外的发展趋势，主要产品及其技术原理，特点，设计规范，应用领域等。III 计算机科学与技术系毕业设计目 录1 前言 ································&

3、#183;···································1 1.1 智能家居概念············&

4、#183;············································1 1.2 智能家居的发展现状··

5、3;················································1 1.3 智能家居

6、的市场潜力·················································&

7、#183;· 1 1.4 智能家居的未来发展方向·············································&

8、#183;· 12 总体方案的确定··············································&#

9、183;············2 2.1 设计任务···································

10、3;·····················2 2.2 方案介绍···························

11、·························· 32.3 系统实现和原理分析·····················

12、83;·····························32.3 方案特点3 各部分设计说明·················

13、83;········································7 3.1 单片机部分·······

14、3;·················································

15、3;19 3.2 遥控部分················································

16、;·············7 3.3 电源部分···································&

17、#183;························10 3.4 液晶显示部分·······················

18、·································13 3.5 温度传感部分···············

19、;·········································17 3.6 房间灯部分·······

20、;··················································

21、;·194 硬件电路设计···············································&

22、#183;············5 制作、调试与分析···································

23、83;·····················20 5.1 系统PCB板的设计··························

24、;··························5.2 系统硬件调试······················&

25、#183;···································5.3 系统软件调试············

26、83;·····································6 结论 ···········

27、3;·················································

28、3;·····21致谢············································

29、··························22参考文献·······················

30、··········································· 23附录 程序清单·····&#

31、183;·················································&#

32、183;···· 25智能家居设计1 前言1.1 智能家居概念智能家居(Smart Hom e)是以家为平台，兼备建筑、自动化， 智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的家居环境。家居智能化技术起源于美国，随着网络技术的发展 ，特别是无线网络的发展，网络化智能家居系统可提供遥控、家电、空调，热水器等控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。1.2 智能家居的发展现状家居智能化技术起源于80年代美国和日本，它是以家为平台进行设计的。目前在国内大多数智能家居化系统都应用

33、在高档住宅和高档别墅，因此应用在普通家庭还具有很大的开发价值。智能家居进人中国发展已有近十年的时间，随着人们从陌生到熟悉，从误解到理解，智能家居的发展道路可谓非常坎坷。它经过了早期的概念普及期到现在开始进入快速的发展期。1.3智能家居的市场潜力随着计算机技术和通信技术的飞速发展，人类的生活水平有着日新月异的变化，“以人为本、舒适、便利、智能化“已成为家居系统的重要设计理念，家居智能化控制系统力求创造安全、舒适的生活环境的设计理念，成为当今众多开发商高度关注的卖点之一。以计算机技术和网络技术为基础，各种家电通过不同的互连方式进行通信及数据交换，实现家用电器之间的“互联互通”，使人们足不出户就可以

34、更加方便快捷地获取信息，目前数字家庭极大的提高人类居住的舒适性和娱乐性。1.4智能家居的未来发展方向智能家居是具有充满智慧的控制系统 ，可提供全方位的信息交互功能，优化人们的生活方式，提高家居的安全性，节约各种能源费用。智能家居怎样做到实用、易用、人性化，真正提高人们的生活品质，才是智能家居的发展方向。实用为本，才是智能家居的发展方向。2总体方案的确定2.1 设计任务本设计属于单片机应用系统。确定单片机控制系统总体方案，是进行系统设计最重要、最关键的一步。总体方案的好坏，直接影响整个控制系统的性能及实施细则。总体方案的设计主要是根据被控对象的任务及工艺要求而确定的。本文利用51系列单片机、无线

35、单片机NRF24l01和各类家居传感器设计制作一款智能家居控制系统样机。实验样机的设计包括：系统硬件的设计与调试和控制软件的编写与调试。(1)硬件部分智能家居控制系统其硬件部分主要由五大部分构成，即遥控部分、温度传感部分、液晶显示部分、单片机部分和电源部分。遥控部分由无线单片机NRF24L01模块完成主机与从机之间的信号的处理和发送；温度传感器数据完成对周围环境温度进行监测采集；液晶显示对主机的指令和温度大小等进行显示；单片机部分完成各个部分的连接和控制，是整个系统电路的核心；电源部分则为各个部分提供工作电源。(2)软件部分软件设计部分主要由五大部分构成：即NRF24l01模块程序编程、温度传

36、感器DS18B20程序编程、液晶显示部分编程。2.2 方案介绍无线单片机nrf24l01具有成本低、功耗低、传输速率高、软件设计简单以及通信稳定可靠等特点, 使用nRF24L01芯片进行无线数据通信时不需要进行曼彻斯特编码，编程和应用非常方便.设计。本系统围绕无线单片机nrf24l01原理进行设计，本设计分三个大部分：两个发射部分和一个接收部分，每个部分分为两大模块，分别是单片机模块和nrf24l01模块。NRF24l01模块单片机键盘系统框图如下：发射模块：I/O口I/O口液晶显示接收模块1执行相应动作作单片机I/O口NRF24l01模块 接收模块2执行相应动作单片机I/O口NRF24l01

37、模块2.3系统实现和原理分析：本系统实现了两从机与一主机之间的通信。当电路进入正常工作时，接收部分进入实时监测状态，当某一用户按下某一控制信号，接收部分的led灯和液晶显示执行相应的动作告知接收者这一用户所执行的动作。nrf24l01采用ShockBurstTm Mode完成数据的发送和接收。下面具体介绍发送和接收的软件编程：ShockBurstTM发送，发送模式的过程为: 1)配置寄存器位PRIM_RX 为低; 2)当MCU 有数据要发送时，接收节点地址和有效数据通过SPI接口写入nRF24LO1.当CSN 为低时发送数据被不断地写入; 3)设置CE 为高，启动发射.CE 高电平持续时间最小

38、为10 ps; 4)启动内部16 MHz时钟，MCU 设置发送速度为1M或2 Mbps，无线发送数据; 5)若启动了自动应答模式，nRF24LO1 立即进入接收模式;6)如果CE 置低，则系统进入待机模式.基于此原理设计出以下发射程序：SPI_Write_Buf(WRITE_REG + TX_ADDR, TX_ADDRESS, TX_ADR_WIDTH); / 写本地地址SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, RX_ADDRESS, RX_ADR_WIDTH); / 写接收端地址SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x03); / 频

39、道0和频道1自动ACK应答允许SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x03); / 允许接收地址只有频道0和频道1SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 40); / 设置信道工作为2.4GHZ，收发必须一致SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P0, RX_PLOAD_WIDTH); /设置接收数据长度，本次设置为2字节SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07); /设置发射速率为1MHZ，发射功率为最大值0dBSPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0e);

40、/ IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主发送接收模式和发送模式的设置过程大概相同，具体过程为: 1)配置寄存器位:PRIM_ RX为高; 2)打开所使用的接收数据通道，自动应答功能，有效数据宽度由设置; 3)设置CE 为高启动接收模式; 4)130s后nRF24LD1开始检测空中信息; 5)接收到有效的数据包后，数据存储在RX_ FIFO中，同时RX_ DR 位置高; 6)如果启动自动应答功能，则发送应答信号;7) MCU 设置CE 脚为低，进人待机模式. 基于此原理设计出以下程序：SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P0, TX_ADDRESS, TX_A

41、DR_WIDTH); /写接收通道0的接收地址，与发送地址相同SPI_Write_Buf(WRITE_REG + RX_ADDR_P1, RX_ADDRESS1, TX_ADR_WIDTH);/写接收通道1的接收地址，与发送地址相同SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_AA, 0x03); /频道0和1自动ACK应答允许SPI_RW_Reg(WRITE_REG + EN_RXADDR, 0x03); /允许接收地址只有频道0和1SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_CH, 40); /设置信道工作为2.4GHZ，收发必须一致SPI_RW_Reg(WRITE_REG

42、+ RX_PW_P0, TX_PLOAD_WIDTH); /设置接收数据长度，本次设置为2字节SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RX_PW_P1, TX_PLOAD_WIDTH); /设置接收数据长度，本次设置为2字节SPI_RW_Reg(WRITE_REG + RF_SETUP, 0x07); /设置发射速率为1MHZ，发射功率为最大值0dBSPI_RW_Reg(WRITE_REG + CONFIG, 0x0f); / IRQ收发完成中断响应，16位CRC，主接收2.4 方案特点：l 系统电路简单l 操作方便 l 能实现多模块扩展 l 实现多模块同时进行智能控制3 各部分设计说明

43、3.1 单片机部分单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。通常，单片机由单个集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的多功能化，以及低电压、低功耗。可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时

44、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PC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。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。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，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技

45、术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。它主要是作为控制部分的核心部件。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与

46、智能化控制的科学家、工程师。STC89C52芯片主要功能列举如下：1、为一般控制应用的 8 位单片机2、晶片内部具有时钟振荡器（传统最高工作频率可至 33MHz）3、内部程式存储器（ROM）为 4KB4、内部数据存储器（RAM）为 128B5、外部程序存储器可扩充至 64KB6、外部数据存储器可扩充至 64KB7、32 条双向输入输出线，且每条均 可以单独做 I/O 的控制8、5 个中断向量源9、2 组独立的 16 位定时器10、1 个全双工串行通信端口11、8751 及 8752 单芯片具有数据保密的功能12、单芯片提供位逻辑运算指令STC89C52各引脚功能介绍：如图3图3 STC89C5

47、2VCC：STC89C52电源正端输入，接+5V。VSS：电源地端。XTAL1：单芯片系统时钟的反向放大器输入端。XTAL2：系统时钟的反向放大器输出端，一般在设计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动作了，此外可以在两个引脚与地之间加入一个 20PF 的小电容，可以使系统更稳定， 避免噪声干扰而死机。 RESET：STC89C52的重置引脚，高电平动作，当要对晶片重置时，只要对此引脚电平提升至高电平并保持两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统重置的各项动作，使得内部特殊功能寄存器之内容均被设成已知状态，并且至地址0000H处开始读入程序代码而执行

48、程序。EA/Vpp："EA"为英文"External Access"的缩写，表示存取外部程序代码之意，低电平动作，也就是说当此引脚接低电平后，系统会取用外部的程序代码（存于外部EPROM中）来执行程序。因此在8031及8032中，EA引脚必须接低电平，因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 8751 内部程序空间时，此引脚要接成高电平。此外，在将程序代码烧录至8751内部EPROM时，可以利用此引脚来输入21V的烧录高压（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文"Address Latch Enable"的缩写，表示地址锁存器启用信号

49、。ATAT89S51可以利用这个引脚来触发外部的8位锁存器（如74LS373），将端口0的地址总线（A0A7）锁进锁存器中，因为ATAT89S51是以多工的方式送出地址及数据。平时在程序执行时ALE引脚的输出频率约是系统工作频率的1/6，因此可以用来驱动其他周边晶片的时基输入。此外在烧录8751程序代码时，此引脚会被当成程序规划的特殊功能来使用。PSEN：此为"Program Store Enable"的缩写，其意为程序储存启用，当8051被设成为读取外部程序代码工作模式时（EA=0），会送出此信号以便取得程序代码，通常这支脚是接到EPROM的OE脚。STC89C52可以利

50、用PSEN及RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一个8位宽的开路电极（Open Drain）双向输出入端口，共有8个位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此类推。其他三个I/O端口（P1、P2、P3）则不具有此电路组态，而是内部有一提升电路，P0在当作I/O用时可以推动8个LS的TTL负载。如果当EA引脚为低电平时（即取用外部程序代码或数据存储器），P0就以多工方式提供地址总线（A0A7）及数据总线（D0D7）。设计者必须外加一个锁存器将端口0送出的地址锁住成为A0A7，再配合

51、端口2所送出的A8A15合成一组完整的16位地址总线，而定位地址到64K的外部存储器空间。PORT2（P2.0P2.7）：端口2是具有内部提升电路的双向I/O端口，每一个引脚可以推动4个LS的TTL负载，若将端口2的输出设为高电平时，此端口便能当成输入端口来使用。P2除了当作一般I/O端口使用外，若是在STC89C52扩充外接程序存储器或数据存储器时，也提供地址总线的高字节A8A15，这个时候P2便不能当作I/O来使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个LS TTL负载，同样地，若将端口1的输出设为高电平，便是由此端口来输入数

52、据。如果是使用8052或是8032的话，P1.0又当作定时器2的外部脉冲输入脚，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中断输入的触发引脚。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有内部提升电路的双向I/O端口，其输出缓冲器可以推动4个TTL负载，同时还多工具有其他的额外特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能。其引脚分配如下：P3.0：RXD，串行通信输入。P3.1：TXD，串行通信输出。P3.2：INT0，外部中断0输入。P3.3：INT1，外部中断1输入。P3.4：T0，计时计数器0输入。P3.5：T1，计时计数器1输入。P3.6：W

53、R：外部数据存储器的写入信号。P3.7：RD，外部数据存储器的读取信号。3.2 遥控部分1、NRF24L01无线单片机模块介绍遥控部分主要由NRF24L01无线单片机模块完成，NRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,在以-6 dBm的功率发射时，工作电流也只有9 mA;接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。(1)2.4Ghz

54、全球开放 ISM 频段免许可证使用(2)最高工作速率2Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合(3)126频道，满足多点通信和跳频通信需要(4)内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制(5)低功耗1.9-3.6V工作，待机模式下状态为22uA；掉电模式下为900nA(6)内置 2.4Ghz 天线，体积小巧 15mmX29mm(7)模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据（提供中断指示)，可直接接各种单片机使用，软件编程非常方便(8)内置专门稳压电路，使用各种电源包括DC/DC开关电源均有很好的通信效果(9)1.27MM间距接口，贴片封装(10)工作于Enhance

55、dShockBurst具有Automaticpackethandling,Autopackettransactionhandling,具有可选的内置包应答机制，极大的降低丢包率。(11) 与 51 系列单片机 P0 口连接时候，需要加 10K 的上拉电阻,与其余口连接不需要。(12)其他系列的单片机，如果是5V的，请参考该系列单片机IO口输出电流大小，如果超过10mA，需要串联电阻分压，否则容易烧毁模块 ! 如果是 3.3V 的，可以直接和 RF24l01 模块的 IO 口线连接。比如 AVR 系列单片机如果是 5V 的，一般串接 2K 的电阻2、接口电路说明：（1）VCC脚接电压范围为1.9

56、V3.6V之间，不能在这个区间之外，超过 3.6V 将会烧毁模块。推荐电压 3.3V 左右。(2)除电源 VCC 和接地端，其余脚都可以直接和普通的 5V单片机 I/O口直接相连，无需电平转换。当然对3V左右的单片机更加适用了。(3)硬件上面没有SPI的单片机也可以控制本模块，用普通单片机I/O口模拟SPI不需要单片机真正的串口介入，只需要普通的单片机IO口就可以了，当然用串口也可以了。3、模块结构和引脚说明NRF24L01 模块使用 Nordic 公司的 nRF24L01 芯片开发而成。4、NRF24l01工作方式NRF24l01有工作模式有四种：收发模式配置模式空闲模式关机模式工作模式由

57、PWR_UPregister 、 PRIM_RXregister 和 CE 决定。详见下表5、 配置 NRF24L01 模块 NRF2401 的所有配置工作都是通过 SPI 完成，共有30 字节的配置字。NRF24L01 工作于 Enhanced ShockBurstTM 收发模式，这种工作模式下，系统的程序编制会更加简单，并且稳定性也会更高，因此，下文着重介绍NewMsg_RF24L01配置为 EnhancedShockBurstTM 收发模式的器件配置方法。ShockBurstTM 的配置字使 NewMsg_RF24L01 能够处理射频协议，在配置完成后，在 NewMsg_RF24L01

58、工作的过程中，只需改变其最低一个字节中的内容，以实现接收模式和发送模式之间切换。 ShockBurstTM 的配置字可以分为以下四个部分：数据宽度：声明射频数据包中数据占用的位数。这使得 NRF24L01 能够区分接收数据包中的数据和 CRC 校验码；地址宽度：声明射频数据包中地址占用的位数。这使得 NRF24L01 能够区分地址和数据； 地址：接收数据的地址，有通道 0 到通道 5 的地址； CRC：使 NRF24L01 能够生成 CRC 校验码和解码。当使用 NRF24L01 片内的 CRC 技术时，要确保在配置字(CONFIG的EN_CRC)中 CRC 校验被使能，并且发送和接收使用相同

59、的协议。 NRF24L01 配置字的 CONFIG 寄存器的位描述如下表所示。3.3 电源部分NRF24l01模块在1.9V to 3.6V低电压工作，所以本设计采用了AM1117-3.3稳压管将USB的5V电源转化为3V左右的电源给NRF24l01供电。1、AM1117-3.3稳压管介绍AM1117-3.3是一个低漏失电压调整器，它的稳压调整管是由一个 PNP 驱动的 NPN 管组成的，漏失电压定义为：V DROP  = V BE + V SAT 。有固定和可调两个版本可用，输出电压可以是：1.2V、1.5V 、1.8V、2.5V 、3.3V 和 5.0V 。片

60、内过热切断电路提供了过载和过热保护，以防环境温度造成过高的结温。为了确保的稳定性，对可调电压版本，输出需要连接一个至少 22F 的钽电容。对于固定电压版本，可采用更小的电容，具体可以根据实际应用确定。通常，线性调整器的稳定性随着输出电流增加而降低。2、电源电路设计固定输出3.3V:3.4 液晶显示部分 液晶显示部分采用工业字符型液晶1602，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行） 1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，其中：引脚符号功能说明1VSS一般接地2

61、VDD接电源（+5V）3V0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”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。4RSRS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。5R/WR/W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。6EE(或EN)端为使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三态、 双向数据总线 0位（最低位）8DB1底4位三态、 双向数据总线 1位9DB2底4位三态、 双向数据总线 2位10DB3底4位三态、 双向数据总线 3位11DB4高4位三态、 双向数据总线 4位12

62、DB5高4位三态、 双向数据总线 5位13DB6高4位三态、 双向数据总线 6位14DB7高4位三态、 双向数据总线 7位（最高位）（也是busy flag）15BLA背光电源正极16BLK背光 电源负极寄存器选择控制表RSR/W操作说明00写入指令寄存器（清除屏等）01读busy flag（DB7），以及读取位址计数器（DB0DB6）值10写入数据寄存器（显示各字型等）11从数据寄存器读取数据注：关于E=H脉冲开始时初始化E为0，然后置E为1，再清0，busy flag（DB7）：在此位为被清除为0时，LCD将无法再处理其他的指令要求。3.5 温度传感器部分 温度传感器采用DS18B20温度

63、传感器。 1、DS18B20的主要特性（1）、适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电。（2）、独特的单线接口方式，DS18B20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（3）、 DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温（4）、DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部 传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内（5）、温范围55125，在-10+85时精度为±0.5 （6）、可编程 的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125

64、和0.0625，可实现高精度测温（7）、在9位分辨率时最多在 93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快（8）、测量结果直接输出数字温度信号，以"一 线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力（9）、负压特性：电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁， 但不能正常工作。 2、DS18B20的外形及管脚排列（如下图1）  (1)DQ为数字信号输入/输出端； (2)GND为电源地；(3)VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。图1：3、DS18B20的内部结构图（

65、如图2）DS18B20的外形和内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。图2：4、DS18B20工作原理DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对 低温度

66、系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。图3：5、DS18B20的电路设计 3.6 房间灯设计4 智能家居硬件电路图5 制作、调试与分析5.1 系统PCB板的设计PCB即印刷电路板，是电子电路的承载体。在现代电子产品中，几乎都要使用PCB。PCB板的设计是电路设计的最后一个环节，也是对原理

67、电路的再设计。因此PCB板的设计是理论设计到实际应用一个十分重要的内容。印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件它提供电路元件和器件之间的电气连接。PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大因此，在进行PCB设计时必须遵守印制电路板设计原则和抗干扰措施的一般原则，并应符合抗干扰设计的要求。本次设计采用Altium公司PROTEL系列设计完成SCH到PCB的设计，并且手工完成电路焊接以及整机的装配。5.2 系统硬件调试本系统的硬件调试分为以下阶段进行调试： (1)逻辑错误调试样机硬件的逻辑错误是由于设计错误和加工过程中的工艺性错误所造成的。这类错误包括：错线、开路、短路等几种，其中短路是

68、最常见的故障。(2)器件调试元器件失效的原因有两个方面：一是器件本身已损坏或性能不符合要求；二是由于组装错误造成的元器件失效，如电解电容、二极管的极性错误，集成块安装方向错误等。(3)可靠性调试引起系统不可靠的因素很多，如金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时坏；内部和外部的干扰、电源纹波系数过大、器件负载过大等造成逻辑电平不稳定；另外，走线和布局的不合理等也会引起系统可靠性差。(4)电源故障若样机中存在电源故障，则加电后将造成器件损坏。电源的故障包括：电压值不符合设计要求，电源引出线和插座不对应，电源功率不足、负载能力差。在本次调试中，由于实验板中NRF24L01是用两节1.5V干电池供电，成功实现点对点通信，但是一段时间之后发现发射信息和接收信息不能同步，于是反复更改程序，仍然不行，最后更换电池之后，发现又能成功对应。应对策略：用AM1117 3.3稳压管将USB 5V电源转换为稳定的3.3V电源给NRF24L01供电，解决问题。结论：NRF24L01供电不稳定会造成发送接收信息不稳定。5.3软件调试我们采用的是Keil Software生产的Cx51编译器。运行在Windows XP操作平台下。 开启计算机进入Ke