家居智能总线式开关系统 智能家居系统论文Word下载.docx
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4.1软件组成及结构………………………………………………………37
4.1.1主机程序流程………………………………………………………37
4.1.2分机程序流程………………………………………………………38
4.2用普通I/O口控制MT8880的软件实现……………………………39
4.2.1MT8880初始化子程序………………………………………………39
4.2.2MT8880数据发送子程序……………………………………………41
4.2.3MT8880数据接收子程序……………………………………………42
4.2.4红外遥控开关程序…………………………………………………44
第5章毕业设计小结…………………………………………………………48
第6章参考文献………………………………………………………………49
【摘要：
】
【关键字：
红外线，AT89C51，总线，双音多频DTFM,MT8
1.1课题简介
智能家居的主体在于家庭自动化，将来家庭自动化的主体是家电、照明等电气设备的控制。
家庭自动化系统能够通过集中或者分布式控制家庭内部照明或者家电，住户可以通过网络或者电话远程控制家庭内部设备。
家居自动化系统是将来智能家居的主要发展方向。
从智能家居所包含的内容来看，智能总线式开关就适应了这一需求。
本次设计以采用AT89C51实现的红外遥控和智能总线式开关来制作一个家居智能总线式开关控制系统，用遥控器代替机械式开关,来控制家庭内部照明，实现任何一个房间能控制任何房间的用电设备，并能指示任何房间的灯的状态。
整个系统采用总线式连接，总线形式为四总线，两根信号线，一根电源线，一根地线。
采用主从式结构，一个主机，最多八个分机，如有特殊需要，还可扩展。
1.2系统功能要求
为实现家居智能化，家庭内部照明或者其他家电的开关，需要集中或者分布式控制，有时还需要通过网络或者电话远程控制。
从市场需求出介绍的智能总线式开关具有如下功能和特点：
·
任何一个房间能控制任何房间的用电设备，并用发光二极管能指示任何房间的灯的状态。
发光二极管亮代表此房间灯亮，发光二极管灭代表此房间灯灭。
整个系统必须采用总线式连接，总线形式为四总线，两根信号线，一根电源线，一根地线。
采用主从式结构，一个主机，最多8个分机，如有特殊需要，还可扩展。
采用DTMF（双音多频）方式通信，通信可靠，通信距离长。
系统是集中提供电源，抗干扰性强。
加上电话线接口模块后，可实现拨电话开灯或开空调的功能，即基于公用电话网的远程开关。
2.1方案论证与选择
方案一：
无线遥控
智能总线式开关
方案二：
采用PT2262/PT2272实现的红外遥控
方案三：
采用AT89C51实现的红外遥控
方案论述
方案一:
无线遥控由遥控发射机和遥控接受机两大部分组成.如图一所示为无线遥控发射机示意图.图二所示为无线遥控接受机示意图.
ANT电磁波
图一发射机示意图
ANT
图二接收机示意图
早期的发射机较多使用LC振荡器,频率漂移较为严重.声表器件的出现解决了这一问题,其频率稳定性与晶振大体相同,而其基频可达几百兆甚至上千兆赫兹.无须倍频,与晶振相比电路极其简单.图三和图四所示为两种常见的发射机电路,由于使用了声表器件,电路工作非常稳定,即使手抓天线,声表器件或电路其他部位,发射频率均不会漂移.图2-1和图2-2相比,图2-2所示电路的发射功率更大一些.作用距离可达150米以上.
图2-1发射机电路
图2-2发射机电路
接受机可使用超再生电路或超外差电路,超再生电路成本低,功耗小,电流只需100uA左右,超载生电路的零敏度可调.但是,超载生电路的工作稳定性比较差,选择性差,从而降低了抗干扰能力.
超外差电路的灵敏度和选择性都可以做得很好.因此比较常用。
1.芯片介绍
PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路PT2262/2272最多可有12位（A0~A11）三太地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0~D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出,可用于无线遥控发射电路,红外遥控发射电路.
（1）编码芯片PT2262
编码芯片PT2262发出的编码信号由:
地址码,数据码,同步码组成一个完整的码字,解码芯片PT2262接收到信号后,其地址码经过两次比较核对后,VT脚才输出高电平,与此同时相应的数据脚也输出高电平,如果发送端一直按住按键,编码芯片也会连续发射.当发射机没有按键按下时,PT2262不接通电源,其17脚为低电平,所以315MHZ的高频发射电路不工作,当有按键按下时,PT2262得电工作,其第17脚输出经调制的串行数据信号,当17脚为高电平期间,315MHZ的高频发射电路起振并发射等幅高频信号,当17脚为低平期间，315MHZ的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度控键（ASK调制）相当于调制度为100%的调幅.
1,PT2262特点
CMOS工艺制造，低功耗。
外部元器件少。
RC振荡电阻。
工作电压范围宽：
2.6V~15V。
数据最多可达6位。
地址码最多可达531441种。
2，应用范围
车辆防盗系统。
家庭防盗系统。
遥控玩具。
其他电器遥控。
3，引脚图
PT2262的引脚如图2-3所示。
4，管脚说明
PT2262的管脚说明如表所示。
说明
管脚
A0~A11
1~8，10~13
地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”,“1”,“f”（悬空）
D0~D5
7~8，10~13
数据输入端，有一个为“1”即可有编码发出，内部下拉
Vcc
18
电源正端（+）
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端
DOUT
17
编码输出端（正常时为低电平）
Vss
9
电源负端（-）
在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越低，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。
5，参数指标
PT2262的极限参数如表一所示，电气参数如表二所示。
参数
符号
参数范围
单位
电源电压
VCC
2~15.0
V
输入电压
Vi
-0.3~Vcc+0.3
输出电压
Vo
最大功耗
Pa
300
mW
工作温度
ToPr
-20~+70
度
储存温度
Tstg
-40~+125
表二PT2262的电气参数（除非特殊说明Tamb=25度Vcc=12.0V）
测试条件
最小值
典型值
最大值
2
12
电源电流
Icc
Vcc=12v振荡器停止振荡A0~A11开路
0.02
0.3
uV
Dout输出驱动电流
Ioh
Vcc=5V
Voh=3V
-3
mA
Vcc=8V
Voh=4V
-6
Vcc=12V
Voh=6V
-10
-mA
Dout输出陷电流
Iol
Vol=3v
Vol=4v
5
Vol=6v
（2）解码芯片PT2262
1,PT2262引脚图
图2-3PT2262引脚图
通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编、解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图所示。
发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；
接收部分包括光、□电转换放大器、解调、解码电路。
（a）红外遥控发射框图
（b）红外遥控接收框图
遥控开关是在通用红外遥控系统的基础上加以改进实现的。
其实质就是将红外遥控接收部分采用单片机AT89C51来控制。
即当一体化红外接收器接收到红外遥控信号后，将光信号转换成电信号，经放大、解调、滤波后，将原编码信号送入单片机AT98C51中进行信号识别、解码，然后进行相应的处理，打到控制电器的目的。
下图一所示为遥控开关的系统构成框图，图二为遥控开关的电路原理图。
图一遥控开关的系统构成框图
图二遥控开关的电路原理图
红外线遥控器的工作原理
1.红外线遥控发射器
红外线遥控器发射器包含键盘、指令编码器和红外发光二极管LED等部分组成。
当按下键盘的不同按键时，通过编码器产生与之相应的特定的二进制脉冲码信号。
将此二进制脉冲码信号先调制在38KHZ的载波上，经过放大后，激发红外发光二极管LED转变成以波长940nm的红外线光传播出去。
2.红外线遥控接收器
遥控接收器由红外线接收器、微处理器、接口电路（控制电路）等部分组成。
光电二极管将接收的红外线信号转变成为电信号，经检波放大，滤除去38KHZ的载波信号，恢复原来的指令脉冲，然后送入微处理器进行识别解码，解译出遥控信号的内容，并根据控制功能输出相应的控制信号，送往接口电路（控制电路）做相应的处理。
3.红外遥控开关的译码
在红外线遥控开关电路图中，当接通电源后，AT89C51的13脚所接的蜂鸣器会“嗡”的响一声，同时14脚所接的发光二极管闪亮一次，然后熄灭。
P1口所接LED显示器不显示，继电路JK1A至JK5A全部断开，这些都表明红外遥控开关没有接收到信号，在此提示等待。
此时，若将遥控器的数字“1”按下时，则在图中的红外遥控开关的电路图中的遥控接收器SM0038接收来自遥控发射器发射的红外信号，将接收的红外线信号转换成电信号，经放大、解调、滤波后，经红外接收器的第一管脚将原编码输入AT89C5的12脚。
然后由AT89C51对所接收的
原编码信号进行判断，识别等，然后做出响应的处理。
2.2智能总线式开关的设计方案：
1.通信网络拓扑结构设计
通信网络按拓扑结构设计可分为以下4种：
总线网
星状网
环状网
混合网，如树状网、网状网等。
（1）总线网
总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有用户的一种方式，也就是说，连接用户的物理媒体由所有设备共享，如图一所示。
使用这种结构必须解决的一个问题是确保用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。
在点到点链路配置时，这是相当简单的。
如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。
在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定，即主机循环检测。
这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其他站点或端用户通信的优点。
缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其他端用户必须等待到获得发送权。
媒体访问获取机制较复杂。
尽管有上述一些缺点，但由于布线要求简单，扩充容易，端用户失效、增删不影响全网工作。
图一
（2）星状网
星状网是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话就属于这种结构，如图图二所示。
图三所示为目前使用最普遍的以太网星状结构，处于中心位置的网络设备称为集线器，英文名为Hub。
图二
这种结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过中心站。
由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。
端用户设备因为故障而停机时也不会影响其他端用户间的通信。
但这种结构非常不利的一点是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。
对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。
星状网的另一缺点是布线较多，每一工作站要求一条线，工作站越多，线材也消耗越多。
图三
（3）环状网
环状结构在局域网中使用较多。
这种结构中的传输媒体从一个用户到另一个用户，直到所有用户连成环状，如图图四所示。
这种结构显而易见消除了用户通信时对中心系统的依赖性。
图四
环形结构的特点是，每个用户都与两个相邻的用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作。
于是便有上游用户和下游用户之称。
例如图四中，用户7是用户8的上游端用户，用户8是用户7的下游用户。
如果8端需将数据发送到7端，则几乎要绕环一周才能到达7端。
通过以上三种通信网络拓扑结构的比较。
总线式网络具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其他站点或端用户通信的优点。
更重要的是布线要求简单，扩充容易。
对于家用的电器设备，选用总线式网络拓扑结构最为适合。
为解决总线冲突的问题，可采用主从式结构，系统结构如图五所示。
图五
主机和整个系统的电源作为一个模块，负责接收从机数据，并发给各从机。
从机有各自不同的地址码，一个从机对应一组开关。
当某一从机需要打开另一从机所控制的开关时，只需发送对应从机的地址码，主机收到此地址码后，立即转发各从机，各从机都能收到此信号，但只有符合本机地址码的从机才做出相应的操作（开机或关机）。
当然，从机也能控制自己的开关，操作过程和上述一样。
2.传输媒质的选择
传输媒质是通信中实际传送信息的载体。
合理的选择传输媒质，有助于提高通信质量和兼顾性价比。
数据通信系统中采用的传输媒质可分为有线和无线两大类。
双绞线、同轴电缆、电力线、电话线、波导管和光纤是常用的几种有线传输媒质。
短波通信、微波通信、卫星通信、红外通信、激光通信、散色通信以及蓝牙通信等的信息载体都属于无线传输媒质。
（1）有线传输媒质
有线传输媒质是现代通信中最常用的媒质之一，它以有形的线路为传输介质，主要包括双绞线、同轴电缆和光纤。
计算机间的远程数据通信一般要采用调制解调器，其传输介质本应使用专用的同轴电缆，但从成本角度考虑，还可使用双绞线、电话线和电力线。
当然，采用光纤作为通信介质是最好不过了，但成本较高，可根据传输特性（包括其容量及传输频率范围）、连接性（点对点或多点）、地域范围（网络上点与点之间的最大距离）、抗干扰性（介质对干扰的屏蔽能力）、成本（包括组成部件、安装和维修成本等）几个方面对上述几种介质进行比较。
下面，对这几种通信介质分别进行分析说明。
①双绞线
双绞线是由两条互相绝缘的铜导线扭绞起来构成的，一对线作为一条通信线路。
通常类似这样的一定数量的导线对捆成一个电缆，外面包上硬护套。
之所以采用这种扭绞结构是为了减少相邻导线的电磁干扰，以提供相对稳定的导电特性。
最近的研究结果表明，双绞线作为一个建筑物内局部通信网络的传输介质是有效且成本低廉的。
双绞线可用于传输模拟及数字信号，其通信距离一般为几公里到几十公里。
当距离太长时，对于模拟信号，每隔5～6km需加放大器，以便将衰减了的信号放大到合适的数值；
对于数字信号，每隔2～3km需加转发器（中继器），以便将失真了的数字信号进行整形。
导线越粗，其通信距离越远，但导线价格会越高。
与其他传输介质相比，双绞线的传输距离、带宽和数据率有限。
当频率增大时，信号衰减也增大。
此外它易于电磁场耦合，对噪声和干扰较敏感。
减少损耗的办法有两种：
第一，可在双绞线外面加上一个金属编制网的屏蔽层减少干扰，相邻的线对采用不同扭绞长度减少串音；
第二，使用平衡传输线，接受端用相位差判断数字0和1，而不再用幅度差判断，因而可有效降低加性噪声干扰，增加传输距离。
对于点到点模拟信号传输，双绞线可以达到250kHZ的带宽。
由于用户线路的衰减为每公里1dB，而电话线通用标准为最大损耗低于6dB，因此，电话线上每6km内必须接放大器。
对于数字的点到点线路，双绞线可以达到几Mb/s的数据传送速率，且传输距离可达几公里。
由于双绞线成本低廉且性能较好，因而无论是在模拟还是数字数据通信中都是一种普遍采用的传输介质。
目前，在某些专门系统中，双绞线在短距离传输中的速率已达100～155Mb/s。
②同轴电缆
同轴电缆也像双绞线那样由一对导体组成，但他们是按同轴的形式构成线对的，其结构如图六所示。
其中最里层是内导体，外包一层绝缘材料，外面再套一个空心的圆柱形外导体，最外层是起保护作用的塑料外皮。
内导体忽然外导体构成一组线对。
单根同轴电缆直径约为0.5～2.5cm，几个同轴电缆往往会在一个大电缆内，有些里面还装有二芯扭绞线或四芯线组用于传输控制信号。
由于外导体是接地的，故同轴电缆具有很好的抗干扰性。
图六
同轴电缆与双绞线相比价格稍贵，因其具有带宽宽、数据传输速率高、传输距离长、抗干扰能力强等优点，尽管面临光纤、微波和卫星等传输信道的竞争，但仍是用途非常广泛的传输介质。
由于它比双绞线具有优越的频率特性，现已被广泛用于较高速率和较高频率的数据传输，如长距离电报、电话传输，有线电视、局部网络和短距离系统连接的通信线路中。
③电力线
利用电力线载波实现数据通信，将大大降低成本、缩短工时。
下面举例说明电力线载波通信的原理。
可以用单片机8031为控制核心，控制双音多频DTMF发生器（MT8880），实现信号编码，再通过锁相环电路（LM567）进行信号调制。
载波信号经放大后，耦合至电力线上，完成数据发送。
接收端将电力线上耦合进来的载波信号，经锁相环电路进行解调，再送入DTMF译码器（MT8880），实现信号译码，由单片机接受，使信号得以还原，从而完成两地的数据通信。
电力线载波传输限于同一个电力变压器供电范围内，主从机最好接于同一相线上，这样传输衰减减小、传输距离远、传输效果好。
若传输线不同相，则应在他们之间就近跨接0.1uF耐压630V以上的电容，实现交连传送，但传送效果差些。
④电话线
利用现成的电话线进行串行数据通信，是非常经济的一个途径。
在远程通信时，传输线上分布电容是使数据波形失真的主要因素。
如果传输线是架在电线杆上的架空导线对，两导线间是由空气绝缘的，相互距离有数厘米，他们之间就构成了分布电容。
导线越长，电容越大，对数据波形的影响越严重，两条传输线距离越近，电容也越大，特别是对电缆中的导线，不仅导线间距离小，而且绝缘材料的介电常数远大于空气的介电常数，所以同样长度的电容远比架空导线大，在选用传输线时应该给以重视，这就是直接用电话线或普通导线进行数字通信时，距离受限制的原因。
如果传输的脉冲宽度太窄或使用的波特率太高，以至传输线上的电容尚未充满电荷之前就开始下降了，而电容上的电压尚未放电到最低电压又进行充电，这样在接收端无法判断它们，这便是用电话线直接传输数据时，应对波特率加以限制的原因。
实际上用电话线传输直流电压要考虑由电阻、电容和电感以及非理想绝缘所带来的漏电电阻等综合影响。
⑤波导管
如果发送频率足够高，那么信号的电磁成分可在自由空间传播，从而不需要任何实际导体。
尽管如此，为避免由于信号扩散而引起的干扰和损耗，同时为了使信号沿需要的路由传播，有时我们需要把这些电磁波禁闭在另外一种有介媒质—波导管中。
通常，波导管被用来把微波发射器和接收器连接到它们的天线，其工作频率范围为2000～110000MHZ。
另外，由于湿气使微波衰减，因此波导管使用干燥空气来防止这些湿气。
常见的波导管是环形波导管。
目前波导管仍被用做高功率、高频信号的导体，但更新一些的系统采用了光纤电缆。
⑥光纤
光纤是光导纤维的简称，是传送光信号的媒质。
光纤的原材料主要是二氧化硅，再加上其他的辅助材料如塑料等制成，光纤的结构呈圆柱形，内部是纤芯，外部是包层。
纤芯采用二氧化硅以锗和磷等材料制成，直径约约为5～75um；
包层采用纯二氧化硅制成，直径约为100～150um。
光纤的最外层是塑料护皮，用于保护纤芯。
纤芯的折射率比包层的折射率高1%左右，因而可以使光聚在纤芯与包层的界面之内向前传播，形成光导波。
如果纤芯的直径足够细（例如5um以下），则光在光导波中的传播只有一种模式，这样的光纤称为单模光纤。
如果纤芯的直径足够粗，则光在光导波中可能同时有多种沿不同途径传播的模式，这样的光纤称为多模光纤。
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