基于51单片机的智能家居控制系统设计.docx

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基于51单片机的智能家居控制系统设计

基于51单片机的智能家居控制系统设计

华南农业大学珠江学院

毕业设计

基于单片机的智能家居控制系统设计

指导老师:

系:

信息工程系年级专业:

09级自动化

提交日期:

2013年3月3日答辩日期:

2013年4月20日

答辩委员会主席,签名,:

评阅人,签名,:

2013年6月1日

摘要

智能家居是时代发展的产物～是住户想享受快速网上冲浪、便捷实时的通讯、安全防范、丰富娱乐生活、便捷的生活家居管理,优质物业管理等智能化住宅所特有的生活方式～使忙碌一天的人们真正体会到智慧家带来的生活乐趣。

本设计以STC89C52RC单片机为核心设计数字时钟和智能窗帘:

通过光敏电阻检测光线强弱～当光线强度达到一定的程度时～通过单片机控制电机将窗帘拉上～否则打开窗帘。

另外用点阵显示时间和当前室内温度～由于下午十点后基本属于睡眠时间～故忽略光线强度～拉上窗帘并自动切换到手动模式～以节约电能～待第二天起床再将其切换至自动模式。

由于一般电机无法自主精确定位～需要辅助器件构成一个闭环系统才能精确的控制窗帘的张合程度～故本设计采用步进电机控制～通过齿轮变速～精确控制窗帘的张合程度～避免窗帘由于过度的张合造成损害～同时由于减少了辅助器件～节省了能源。

同时～本设计还选用DS12C887时钟芯片～该芯片内部自带锂电池～即使在断电的情况下仍然能继续工作。

该芯片有内置晶振～能够提供准确的时间～正常工作状态下工作一个月误差为+1分钟。

芯片内部带有闹钟功能～带有世纪寄存器～能够解决世纪问题～还有闰年补偿能多项功能。

比只利用晶振驱动的电子时钟功能更强大～时间更准确。

关键词:

单片机,智能窗帘,时钟芯片

I

Abstract

Intelligentfurnitureisoutcomeofthedevelopingtime.Itisaspeciallifestylewithwhichresidentscanenjoyfastonlinesurfing,convenientcommunication,safetyguardandwhichcanenrichresidents’entertainment,maketheirfurnishingmanagementmoreconvenientandwhichcanoptimizetheirpropertymanagement.Itcanprovidepeoplewhohavebeenbusyforawholedaywithentertainmentthatintelligentonesbringtothem.ThesearedesignscalleddigitalclockandintelligentcurtainthatcenteronSTC89C52RCMCU.Itdetectswhetherthelightishardornotthroughphotosensitiveelectricresistance.Whenlightishardtosomelevel,thecurtainisclosedunderthecontroloftheMCUonthegenerator,andisopenedonthecontrary.Inaddition,itshowstimeandthepresentindoor’stemperaturewithdotmatrix.Lightcanbeneglectedafter10o’clockpmwhenmostpeoplehavefallenasleep.Atthistime,the

curtainisclosedandgettobeundermanualmode,soastocutdownelectricityconsumption,itwasnotturnedtoautomaticmodeuntilresidents’gettingupinthemorning.Commonlyseengeneratorsarenotabletofixprecisely,theycanformaclosedloopsystemtorealizeprecisecontroloncurtainsonlywiththehelpofsomeassistantdevices.Thus,thisdesignpreciselycontrolscurtainsunderthecontrolofsteeringenginesandwithgearstoalterthespeed.Bythat,curtainsareprotectedfromdamagesbyover-operation.Atthesametime,lessassistantdevicesareusedandenergyconsumptioniscutdown.Meanwhile,thedesignselectsDS12C887chipswhichcontainlithiumcellsthemselvesandwhichcancontinueoperatingevenwhenitisoutofelectricity.Suchchipscontainsomeinternallyinstalledcrystalthatcanprovideprecisetime

withonlyoneminute’serrorwithinonemonthwhenoperatingnormally.Suchchipsalsohavealarmfunctionandcenturyregister.Thus,theycansolvecenturyproblem.Thisdesignismuchstrongerandpreciserthananyelectricclocksusingonlycrystaltooperate.

Keywords:

MCU;intelligentcurtain;clockchip

II

设计说明

基于单片机的智能家居控制系统设计是在指导老师给出的任务书并在其指导下完成的。

设计任务主要是以STC89C52RC单片机为核心设计数字时钟和智能窗帘:

通过光敏电阻检测光线强弱～当光线强度达到一定的程度时～通过单片机控制电机将窗帘拉上～否则打开窗帘。

另外用点阵显示时间～由于下午十点后基本属于睡眠时间～故忽略光线强度～拉上窗帘～待第二天八点之后再将其切换至自动模式。

该智能家居系统设计有以下几点基本要求:

1,硬件电路的设计,包含元器件的选择,。

2,窗帘和电机之间的连接。

3,程序设计。

针对上述要求～经过考虑～我构思出具有自身特色的智能家居系统～设计主要内容为:

1,单片机最小系统模块:

整个控制系统都是依靠单片机完成。

从功能和价位以及本题目要求来看～我们选择STC89C52RC芯片作为本系统的控制核心～同时可以实现控制、显示等功能。

2,点阵显示模块:

由于本系统比较复杂～且所有软件和硬件设计都由本人独立完成～点阵模块原理本人比较了解～本系统需要四块16*16的点阵显示～电路焊接工作量比较大～故采购市场上现成的点阵模块。

四块16*16的点阵级联后～显示年月日～星期～时分秒和当前室内温度。

3,数字时钟模块:

选用DS12C887时钟芯片～该芯片内部自带锂电池～即使在断电的情况下仍然能继续工作。

DS12C887在完全没有外部电源的情况下工作11天花费10%的电量～电池最多充电1000次～即每11天充一次电～芯片能工作30年。

该芯片有内置晶振～能够提供准确的时间～正常工作状态下工作一个月误差为1分钟。

芯片内部带有闹钟功能～带有世纪寄存器～能够解决世纪问题～还有闰年补偿能多项功能。

比只利用晶振驱动的电子时钟功能更强大～时间更准确。

4,光敏模块:

通过光敏电阻检测室内光线强度～并转换为数字量输出。

5,温度采集模块:

选择温度传感器进行数据采集～并通过点阵显示当前室内温度。

（6）窗帘控制模块:

通过步进电机控制窗帘是否打开。

在做本设计的过程中～我查阅了很多的相关资料～其中主要的技术资料是各个芯片的资料～如:

STC89C52RC单片机资料、点阵显示资料、光敏元件资料、温度传感器资料等。

关键词:

单片机,点阵显示,温度,时钟

III

1引言...................................................................................................................................1

1.1研究背景...................................................................................................................11.2研究的目的与意义....................................................................................................1

1.2.1国外研究情况.................................................................................................1

1.2.2国内研究情况.................................................................................................21.3本课题研究的主要内容和研究方案.........................................................................2

......................................................................................32智能家居控制系统总体介绍

2.1系统总体方案...........................................................................................................32.2系统功能...................................................................................................................32.3系统结构...................................................................................................................3

3智能家居控制系统硬件设计......................................................................................43.1系统主要芯片介绍....................................................................................................4

3.1.1STC89C52RC..................................................................................................4

3.1.2DS12C887........................................................................................................5

3.1.3DS18B20.........................................................................................................8

3.1.474HC138..........................................................................................................9

3.1.574HC595........................................................................................................103.2系统各个模块硬件电路介绍..................................................................................11

3.2.1单片机最小系统设计...................................................................................11

3.2.2DS12C887时钟电路设计..............................................................................12

3.2.3点阵显示电路设计.......................................................................................13

4智能家居控制系统软件设计....................................................................................174.1主程序设计.............................................................................................................174.2显示程序的设计.....................................................................................................184.3DS18B20程序流程图..............................................................................................224.4DS12C887程序流程图............................................................................................234.5步进电机控制程序..................................................................................................23

IV

5智能家居控制系统调试.............................................................................................25

5.1软件调试.................................................................................................................25

5.2硬件调试.................................................................................................................26

5.2.1短路与虚焊检测...........................................................................................26

5.2.2上电测试......................................................................................................27

.................................................................................................................................296结论

参考文献.............................................................................................................................30

致谢......................................................................................................................................31

附录......................................................................................................................................32

附录A电路原理图.......................................................................................................32

附录B设计源程序.......................................................................................................34

V

1引言

智能家居概念的起源很早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州哈特佛市的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑”，从此揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。

1.1研究背景

智能家居又称智慧家居/智能住宅，在国外常用SmartHome表示。

与智能家居含义近似的有家庭自动化、电子家庭、数字家园、家庭网络、网络家居、智能家庭/建筑，在中国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。

智能家居是时代发展的产物，是住户想享受快速网冲浪、便捷实时的通讯、安全防范、丰富娱乐生活、便捷的生活家居管理,优质物业管理等智能化住宅所特有的生活方式，使忙碌一天的人们真正体会到智慧家带来的生活乐趣。

1.2研究的目的与意义

20世纪70年代，发达国家就开始对智能家居进行研究。

1984年，美国第一栋智能建筑落成，从此以后欧美国家也相继提出了各种智能家居方案，并且广泛进行推广。

目前，发达国家的智能家居已经获得长足发展。

如美国的x-10,CEBus和Lonwork，日本的

[1]HBS，欧洲的EIB和EHS，在国际上都比较有影响。

1.2.1国外研究情况

1983年，美国电子工业协会组织专门机构开始制定家庭电气设计标准，并于1988年编制了第一个适用于家庭住宅的电气设计标准--《家庭自动系统与通信标准》。

1998年5月，在“98亚洲家庭电器与电子消费品国际博览会”上，新加坡首次推出了新加坡模式的智能家居系统，并现场模拟“未来之家”，其系统功能强大，包括三表抄送、电话接入、智能布线箱、安防报警、监控中心、有线电视接入、住宅信息留言、可视对讲、家庭智能控制面板、家电控制、宽带网介入和系统软件配置等功能。

目前美国则有近4万户家庭安装了这类系统，在新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系[2]统。

1

1.2.2国内研究情况

与国外相比，我国对智能家居和家庭网络等相关产品的研制起步较晚，但是政府部门在政策和标准等方面，不断加大扶持力度，指导行业发展。

目前，建设部批准建立7个普及型网络社区，北京市已经计划建设30个网络社区，总户数达3万户。

我国将住宅小区智能化定义为:

利用4C（计算机、通信与网络、自控、IC卡）技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。

1.3本课题研究的主要内容和研究方案

以STC89C52RC单片机为核心，设计数字时钟和智能窗帘:

通过光敏电阻检测光线强弱，当光线强度达到一定的程度时，通过单片机控制电机将窗帘拉上，否则打开窗帘。

窗帘有手动和自动两种模式。

另外用点阵显示时间，由于下午十点后基本属于睡眠时间，故忽略光线强度，拉上窗帘并自动切换到手动模式，以节约电能，待第二天起床再将其切换至自动模式。

研究方案:

（1）利用光敏电阻采集室外的光线强度。

（2）利用单片机来分析光敏电阻采集的信号，然后输出控制信号。

（3）通过单片机控制电机来调节窗帘的起闭。

（4）利用DS12C887时钟芯片制作数字时钟，并通过点阵显示。

（5）利用温度传感器检测室内温度，并通过点阵显示。

2

2智能家居控制系统总体介绍

2.1系统总体方案

本设计以STC89C52RC单片机为核心，通过光敏电阻检测光线强弱，然后通过步进

电机控制窗帘的张合程度。

用温度传感器DS18B20检测当前室内温度，DS12C887时钟

芯片制作数字时钟并用点阵显示时间和温度。

2.2系统功能

本系统的开发设计有一下功能:

（1）通过检测光线的强弱控制窗帘是否打开。