智能开关(硬件)设计毕业设计.docx

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本科毕业设计（论文）

题目：

智能开关（硬件）设计

院

（系）

光电工程学院

专

业

光电信息工程

班

级

姓

名

学

号

导

师

2015年6月

毕业设计（论文）任务书

1.毕业设计（论文）题目：

智能开关系统（硬件）设计

2.题目背景和意义：

智能家居又称智能住宅，在国外常用SmartHome表示。

智能家居可

以定义为一个目标或者一个系统。

智能家居一般是以住宅为基础平台，综合建筑装潢、网络

通信、信息家电、设备自动化等技术，将系统、结构、服务、管理集成为一体的高效、安全、

便利、环保的居住环境。

随着近年我国科技快速发展，特别是住宅产业迅速发展起来，人们

对居住环境智能化、舒适程度等要求会越来越高，智能家居在国内也引起越来越多的关注，

这给智能家居的发展提供了很大的市场空间。

本项目只是智能家居系统的一部分，主要包括

针对电饭煲、饮水机、浴室加热器等在无人时若打开会浪费能源也不利于健康，关闭后在主

人回家时又不方便，浪费时间及夜间主人对室内各个房间照明灯开关、照明亮度等控制的不

方便。

3.设计（论文）的主要内容（理工科含技术指标）：

本课题基于51系列单片机作为主控制器。

1、

在设计时采用时钟模块、矩阵键盘、显示模块和控制模块四部分，实现对电饭煲、饮水机和

浴室加热设备更智能的定时加热和居家照明灯的远程控制和亮度智能调控。

2、进行硬件平

台搭建并测试；3、配合软件设计进行联调。

4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地点）：

1）1.16-3.10查阅资料，完成开题报告。

2）3.10-3.31确定方案，选择各个模块。

3）4.1-4.30焊接电路板，结合软件细化功能，完善并协调好各个功能，

3）5.1-5.30结合软件配合调试，进一步优化硬件的不足。

4）6.1-6.20进行最后的完善，并完成毕业论文。

5.毕业设计（论文）的工作量要求

*

①

实验（时数）或实习（天数）：

*

②

图纸（幅面和张数）：

③

其他要求：

无

指导教师签名：

学生签名：

系（教研室）主任审批：

年年

年

月月

月

日日

日

智能开关硬件设计

摘

要

随着时代的发展，社会的进步，人们对生活质量的要求不断提高，使得智能家居系统在国际上已经成为一个炙手可热的竞争标志，加上电子技术的不断发展，代代更新更是层出不穷，发展前景也是一片光明。

智能开关作为智能家居里边一个重要的环节，它承担着很多经常需要人们手工操作的重复性工作，使人们可以把更多的精力放在其他地方。

此智能开关使用了无线传输模块，把硬件分为发射部分和接受部分，主要包括时间单元、通讯单元、控制单元。

本设计采用STC89C52单片机作为主控模块，通过4×4矩阵键盘输入指令，LCD1602模块显示时间变化以及各个模块的工作状态，nRF24L01无线模块主要是用于发射部分和接收部分的通讯连接。

本设计可以实现饮水机等家用电器的远程定时控制和照明灯亮度的远程控

制。

关键词：

单片机；时钟模块；nRF24L01无线模块；无线通讯

I

HardwareDesignofIntelligentSwitch

Abstract

Withthedevelopmentofthetime,theprogressofthesociety,people'srequirementonthequalityoflifecontinuestoincrease,makingsmarthomesystemininternationalmarkethasbecomeahotcompetitionlogo,andwithcontinuousdevelopmentofelectronictechnology,theupdatefromgenerationtogenerationisendless,developmentprospectisbright.Intelligentswitchisanimportantpartofsmarthome,whichbearsmuchrepetitiveworkthatoftenneedstooperatebyhand,sopeoplecanputmoreenergyinotheraspects.

Thisintelligentswitchuseswirelesstransmissionmodule,thehardwareisdividedintoemittingportionandreceivingportion,includingtimeunit,communicationunit,controlunit.ThisdesignadoptsmicrocontrollerofSTC89C52asthemaincontrolmodule,using4×4matrixkeyboardinputcommands,LCD1602moduledisplaytimechangingandtheworkingstateofeachmodule,nRF24L01wirelessmoduleismainlyusedforemittingpartandreceivingpartofthecommunicationconnection.

Thedesigncanachievetheremotetimingcontrolofhouseholdappliances,such

asdrinkingfountains,andtheremotecontroloflights´

brightness.

Keywords:

microcontroller;clockmodule;nRF24L01wirelessmodule;wireless

transmission

II

目

录

摘

要 I

Abstract II

1

绪论 1

引言 1

研究背景及现状 1

1.1

1.2

智能家居系统的发展 1

智能家居系统的研究现状 2

1.2.1

1.2.2

研究目的与设计要求 2

1.3

研究目的 2

设计要求 2

1.3.1

1.3.2

各章节主要内容 3

1.4

2

方案设计 4

系统结构图及总体方案论证 4

2.1

2.2主控处理器（MCU）的选择 4

无线通讯方式的选择 5

时钟模块的选择 8

显示器模块选择 8

本章小结 8

2.3

2.4

2.5

2.6

3

硬件设计 10

系统原理图介绍 10

主控处理器 10

3.1

3.2

单片机的介绍 10

单片机的工作模式功耗 11

单片机的引脚 11

单片机的内部结构 12

3.2.1

3.2.2

3.2.3

3.2.4

无线通讯方式硬件设计 14

3.3

III

时钟模块的电路设计 18

3.4

时钟接口电路 18

时钟芯片的性能 18

3.4.1

3.4.2

显示器电路的设计 20

矩阵键盘设计 22

继电器设计 24

本章小结 24

3.5

3.6

3.7

3.8

4

总结与展望 25

4.1总结 25

展望 25

4.2

致谢 26

参考文献 27

毕业设计（论文）知识产权声明 28

毕业设计（论文）独创性声明 29

附录 30

附录A附录B附录C附录D附录E

附录F

智能开关发射部分实物图 30

智能开关接收部分实物图 30

智能开关部分模块实物图 31

智能开关发射部分原理图 33

智能开关发射部分接收图 33

外文翻译 34

IV

1 绪论

1

绪论

1.1

引言

随着现代技术的发展，智能化已经影响着人们生活的各个方面，人们对居家

生活品质的追求，促进了智能家居的产生。

智能家居又称智能住宅，在国外常用

SmartHome

表示。

智能家居一般是以住宅为基础平台，综合建筑装潢、网络通

信、信息家电、设备自动化等技术，将系统、结构、服务、管理集成为一体的高效、安全、便利、环保的居住环境【1】。

智能家居可以定义为一个目标或者一个系统。

利用先进的计算机、网络通讯、自动控制等技术，将与家庭生活有关的各种应用子系统有机的结合在一起，通过综合管理，让家庭生活更舒适、安全、有效和节能。

与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，还能提供舒适安全、高效节能、具有高度人性化的生活空间，将一批原来被动静止的家居设备转变为具有“智慧”的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效的安排时间，增强家庭生活的安全性，并为家庭节省能源费用，是具有较强的技术性和前瞻性的新产品。

智能家居在未来生活中必然占有不可动摇的一片天地【2】。

炎炎的夏日，在回家途中，用手机打个电话就可以提前打开家里的空调，让榨汁机准备一杯新鲜的果汁，再让家庭音响准备好你最喜欢的音乐；慵懒的冬季，躺在客厅沙发上的你，通过一支遥控器就可以让厨房里的咖啡机煮出一壶热咖啡；小区里面也不再有神色紧张的保安，谁家的煤气泄漏了、发生火灾了、有人闯入了，都能自动及时的通知到小区的报警服务器，从而降低损失。

智能开关控制系统作为智能家居一部分具有其独特的特性，迎合了当前社会的发展趋势，具有绿色节能、环保、安全、智能化生活的观念。

该控制系统可以定时实现对室内灯光、电饭煲、饮水机智能化的开关控制，极大的方便了人们生

活，提高人们的生活质量。

1.2研究背景及现状

1.2.1智能家居系统的发展

智能家居概念的起源甚早，但一直没有过具体的案例出现，直到1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是一座旧式大楼在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，并提供语音通信、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【5】。

2003年，网络化家居的建设带来了高达4500

1

西安工业大学毕业设计（论文）

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，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。

现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，2014年，50%以上的新房都已具有一定的“智能型家居”功能。

于此同时由于技术的日益标准化，这些新型智能家居系统将比比尔·盖次耗资6000万美元的高端别墅便宜得多。

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，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。

例如：

微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM公司开发的“家庭主任”等均已日趋成为先进技术，而强占家居市场。

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。

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年港回归之际，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员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，