謝靜

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在我國將有很大的發(fā)展前途，而智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術的重要應用方面。本設計是利用了單片機技術和無線通信技術將多個用電設備組合起來，由短信或本地設置實現(xiàn)所有用電設備的監(jiān)控與應用，具有萬年歷、報時、鬧鐘、溫度檢測、自適背景調(diào)光、故障報警、實時與預約控制設備等多重功能。硬件系統(tǒng)由單片機以及擴展的存儲器、輸入輸出設備以及各種實現(xiàn)單片機系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關的外圍電路芯片或部件組成；軟件系統(tǒng)由單片機主、從機應用系統(tǒng)實現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程序組。

【關鍵詞】單片機嵌入技術 智能家居 遠程監(jiān)控 傳感技術 射頻收發(fā) 短信監(jiān)控

1 研究背景

隨著科技發(fā)展，通信技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術和控制技術的發(fā)展，促使了家庭居住環(huán)境的現(xiàn)代化、舒適化、安全化。這些發(fā)展影響到了人們生活的方方面面，改變了人們的生活習慣，提高了人們的生活質(zhì)量，家居智能化也就應運而生了。傳感器技術的功能也越來越強，而且現(xiàn)今各種傳感器都已經(jīng)標準化、模塊化。這給智能家居控制系統(tǒng)的設計以及廣泛應用提供了極大方便。

智能家庭控制系統(tǒng)是通過采用計算機技術、網(wǎng)絡技術、控制技術和集成技術建立起來的，一個由家庭到小區(qū)的綜合信息服務和管理系統(tǒng)，它也構成一個完整的集家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范等功能的綜合系統(tǒng)。

2 構思設計方案

在確定總體方案時，有以下幾個重要因素：首先選擇好單片機，依據(jù)設計需求來確定IO口、定時器、計數(shù)器以及附帶特定的模塊（比如AD轉換器等）。配置豐富、功能強大、價廉物美的單片機是我們首選產(chǎn)品。其次，被測參數(shù)的測量元件，它是影響控制系統(tǒng)精度的重要因素之一。再次，結合制作實際與應用實際，確定外圍輸入邏輯控制單元和外圍輸出驅(qū)動控制對象， 畫出整個原理圖和系統(tǒng)流程圖。

3 電路設計

本設計采用型號為STC12C5A60S2單片機作為主控器件MCU，應用系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。硬件系統(tǒng)由單片機以及擴展的存儲器、輸入輸出設備以及各種實現(xiàn)單片機系統(tǒng)控制要求的接口電路和有關的外圍電路芯片或部件組成；軟件系統(tǒng)由單片機主、從機應用系統(tǒng)實現(xiàn)其特定控制功能的各種工作程序和管理程序組。

電路設計結構圖見圖3，主機電路圖見圖4。

4 軟件設計與編程

4.1 主機功能設計

12864漢字液晶屏顯示，全中文顯示。 未來公歷和農(nóng)歷節(jié)日、記念日雙行顯示。3個獨立時鐘功能，可設置多種鬧鐘方式。多范圍整點報時功能。 7級液晶屏背光亮度調(diào)整。自動背光功能，在環(huán)境光變暗時自動調(diào)整背光。小巧美觀的外觀設計，可直立于桌面上。0～99攝氏度環(huán)境溫度顯示。利用無線數(shù)據(jù)傳輸控制 繼電器來達到家電控制了鬧鐘響應時任意按鍵 取消鬧鐘響聲。有當前設置掉電后，第二次上電依然保存。主機流程圖見圖5。

4.2 從機程序設計

主要功能有溫度傳感、開關（模擬門窗）信息傳感等信息射頻無線傳送給主機。其程序模塊主要有射頻程序、主程序、串口程序（UART）等組成。見圖6。

5 系統(tǒng)制作及調(diào)試

先期是PCB制作，主機、從機兩塊板制作好以后就是裝接元器件。對硬件電路是每個模塊要先行測試，確保電路板的物理連接性等沒有問題。很多模塊的測試是需要與軟件寫入后同期進行的，許多故障是在載入軟件后從硬件和軟件兩個方面去發(fā)現(xiàn)：一般先看硬件有無故障，然后再看原件分析，最后再結合起來調(diào)試，如此逐個模塊單一功能的解決有利于問題的分析和解決，不會造成問題的積累。

5.1 使用的儀器儀表及工具

PC一臺；

ME-52HU單片機仿真器一臺；

TDS210 60MHz雙蹤示存儲波器一臺；

WYK—302Bz型直流穩(wěn)壓電源一臺；

MODEL HC—F1000C 型頻率計一臺；

EE1641B1型函數(shù)發(fā)生器/計數(shù)器一臺；

MF 47型機械萬用表一個；

DT 9208型數(shù)字萬用表一個；

TLW-T調(diào)溫烙鐵一把；

keil uv2，萬利V3，用C語言編程

Protel DXP開發(fā)工具一套；

5.2 硬件制作與調(diào)試

印制電路板（PCB）是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件。它提供電路元件和器件之間的電氣連接。PCB設計的好壞對抗干擾能力影響很大。因此，在進行PCB設計時。必須遵守印制電路板設計原則和抗干擾措施的一般原則，并應符合抗干擾設計的要求。本次設計采用Altium公司PROTEL系列設計完成SCH到PCB的設計，并且手工完成電路焊接以及整機的裝配。

5.3 系統(tǒng)硬件調(diào)試

本系統(tǒng)的硬件調(diào)試分為以下階段進行調(diào)試：

（1）邏輯錯誤調(diào)試。

（2）器件調(diào)試。

（3）可靠性調(diào)試。

（4）電源故障。

5.4 短消息發(fā)送調(diào)試

開機后應自動對T35初始化，在主程序中和其他元器件一起初始化。其次是檢測有無SIM卡，針對與有或無，一則在屏幕上顯示有無SIM卡，二則走不同的程序。

在調(diào)試過程中分三種情況：

（1）被動查詢。家人手機向家居號碼發(fā)出“cx”（查詢首字母）后，主機收到合法指令（程序指定）后將信息更新NRF緩沖區(qū)數(shù)據(jù)并發(fā)送給從機，從機將各個數(shù)據(jù)通過射頻回送給主機，主機再將各有效信息回復給查詢號碼。

（2）被動控制。家人手機發(fā)出諸如“close_1”等合法指令，主機根據(jù)程序?qū)薷腘RF緩沖區(qū)數(shù)據(jù)再發(fā)給從機的控制端，以實現(xiàn)對各個繼電器的控制。

（3）主動超限報警。當居家溫度等某個參數(shù)超出限值有災情或有檢測到認定為盜情的時候，在程序設定中有主動向某個指定號碼發(fā)出報警短信，格式視程序編寫而定。

5.5 軟件機調(diào)試

單個模塊的程序編寫和功能調(diào)試并不復雜，當所有硬件整合在一起的時候，要分別實現(xiàn)萬年歷、鬧鐘、背光、射頻、溫度檢測等等程序，就比較容易有問題。比如初始化，18b20、DS1302、12864、T35、N2401等等都要初始化，就需要整合，有時還會有沖突。所以寫的時候是寫在一起，在調(diào)試時候，采用是逐個任務進行調(diào)試，等逐個任務調(diào)試好以后，再使各個任務同時運行。再經(jīng)過隨機全功能測試。

在調(diào)試過程中一共經(jīng)歷了兩次完善：第一次制作調(diào)試的為V1.1 TEST版。第二次修改調(diào)試的為V1.2 TEST版，主要完成了以下功能完善：修復了鬧鐘 喇叭圖標響完沒有清除的BUG、修復菜單模式之后 正好碰上報時導致報時聲音錯位、新增加了鬧鐘響應時任意按鍵 取消鬧鐘響聲、新增加了所有當前設施掉電后，第二次上電依然保存。

6 總結

在生活節(jié)奏加速的今天，智能家居控制系統(tǒng)的出現(xiàn)適當?shù)木徑饬巳藗兊纳顗毫?，給廣大業(yè)主帶來了安全、健康、舒適、節(jié)能的生活環(huán)境。在系統(tǒng)設計過程中應該會有一些欠考慮的因素需要在以后的設計過程中不斷的改進和完善。

參考文獻

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作者單位

昆山第一中等專業(yè)學校電子信息系 江蘇省蘇州市 215300endprint