電子信息科學(xué)與技術(shù)畢業(yè)論文（設(shè)計）智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）</b></p><p>　　淮南師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）</p><p><b>　　誠信承諾書</b></p><p>　　本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計），題目《 </p><p>　　》是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成的，沒

2、有弄虛作假，沒有抄襲、剽竊別人的內(nèi)容；</p><p>　　2.畢業(yè)論文（設(shè)計）所使用的相關(guān)資料、數(shù)據(jù)、觀點等均真實可靠，文中所有引用的他人觀點、材料、數(shù)據(jù)、圖表均已注釋說明來源；</p><p>　　3. 畢業(yè)論文（設(shè)計）中無抄襲、剽竊或不正當(dāng)引用他人學(xué)術(shù)觀點、思想和學(xué)術(shù)成果，偽造、篡改數(shù)據(jù)的情況； </p><p>　　4.本人已被告知并清楚：學(xué)院對畢業(yè)論文（設(shè)

3、計）中的抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學(xué)術(shù)規(guī)范的行為將嚴(yán)肅處理，并可能導(dǎo)致畢業(yè)論文（設(shè)計）成績不合格，無法正常畢業(yè)、取消學(xué)士學(xué)位資格或注銷并追回已發(fā)放的畢業(yè)證書、學(xué)士學(xué)位證書等嚴(yán)重后果； </p><p>　　5.若在省教育廳、學(xué)院組織的畢業(yè)論文（設(shè)計）檢查、評比中，被發(fā)現(xiàn)有抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學(xué)術(shù)規(guī)范的行為，本人愿意接受學(xué)院按有關(guān)規(guī)定給予的處理，并承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。 </p><p>&

4、lt;b>　　學(xué)生（簽名）： </b></p><p>　　日期： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言3</b></p><p><b>　　1 設(shè)計概述4</b><

5、/p><p>　　1.1 設(shè)計創(chuàng)新點4</p><p>　　1.2 論文概述4</p><p><b>　　2 總體設(shè)計4</b></p><p>　　2.1 整體設(shè)計方案4</p><p>　　2.2 主控芯片選擇5</p><p>　　3 硬件系統(tǒng)設(shè)計5<

6、/p><p>　　3.1 主控芯片ATmega165</p><p>　　3.2 功能設(shè)計6</p><p>　　3.3 電源模塊設(shè)計9</p><p>　　3.4 顯示模塊10</p><p>　　3.5 鍵盤模塊11</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機模塊11</p>

7、<p>　　3.7 電機驅(qū)動12</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計13</b></p><p>　　4.1 原理圖繪制13</p><p>　　4.2 程序編譯環(huán)境14</p><p><b>　　5 結(jié)論16</b></p><p><b

8、>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p>　　智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　學(xué)生：(指導(dǎo)教師：)</p><p>　　(淮南師范學(xué)院電氣信息工程學(xué)院)</p><p>　　摘 要：21世紀(jì)是一個信息化的社會，它與人們的生活的關(guān)系也日益緊密。信息化的社會不僅改變了人們的生活方式，也對傳統(tǒng)住宅提出了挑戰(zhàn)。人們對

9、家居的要求早已不只是物理空間，更為追求的是一個安全，方便，舒適的居家環(huán)境。本文詳細(xì)介紹了智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計，本設(shè)計采用Atmega16單片機作為主控芯片，各種傳感器對周邊環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而反饋給處理中心，進(jìn)而對整個系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控與控制。其中對各類傳感器模塊進(jìn)行了詳細(xì)的說明介紹。并通過軟件程序的設(shè)計，設(shè)置了二種工作模式，既安防模式和自動控制模式。通過軟硬件的設(shè)計與協(xié)調(diào)工作，從而保證整個系統(tǒng)的完美運行，達(dá)到智能控制的效果，給人們帶

10、來不一樣的享受，且能增加住戶的安全感，使人們能夠全身心地投入到工作，從而提高生活質(zhì)量。</p><p>　　關(guān)鍵詞：Atmega16；智能家居；傳感器；控制</p><p>　　Design of intelligent home furnishing control system</p><p>　　Student: Lv Qian(Faculty Adviser

11、：Xie Ping)</p><p>　　(College of electrical and Information Engineering, Huainan Normal University)</p><p>　　Abstract:Twenty-first Century is a society of information technology, its relationship

12、 with people's life increasingly close.Society of information technology not only changed people's way of life, but also a challenge to the traditional residential.People on the home furnishing already not just p

13、hysical space requirements, more is the pursuit of a safe, convenient, comfortable home environment.This paper introduces the design of intelligent home furnishing control system, this design uses Atmeg</p><p&

14、gt;　　Key words: Atmega16;Intelligent Home Furnishing; Sensor; Control</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步及對生活質(zhì)量的要求不斷提高，人們在選擇和使用電器時，已從單一功能的家電轉(zhuǎn)向智能化家電。信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的卓越發(fā)展，使家用電器的集中控制和遠(yuǎn)程遙控

15、技術(shù)已不再是幻想。通過信息技術(shù)和家電控制技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)現(xiàn)代家庭生活的信息話和自動化，滿足人們不斷提升的生活要求，使能夠充分的享受到生活中去。從現(xiàn)如今數(shù)字化家庭的發(fā)展趨勢來看，遠(yuǎn)程監(jiān)控，智能化的家居，已將成為未來的必然，將在一定程度上改善人們的生活水準(zhǔn)[1]。</p><p>　　其實，智能化住宅小區(qū)早在發(fā)達(dá)國家得到實現(xiàn)。譬如美國、德國、新加坡、英國、日本等經(jīng)濟比較發(fā)達(dá)的國家，智能化家居早被廣泛應(yīng)用于生活。在19

16、98年，新加波舉辦了一場“家用電器與電子消費品”國際展覽會，通過現(xiàn)場模擬，介紹了智能家居系統(tǒng)。整個系統(tǒng)功能包括安防報警功能、視頻對講功能、監(jiān)控中心功能、家電自控功能、有線電視與電話接入以及智能家居控制面板等[2]。</p><p>　　利用智能家居控制器可以提供多種智能控制方案，使家居的主人更加享受家庭生活，且使他們處理家庭事務(wù)，更快、更方便。智能家居系統(tǒng)還可以提供舒適的健康環(huán)境，通過配置相應(yīng)的傳感器可以有效監(jiān)視

17、室內(nèi)的溫度、濕度和亮度，進(jìn)而控制空調(diào)、窗簾和照明系統(tǒng)的運行，從而提供更加適宜的生活空間。另外通過各類安防傳感器，提高了人們及時發(fā)現(xiàn)和處理緊急情況的能力[3]。在智能家居中配備Internet接入功能后，則家居的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力將更強，給住戶一種前所未有的安全感，使他們更加的放心去工作，去生活，從而提高用戶的生活質(zhì)量。</p><p>　　根據(jù)現(xiàn)代生活對居住環(huán)境的便捷性、安全性、舒適性等方面的要求，以及智能家居技術(shù)發(fā)展

18、的方向，未來智能家居的發(fā)展趨勢將會有以下幾大特點：</p><p>　?。?）具有功耗低，功能強大的嵌入式微處理器，通過嵌入式操作系統(tǒng)平臺，使智能家居成為囊括安防、家電控制、數(shù)字家庭的智能家居平臺[4]；</p><p>　　（2）傳輸方式將逐步走向多網(wǎng)合一，安防、門禁、抄表逐漸采用統(tǒng)一的以太網(wǎng)連接。多網(wǎng)合一將在一定程度上降低建設(shè)和維護(hù)的復(fù)雜度，而且提高了傳輸?shù)目煽啃裕?lt;/p>

19、<p>　　（3）從有線逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線。擁有無限靈活性，流動性和可擴展性的無線傳輸，是有線傳輸望塵莫及的。</p><p><b>　　1 設(shè)計概述</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計創(chuàng)新點</b></p><p>　　多媒體家庭智能控制系統(tǒng)，結(jié)合了多媒體數(shù)字影院系統(tǒng)、家庭監(jiān)控防盜系統(tǒng)、家庭背景

20、音樂系統(tǒng)、燈光窗簾控制系統(tǒng)、家庭急救報警系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和自動節(jié)能系統(tǒng)等系統(tǒng)的功能優(yōu)點。通過手持遙控、手機等多種方式進(jìn)行控制。</p><p>　　采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)不同的家庭的習(xí)慣采用不同的組合方式，使家居智能實現(xiàn)“DIY”，從而更好的體現(xiàn)家庭特點，體現(xiàn)不同的生活理念。符合人性化設(shè)計，充分體現(xiàn)了“以人為本”設(shè)計理念。</p><p><b>　　1.2 論文概述</

21、b></p><p>　　論文包括智能家居整體制作思路及硬件外設(shè)部分的介紹與設(shè)計。包括家居模式的設(shè)計；硬件電路的設(shè)計，主控芯片中的比較、選擇；軟件算法包括根據(jù)外圍硬件的環(huán)境來控制整個系統(tǒng)的運行。</p><p>　　其中，第一章為引言，主要介紹了智能家居發(fā)展現(xiàn)狀及其應(yīng)用前景；第二章為智能家居系統(tǒng)方案的設(shè)計，主要包括主控芯片的選擇、功能模式的設(shè)計；第三章為硬件系統(tǒng)設(shè)計，其中主要介紹了硬

22、件電路設(shè)計，各類傳感器的功用及電源模塊、顯示模塊等；第四章為智能家居軟件系統(tǒng)設(shè)計，包括智能家居系統(tǒng)整體設(shè)計流程，并介紹了整個軟件的編譯環(huán)境；第五章是總結(jié)和鳴謝。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計</b></p><p>　　2.1 整體設(shè)計方案</p><p><b>　　圖1 整體設(shè)計框圖</b></p&g

23、t;<p>　　本設(shè)計采用ATmega16作為主控芯片，各種傳感器對周邊環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而反饋給處理中心，進(jìn)而對整個系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控與控制。</p><p>　　系統(tǒng)的整體設(shè)計框圖如圖1所示。</p><p>　　2.2 主控芯片選擇</p><p>　　單片機按CPU的處理能力分類目前有4位、8位、16位、32位，位數(shù)越高的單片機在數(shù)據(jù)處理能力和

24、指令系統(tǒng)方面就越強，AVR、51、PIC都屬于8位機。8位單片機由于內(nèi)部構(gòu)造簡單、體積小、成本低廉，在一些較簡單的控制器中應(yīng)用很廣。本課程設(shè)計8位單片機已滿足要求。</p><p>　　方案一：采用傳統(tǒng)的8位89C51單片機作為主控芯片。51單片機具有價格低廉,使用簡單等特點，但其運算速度低，功能單一，RAM、ROM空間小等缺點。若采用89C51需要做RAM，ROM來擴展其內(nèi)存空間，其硬件工作量必然大大增多。&l

25、t;/p><p>　　方案二：采用AVR單片機作為主控芯片，其簡便易學(xué)、費用低廉、低耗、保密、I/O口功能強，且AVR單片機是高速嵌入式單片機，其內(nèi)部集成了AD轉(zhuǎn)換電路，以及功能強大的定時器/計數(shù)器、通訊接口。</p><p>　　綜上考慮，選用ATmega16單片機為CPU最為合適，且ATmega16單片機具有16K的flash，512字節(jié)的EEPROM，滿足我們設(shè)計的需求。</p&g

26、t;<p><b>　　3 硬件系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　3.1 主控芯片ATmega16</p><p>　　ATmega16是基于8位CMOS微控制器，低功耗AVR RISC結(jié)構(gòu)。得益于其先進(jìn)的指令集及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，使ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐量可達(dá)1MIPS/MHz，故可緩解系統(tǒng)在功耗和處理速度之間矛盾[5]。</p&g

27、t;<p>　　ATmega16具有16K字節(jié)可編程閃存，512字節(jié)的EEPROM，1K字節(jié)的SRAM，32個通用I / O端口，32個通用寄存器，邊界掃描的JTAG接口[6]，支持片上調(diào)試和編程，三個具有更靈活方式的定時器/計數(shù)器（T / C），內(nèi)部/外部中斷，可編程異步串行通訊，一個通用串行連接，8路10bit可選的ADC，一個串行端口和省電模式，模式可以通過單片機內(nèi)部的寄存器進(jìn)行設(shè)置選擇。</p>&l

28、t;p>　　當(dāng)單片機處于空閑方式時，CPU不再運行，但USART、SRAM、T / C、SPI端口、兩線接口、A/D轉(zhuǎn)換器和中斷繼續(xù)正常工作；當(dāng)單片機處于掉電模式時，晶體振蕩器不再振蕩，但中斷模塊以及復(fù)位系統(tǒng)正常工作，而其他所有功能都不再運行；</p><p>　　當(dāng)單片機處于省電模式時，異步定時器正常運行，且允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，但其他功能將停止運行；當(dāng)單片機處于ADC噪聲抑制模式下，只有異步定時器以

29、及ADC正常運行，其他模塊均休眠，為的是減少在ADC轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的開關(guān)噪聲；</p><p>　　ATmega16擁有C語言編譯器、宏匯編程序、程序調(diào)試器/仿真器以及仿真器等一系列的編程工具，還會有評估板等相應(yīng)的系統(tǒng)開發(fā)工具[7]。</p><p>　　圖2和圖3分別為ATmega16實物圖和ATmega16引腳圖。</p><p>　　圖2 ATmega16實物圖

30、 圖3 ATmega16引腳圖</p><p><b>　　3.2 功能設(shè)計</b></p><p>　　3.2.1 雙模式設(shè)計</p><p>　　為了適應(yīng)人們高質(zhì)量，便捷的生活需求，本系統(tǒng)采用兩種模式控制，即安防模式和自動模式。</p><p>　　系統(tǒng)自動控制是指系統(tǒng)的核心部分可以根據(jù)

31、外部傳感器所采集的環(huán)境信息（如溫度，光照等）與用戶設(shè)定的可以使人可以較為舒適的之作比較[8]，然后根據(jù)比較結(jié)果對相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以保持著個舒適的值，為用戶提供一個良好的溫濕度環(huán)境。且設(shè)置了手動控制模式，人為的調(diào)節(jié)環(huán)境變化。</p><p>　　而安防模式是指在主人外出或?qū)揖釉O(shè)置了防盜防火，通過外部傳感器實時檢測是否有不法人員進(jìn)入居室，以及是否發(fā)生火災(zāi)，及時通知并報警，達(dá)到安全防火防盜的效果。</p

32、><p>　　3.2.2 溫度控制</p><p>　　通過溫度傳感器（如圖4）采集當(dāng)前的溫度信息，送到采集模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由控制中心進(jìn)行分析，通過與預(yù)設(shè)值的對比，決定空調(diào)的開關(guān)，使室溫保持在一個恒定的范圍。同時為了方便控制，控制中心會將采集到的溫度值發(fā)送到液晶屏上顯示出來。</p><p>　　圖4 溫度傳感器DS18B20 圖

33、5 光敏傳感器</p><p>　　3.2.3 燈光控制</p><p>　　通過光敏傳感器（如圖5）采集當(dāng)前光線的值，通過與預(yù)設(shè)白天夜晚的值相比，讓控制中心知道當(dāng)前的環(huán)境狀態(tài)，從而決定是開燈還是關(guān)燈，是開窗簾還是關(guān)窗簾。</p><p>　　3.2.4 聲音控制</p><p>　　聲控?zé)羰且环N聲控電子照明裝置，由音頻放大器、選頻電路、延時

34、開啟電路和可控硅電路組成。它提供了一種控制靈敏的聲控?zé)鬧9]，它采用人嘴發(fā)出約1秒的控制信號“嘶”聲，即可方便及時地打開和關(guān)閉聲控照明裝置，并有防誤觸發(fā)而具有的自動延時關(guān)閉功能，并設(shè)有手動開關(guān)，使其應(yīng)用更加方便。聲控?zé)粲稍捦?、音頻放大器、選頻電路、倍壓整流電路、鑒幅電路、恒壓源電路、延時開啟電路、可控延時開關(guān)電路、可控硅電路組成。</p><p>　　本次設(shè)計通過聲音傳感器（如圖6）檢測當(dāng)前是否有語音命令，來控制

35、窗簾、臺燈、音響的開關(guān)等，從而達(dá)到聲控的效果。</p><p>　　圖6 聲音傳感器 圖7 火焰?zhèn)鞲衅?lt;/p><p>　　3.2.5 防火設(shè)計</p><p>　　火災(zāi)煙霧傳感器是一種在消防管理、安全防范系統(tǒng)中常用的報警器材，它工作可靠、體積小巧，火災(zāi)煙霧傳感器是把煙霧信號轉(zhuǎn)換為電信號，電路設(shè)計時可以在背后設(shè)計專

36、用的卡口以便地固定在墻體或者天花板上，使用時通過設(shè)置在廚房、臥室、書房等的煙霧傳感器，實時監(jiān)視各個房間的狀況，以防火災(zāi)的發(fā)生。若有火災(zāi)發(fā)生，則控制器發(fā)出聲光、短信等報警信號，通知家人及相關(guān)部門及時撲滅火災(zāi)，保證家居的安全。除此之外，我們還能根據(jù)有人在家與否，調(diào)節(jié)煙霧傳感器的靈敏度[10]。</p><p>　　本次設(shè)計通過火焰?zhèn)鞲衅鳎ㄈ鐖D7）檢測室內(nèi)是否有異常明火，若檢測到有異常明火，則通過蜂鳴器報警且控制噴射閥

37、工作。</p><p>　　3.2.6 防盜設(shè)計</p><p>　　一般家居防盜設(shè)計包含；兩部分區(qū)域的防護(hù)，住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。住宅周界防護(hù)是指在住宅門，房子的窗戶，窗戶上的玻璃等外部環(huán)境上安裝一些傳感器來檢測環(huán)境的變化，達(dá)到保護(hù)家居安全的作用，例如玻璃破碎探測器；住宅區(qū)的保護(hù)是指在主通道、臥室、書房、浴室安裝一檢測各種環(huán)境信息的傳感器[11]，來保護(hù)室內(nèi)的安全，諸如紅外探測器

38、、溫度傳感器、煙霧傳感器、震動傳感器等，都可以幫助居室主人更好的管理家居。</p><p>　　本次設(shè)計通過人體紅外傳感器（如圖8）檢測主人外出后，室內(nèi)是在否有人進(jìn)入，以及聲音傳感器，保險柜的震動傳感器（如圖9），都可以達(dá)到防盜檢測。若檢測到有異常人員進(jìn)入，則會通過蜂鳴器報警。</p><p>　　圖8 人體紅外感應(yīng) 圖9 震動傳感器<

39、;/p><p>　　3.2.7 功能設(shè)計小結(jié)</p><p>　　通過傳感器采集當(dāng)前環(huán)境中各種信息，送到采集模塊中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，處理芯片對其進(jìn)行分析處理。同時為了方便控制，控制芯片會將采集到的一些數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶屏上顯示出來。</p><p>　　總的來說，各類傳感器起著感受外界環(huán)境變化的作用，對整個系統(tǒng)的運行至關(guān)重要，具體功能如下表：</p><p>

40、;　　表1 各類傳感器功能</p><p>　　3.3 電源模塊設(shè)計</p><p>　　1)5V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路</p><p>　　由于本控制系統(tǒng)單元電路較多對且對5V電源的要求比較高。在本次畢業(yè)設(shè)計中,我們選用了穩(wěn)壓芯片LM2576完成12V向5V的轉(zhuǎn)變,并讓其對ATmega16控制核心和其他5V單元的供電。我們需要注意,使用LM2576穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)開關(guān)電源

41、的轉(zhuǎn)換還要用到大功率的電感(100uH)以及電容,這些是高儲能能力所必備的,從而滿足單元電路的供電需求。LM2576為5.0V-3A開關(guān)電源穩(wěn)壓器。如下圖所示：</p><p>　　圖10 5V開關(guān)電源穩(wěn)壓器電路</p><p>　　2)其他電源穩(wěn)壓器電路</p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計還涉及到傳感器信號采集與信號放大，其中放大器等部分需要用到±12V電

42、源，因此根據(jù)設(shè)計要求增加了7812/7912三端穩(wěn)壓IC提供的±12V電源，由220V的交流電經(jīng)交流變壓器T降壓，變成12V交流電，低壓交流電再經(jīng)過全橋整流變成脈動直流17V左右為三端穩(wěn)壓提供電源，脈動直流電經(jīng)4700u電解電容和0.1u瓷片電容濾波，送到穩(wěn)壓塊輸入端，進(jìn)行穩(wěn)壓，然后由三端穩(wěn)壓輸出端輸出±12V直流電壓，±12V直流電再由2200u和0.1u電容進(jìn)行濾波，輸出比較穩(wěn)定的±12V直流

43、電壓，給模塊供電源。如下圖所示：</p><p>　　圖11 ±12V電源穩(wěn)壓器電路 </p><p><b>　　3.4 顯示模塊</b></p><p>　　方案一：采用LED數(shù)碼管顯示器。LED 數(shù)碼管亮度高，醒目，但是其電路復(fù)雜，占用資源較多，顯示信息量較小。</p><p>　　方案二：采用漢字LCD

44、液晶顯示器。LCD有明顯的優(yōu)點：微功耗、尺寸小，超薄輕巧、顯示信息量大、字跡清晰、美觀、視覺舒適；可以用中文LCD液晶進(jìn)行菜單顯示，使整個控制系統(tǒng)更加人性化。</p><p>　　基于上面的比較分析，故采用LCD作為顯示模塊,而使用Nokia5110液晶（如圖12）的有如下優(yōu)勢：1)性價比高，LCD1602可以顯示32個字符，而Nokia5110可以顯示15個漢字，30個字符。Nokia5110裸屏僅8.8元，L

45、CD1602一般15元左右，LCD12864一般50~70元。2)接口簡單，僅8根I/O線即可驅(qū)動，LCD1602需11根I/O線，LCD12864需12根。3)速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。4)Nokia5110工作電壓3.3V，正常顯示時工作電流200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動設(shè)備。</p><p>　　圖12 Nokia5110液晶

46、 圖13 矩陣鍵盤</p><p><b>　　3.5 鍵盤模塊</b></p><p>　　本次設(shè)計選用的是矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤，其具有四行四列（4*4）[12]，需要8個IO口，我們可以讓行線所接單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的I/O口作為輸入端。當(dāng)無按鍵按下時，所有的輸入端檢測到的都是高電平，行線輸出低電平。當(dāng)有按鍵按下時，則輸入線就會

47、被拉低。通過讀取輸入線的狀態(tài)就可得知是否有按鍵按下，這種讀取方法我們稱為掃描法，這是人們最常用的矩陣鍵盤判別方法。</p><p>　　矩陣鍵盤原理仿真圖如圖13，具體掃描過程如下：</p><p>　　1）確定是否有按鍵按下，初始化所有行y0-y3為低水平，然后檢測列線的狀態(tài)。若有一列是低電平，則表示鍵盤有鍵按下，且按下的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。如果所有的列線都沒有

48、低電平，則鍵盤上無按鍵按下。</p><p>　　2）確定閉合鍵的具體位置，確認(rèn)方法是依次讓行線置為低電平，即在一個線為低電平時，其他線均為高電平。在確定一個線的位置為低電平后，然后檢測每行的電平狀態(tài)。如果某列為低電平，則該列與此低電平行線交叉處的按鍵，即為閉合鍵。</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機模塊</p><p>　　本窗簾電機采用四相步進(jìn)電機，其使用單極

49、性直流電源供電[13]。只要獲得正確的時序電流，步進(jìn)電機就可以正常運轉(zhuǎn)。圖14是四相步進(jìn)電機工作原理圖：</p><p>　　圖14 四相步進(jìn)電機步進(jìn)原理圖</p><p>　　初識時，單刀開關(guān)SB連通電源，而SA、SC、SD斷開，B相電磁和轉(zhuǎn)子0、3號齒輪相對齊，此時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒輪則會與C、D相繞組的電磁極產(chǎn)生錯位，2、5號齒輪則會與D、A相繞組的電磁極產(chǎn)生錯位。</p>

50、;<p>　　當(dāng)單刀開關(guān)SC連通電源時，SB、SA、SD斷開，此時C相繞組的電磁力和1、4號齒之間電磁力開始作用，使得轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動，1、4號齒輪和C相繞組的電磁極對齊。但0、3號齒輪與A、B相繞組電磁極就會產(chǎn)生錯位，2、5號齒輪就與A、D相繞組的電磁極產(chǎn)生錯位。同理，ABCD四相繞組依次輪流供電，由于0至5號齒輪的之間的錯位，轉(zhuǎn)子就會依次順著ABCD方向運轉(zhuǎn)。</p><p>　　四相步進(jìn)電機一般有

51、三種工作模式：單四拍、雙四拍、八拍三種，它們是根據(jù)電流時序的不同來劃分的。單四拍的步距角與雙四拍的一樣[14]，且雙四拍的轉(zhuǎn)動力矩大，單四拍和雙四拍的步距角是八拍模式下的兩倍，故八拍模式擁有保持高轉(zhuǎn)動力矩和高控制精度的雙優(yōu)點。</p><p>　　單四拍、雙四拍與八拍工作模式的電源通電時序與波形分別如圖15所示：</p><p>　　圖15 電機工作時序與波形</p><

52、;p><b>　　3.7 電機驅(qū)動</b></p><p>　　本設(shè)計的電機驅(qū)動采用ULN2003，ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強等特點[15],適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。且廣泛用于單片機、儀器儀表、PLC等現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中。在工作電壓為5V時，可直接與TTL和CMOS電路連接，即可直接驅(qū)動繼電器等負(fù)載。

53、ULN2003輸入為5V的TTL電平，且輸出電壓可達(dá)50V，以及灌電流可達(dá)500mA。</p><p>　　需要注意的是，在使用ULN2003時，為了讓這個二極管起到續(xù)流作用，必須將COM引腳（pin9）接在負(fù)載的供電電源上，只有這樣才能夠形成續(xù)流回路，這是因為ULN2003是集電極開路輸出。ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖16：</p><p>　　圖16 ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</

54、p><p><b>　　4 軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1 原理圖繪制</b></p><p>　　Altium Designer 6是Altium公司Protel系列軟件基于Windows平臺的最新產(chǎn)品[15]，是Altium公司總結(jié)了多年的技術(shù)研發(fā)成果，是對Protel 99 SE以及Protel D

55、XP不斷修改、擴充新設(shè)計模塊和多次升級完善后的產(chǎn)物。Altium Designer 6是完全一體化的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)下的一個版本。Altium Designer 6是將設(shè)計流程、集體化PCB設(shè)計、可編程器件設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的電路設(shè)計系統(tǒng)。</p><p>　　Altium Designer 6除了全面繼承包括Protel 99SE、Protel DXP在內(nèi)的先前一系列版本的功能和

56、優(yōu)點外，還增加了許多改進(jìn)和很多高端功能。該平臺拓寬了板級設(shè)計的傳統(tǒng)界面，全面集成了FPGA設(shè)計功能和SOPC設(shè)計實現(xiàn)功能，從而允許工程設(shè)計人員能將系統(tǒng)設(shè)計中的FPGA與PCB設(shè)計及嵌入式設(shè)計集成在一起[16]。</p><p>　　由于Altium Designer 6在繼承先前Protel軟件功能的基礎(chǔ)上，綜合了FPGA設(shè)計和嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計功能，Altium Designer 6對計算機的系統(tǒng)需求比先前的版

57、本要高一些。 </p><p>　　圖17和圖18分別為在Altium Designer 6平臺上繪制的ATmega16原理圖和PCB圖。</p><p>　　圖17 ATmega16原理圖 </p><p>　　圖18 ATmega16 PCB圖</p><p>　　4.2 程序編譯環(huán)境</p><p>　　4.2.

58、1 ICCAVR軟件</p><p>　　ICCAVR軟件是一種符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的C語言來開發(fā)MCU（單片機）程序的一個工具，功能合適、使用方便、技術(shù)支持好，它主要有以下幾個特點：</p><p>　　1.擁有工程管理以及編輯器的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）；</p><p>　　2.源文件被組織成項目工程中，文檔的編輯和工程的構(gòu)造都是在項目工程中完成的，編譯的錯誤會在在

59、狀態(tài)窗口中顯示，且當(dāng)你點擊一個編譯錯誤時，光標(biāo)則會自動跳到該行的錯誤；</p><p>　　3.該編譯軟件可以直接生成HEX格式的燒寫文件（大多數(shù)編程器都支持HEX格式的文件，可以直接下載到芯片中使用）和符合 AVRStudio的調(diào)試文件(COFF格式)[17]。</p><p>　　4.一個純32位的程序，可在 Win 95、Win 98、Win ME、Win NT、Win 2000、W

60、in XP和Win 7等環(huán)境下運行。</p><p>　　下圖為ICCAVR編譯環(huán)境界面：</p><p>　　圖19 ICCAVR編譯環(huán)境</p><p>　　4.2.2 Progisp ISP下載軟件：</p><p>　　Progisp ISP具有以下特性：1）支持所有的AVR芯片的編程，支持AT89S51,AT89S52；2）自定義串

61、口的下載編程器的支持；3）USBASP下載器的支持；4）自定義編程熔絲信息的支持；5）支持高壓下載器；6）支持脫機下載器實現(xiàn)脫機下載；7）支持命令行模式，可以直接嵌入其他IDE中使用；綠色軟件，無需安裝，占用資源少；8）支持自定義漢化信息提示；9）支持工程管理--可以將所有的配置數(shù)據(jù)與編程數(shù)據(jù)打包為單一文件。</p><p>　　圖20為progisp的主界面：</p><p>　　圖20

62、 Progisp 主界面</p><p>　　4.3 整體設(shè)計功能</p><p>　　通過按鍵選擇工作模式：</p><p>　　1.自動,檢測光照強度，自動控制窗簾的拉伸；檢測光照強度，自動控制臺燈的亮滅；檢測聲音，控制臺燈的亮滅；</p><p>　　2.安防,檢測是否有火焰產(chǎn)生，蜂鳴器報警；檢測是否有異常聲音產(chǎn)生，蜂鳴器報警；檢測是否

63、有外來人員進(jìn)入，蜂鳴器報警；</p><p>　　設(shè)計功能流程圖如下：</p><p><b>　　圖21 功能流程圖</b></p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　通過本次畢業(yè)設(shè)計，基本完成了預(yù)期的設(shè)計模式（自動模式與按鍵模式）。整個設(shè)計都在液晶5510下顯示，如圖22

64、。</p><p>　　整個系統(tǒng)的檢測控制都取決于我們的傳感器模塊，它們主要由聲音傳感器、紅外傳感器以及光敏傳感器組成。在這些傳感器的實時監(jiān)測下，完成了我們的整個系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，使主控芯片能夠得到快速且準(zhǔn)確的外界信息。設(shè)計的傳感器模塊如圖23。</p><p>　　圖22 液晶顯示界面</p><p><b>　　圖23 傳感器模塊</b><

65、/p><p>　　本次設(shè)計為了模擬顯示的窗簾，此次選擇細(xì)線上掛幾個物體來擔(dān)當(dāng)窗簾的角色，用步進(jìn)電機來控制窗簾的收縮。實際測試效果明顯，能夠根據(jù)環(huán)境中光照等信息，來控制窗簾開關(guān)，實物圖如下：</p><p>　　圖24 步進(jìn)電機控制窗簾模型</p><p>　　通過幾個月的不斷學(xué)習(xí)與設(shè)計，本次的智能家居設(shè)計實現(xiàn)了光照強度檢測、聲音檢測以及紅外煙霧檢測，并達(dá)到了自動控制窗簾

66、拉伸，自動控制臺燈亮滅的效果。且在安防模式中，能夠?qū)崟r檢測家居環(huán)境，如有異常，且會報警提醒。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王鵬.基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端的家庭智能控制系統(tǒng)[D].西安工業(yè)學(xué)院,2003. </p><p>　　[2] 唐蘋.一種基于以太網(wǎng)的嵌入式數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)[J].安防科技,2008,(9)

67、:23-25.</p><p>　　[3] 郭凱杰.智能家居的人性化設(shè)計[D].同濟大學(xué)電子與信息工程學(xué)院,2008. </p><p>　　[4] 張可.家居服務(wù)器應(yīng)用支撐層數(shù)據(jù)管理中心的研究與實現(xiàn)[D].南京理工大學(xué),2007.</p><p>　　[5] 張磊磊.嵌入式Web Server智能家居控制器的研究及實現(xiàn)[D].西安科技大學(xué),2008.</p&

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72、錄1：</b></p><p><b>　　部分器件清單</b></p><p><b>　　附錄2：</b></p><p>　　智能家居控制系統(tǒng)整體圖</p><p>　　Mega16最小系統(tǒng) 電源模塊</p>&

73、lt;p><b>　　致謝</b></p><p>　　轉(zhuǎn)眼大學(xué)生活就進(jìn)入到了尾聲，而在這時我也完成了自己的畢業(yè)設(shè)計。畢業(yè)設(shè)計對任何一個畢業(yè)生來說都應(yīng)該是非常重要的，因為這需要通過自己所學(xué)到的知識來解決實際的問題，是對自己綜合能力的一個考驗。</p><p>　　經(jīng)過將近三個月的單片機畢業(yè)設(shè)計，在整個過程中我得到了許多同學(xué)和老師的幫助，終于完成了我的智能家居控制

74、的設(shè)計，雖然有部分功能尚未實現(xiàn)不能達(dá)到設(shè)計要求，但總體上完成了一個從硬件到軟件完整的設(shè)計流程。</p><p>　　通過本系統(tǒng)的設(shè)計和制作，是我對單片機的控制掌握的更加深刻，并且深化了課堂上學(xué)到的知識，培養(yǎng)了運用能力，強化了解決問題的能力。并且通過設(shè)計也讓我對系統(tǒng)的設(shè)計方法，調(diào)試方法等都有了深刻的了解，對各類傳感器的使用有一定的了解。通過設(shè)計也讓我對電子更加感興趣，增強了學(xué)習(xí)的興趣。</p><