单片机智能控制论文设计

基 于 单 片 机 的 智 能 家 居 控 制 系 统 的 设 计 Intelligent family-house control system based on single-chip microcomputer, （ 青 海 师 范 大 学 ） 郭 占 龙 (QingHai Normal University) Guo Zhan Long 摘 要 ： 本 文 利 用 PIC16F946 单 片 机 设 计 了 智 能 家 居 控 制 系 统 的 系 统 接 口 和 软 件 流 程 图 ， 实 现 了 对 家 居 的 智 能 控 制 和 管 理 。 关 键 词 ： PIC16F946， 单 片 机 ， 智 能 家 居 ， 控 制 系 统 中 图 分 类 号 ： TP368.1 文 献 标 识 码 ： B 文 章 编 号 ： Abstract: This article describes the system interface and programming flowchart of intelligent family-house control system based on PIC16F946, for family-house control and management intelligently. Keywords: PIC16F946, single-chip computer, intelligent family-house control system 1 引 言 随 着 社 会 经 济 水 平 的 发 展 ， 现 在 人 们 的 生 活 追 求 个 性 化 、 自 动 化 ， 追 求 快 节 奏 ， 追 求 充 满 乐 趣 的 生 活 方 式 ， 家 装 要 求 的 档 次 越 来 越 高 ， 生 活 家 居 人 性 化 、 智 能 化 的 要 求 使 智 能 控 制 技 术 在 智 能 家 居 电 子 产 品 中 得 到 了 广 泛 应 用 ， 它 不 仅 优 化 了 人 们 的 生 活 方 式 和 居 住 环 境 ， 而 且 方 便 人 们 有 效 地 安 排 时 间 和 节 约 各 种 能 源 ， 实 现 了 家 电 、 照 明 、 窗 帘 控 制 和 防 盗 报 警 、 定 时 控 制 及 电 话 远 程 控 制 等 。 本 文 利 用 PIC 单 片 机 实 现 了 对 智 能 家 居 的 控 制 和 管 理 ， 该 系 统 具 有 以 下 功 能 和 特 点 ： 家 居 内 无 人 时 ， 切 断 所 有 家 电 的 220v电 源 ， 既 消 除 了 各 种 电 器 的 待 机 能 耗 ， 又 避 免 了 因 供 电 异 常 、 屋 内 漏 水 等 不 可 预 知 事 件 损 坏 电 器 的 危 险 。 通 过 预 设 时 间 和 时 长 控 制 娱 乐 性 家 电 ， 避 免 了 孩 子 在 家 因 过 度 娱 乐 而 延 误 学 习 。 所 有 电 器 的 电 源 都 直 接 通 过 系 统 控 制 进 行 供 电 /断 电 ， 在 使 用 电 器 时 无 需 插 拔 电 源 插 头 ， 避 免 了 因 经 常 插 拔 电 源 插 头 而 造 成 接 触 不 良 及 触 电 的 危 险 。 根 据 预 设 室 内 温 度 和 湿 度 对 空 调 和 加 湿 器 自 动 进 行 启 /停 控 制 ， 以 达 到 最 佳 舒 适 度 。 各 电 器 的 工 作 状 态 在 主 控 面 板 上 以 LED直 观 显 示 ， 并 通 过 键 盘 集 中 控 制 电 器 ， 例 如 在 观 看 电 视 时 可 随 手 打 开 /关 闭 厨 房 电 灶 。 远 程 控 制 家 电 的 启 动 操 作 。 设 定 /显 示 日 期 、 时 间 、 星 期 及 定 时 叫 醒 服 务 。 为 避 免 煤 气 中 毒 设 置 了 一 氧 化 碳 及 燃 气 报 警 。 烟 感 和 水 感 可 及 时 发 现 家 居 内 的 水 、 火 灾 并 报 警 。 通 过 门 磁 和 窗 户 红 外 线 完 成 防 盗 报 警 。 2 控 制 系 统 的 设 计 根 据 智 能 家 居 方 便 舒 适 和 节 能 安 全 的 需 要 ， 设 置 了 温 度 、 湿 度 自 动 控 制 ； 水 、 火 、 一 氧 化 碳 的 自 动 监 测 和 报 警 ； 门 、 窗 防 盗 报 警 ； 17 路 不 同 电 器 及 照 明 设 备 的 按 键 控 制 。 系 统 的 总 体 结 构 如 图 1 所 示 。 图 1 控 制 系 统 的 总 体 结 构 2 1 硬 件 系 统 的 设 计 2 1 1 微 处 理 器 的 选 择 微 处 理 器 采 用 美 国 Microchip Technology公 司 内 置 液 晶 显 示 (LCD)模 块 多 达 42段 驱 动 器 、 35条 RISC指 令 、 工 作 在 宽 电 压 2.0 5.5V、 内 核 工 作 性 能 达 5 MIPS的 8位 CMOS 单 片 机 PIC16F946。 它 的 8K*14 bit闪 存 程 序 存 储 器 用 来 存 放 智 能 控 制 系 统 程 序 ， 编 程 方 便 灵 活 ， 无 需 额 外 增 加 ROM； 336*8bit的 RAM及 256字 节 的 数 字 EEPROM用 来 运 行 系 统 程 序 及 缓 冲 采 样 数 据 ； 它 配 备 了 多 达 8个 信 号 通 道 的 10位 模 数 转 换 器 和 多 达 53个 I/O， 可 在 待 机 状 态 下 驱 动 LCD； 采 用 的 纳 瓦 管 理 技 术 使 器 件 能 在 低 功 耗 模 式 下 可 靠 工 作 ， 虽 然 它 是 64脚 以 上 封 装 中 价 格 最 便 宜 的 一 款 ， 但 同 样 配 有 欠 压 复 位 功 能 (BOR)、 增 强 型 看 门 狗 定 时 器 (WDT)、 可 编 程 低 电 压 检 测 功 能 (PLVD)； 内 置 高 度 稳 定 的 8 MHz振 荡 器 、 2个 8位 和 1个 16位 的 3个 定 时 器 及 2个 捕 捉 /比 较 /PWM模 块 ； 支 持 SPI、 I2C及 AUSART通 讯 协 议 ； PIC16F946的 这 些 重 要 特 性 有 效 降 低 系 统 的 整 体 成 本 ， 特 别 适 合 智 能 家 居 及 安 防 的 应 用 。 万 年 历 芯 片 采 用 8DIP/SOP封 装 、 供 电 同 PIC16F946为 2.0 5.5V的 SHT1302， 它 与 PIC16F946相 连 仅 使 用 5脚 （ YRSTB） 、 6脚 (Data YI/O)、 7脚 (YSCLK)三 根 引 线 。 远 程 接 口 电 路 采 用 外 围 电 路 非 常 简 单 且 低 价 位 的 双 音 频 解 码 转 换 芯 片 MT8870， 它 与 PIC16F946单 片 机 的 接 口 通 过 11脚 、 12脚 、 13脚 、 14脚 等 4根 线 连 接 。 2 1 2 输 入 电 路 为 智 能 家 居 舒 适 和 安 全 的 需 要 设 置 了 24个 控 制 按 键 和 温 度 、 湿 度 、 水 、 火 、 一 氧 化 碳 、 天 然 气 、 门 、 窗 等 八 路 传 感 信 号 的 输 入 ， 并 在 按 键 上 方 配 有 LED以 显 示 工 作 状 态 ， 八 路 传 感 信 号 输 入 到 PIC16F946的 AN0、 AN1、 AN2、 AN3、 AN4、 AN5、 AN6、 AN7等 8个 信 号 通 道 的 10位 模 数 转 换 器 ， 室 内 所 有 窗 户 的 多 个 红 外 探 头 传 感 信 号 并 联 输 入 。 其 中 0 16号 按 键 输 入 直 接 控 制 对 应 17路 的 电 器 设 备 ， 按 键 下 方 留 有 电 器 识 别 标 签 ， 为 方 便 电 器 集 中 控 制 并 设 置 了 “全 开 ”和 “全 关 ”按 键 ； 为 家 居 安 防 设 置 了 主 人 离 家 和 回 家 时 的 “设 防 ”、 “撤 防 ”及 “紧 急 呼 叫 ”按 键 ； 日 期 及 时 间 调 整 、 定 时 开 启 电 器 、 定 时 叫 醒 和 室 内 温 度 、 湿 度 自 动 控 制 的 预 设 服 务 由 “设 置 ”按 键 完 成 ， 设 置 数 值 使 用 0 9号 按 键 输 入 ， 提 醒 消 息 同 手 机 键 盘 使 用 2（ ABC） 号 9号 （ WXYZ） 按 键 输 入 ； 整 体 键 盘 布 置 如 图 2所 示 ， 面 板 大 小 为 10cm12cm， 24个 控 制 按 键 输 入 中 “紧 急 呼 叫 ”按 键 的 优 先 级 最 高 。 PIC 主 控 器 抽烟机 微波炉 电 灶 顶 灯 射 灯 廊 灯 紫光灯 电 动 窗 帘 继 电 器 组 电视机 DVD 录象机 计算机 打印机 扫描仪 空调器 加湿器 热水器 喇 叭 / 蜂鸣器 LCD:HS12832 ) MT8870 远 程 报 警 控 制 煤气/烟雾/CO/浸水 门磁/窗户红外/湿度/温度/键盘 继 电 器 组 驱 动 器 组 驱 动 器 组 图 2 控 制 键 盘 布 局 2 1 3 输 出 电 路 由 低 电 压 低 功 耗 的 LCD12832-2显 示 屏 、 对 应 不 同 电 器 的 17路 控 制 继 电 器 输 出 、 蜂 鸣 器 及 报 警 喇 叭 组 成 。 其 中 LCD12832-2是 一 款 分 辨 率 为 12832的 中 英 文 图 形 液 晶 (黄 色 背 光 )显 示 模 块 ， 具 有 4位 /8位 并 行 、 2线 或 3线 串 行 多 种 接 口 方 式 ， 内 部 置 有 8192个 16*16点 阵 的 一 级 、 二 级 简 体 汉 字 和 128个 16*8点 ASCII字 符 集 ， 用 来 显 示 82行 1616点 阵 的 汉 字 对 话 信 息 ， 构 成 全 中 文 人 机 交 互 图 形 界 面 并 显 示 当 前 日 期 、 时 间 、 星 期 、 温 度 、 湿 度 、 定 时 提 醒 等 信 息 和 一 氧 化 碳 、 天 然 气 含 量 及 报 警 提 示 的 输 出 信 息 。 PIC16F946的 17路 输 出 的 CMOS电 平 经 过 驱 动 管 后 输 出 大 电 流 控 制 继 电 器 ， 为 降 低 成 本 根 据 不 同 功 率 电 器 配 接 相 应 功 率 的 驱 动 管 和 继 电 器 。 蜂 鸣 器 采 用 ZMQ-1504输 出 提 醒 声 音 。 3、 系 统 软 件 设 计 系 统 软 件 由 初 始 化 、 煤 气 、 烟 雾 、 浸 水 、 一 氧 化 碳 、 门 、 窗 、 湿 度 、 温 度 传 感 信 号 的 处 理 子 模 块 和 本 地 键 盘 及 远 程 控 制 、 报 警 子 模 块 组 成 ， 主 程 序 按 预 定 优 先 级 顺 序 调 用 各 中 断 子 程 序 实 现 系 统 的 控 制 功 能 。 键 盘 子 模 块 根 据 扫 描 码 分 别 执 行 预 设 数 据 子 程 序 和 电 器 开 关 子 程 序 并 形 成 标 志 位 ， 八 路 传 感 信 号 处 理 的 各 子 模 块 将 采 样 数 据 送 入 缓 冲 并 根 据 预 设 数 据 特 征 形 成 中 断 标 志 位 ， I/O 控 制 和 报 警 子 程 序 根 据 中 断 标 志 位 依 次 执 行 相 应 的 显 示 输 出 、 控 制 输 出 、 报 警 输 出 子 程 序 。 程 序 流 程 图 如 图 3 所 示 。 图 3 程 序 执 行 流 程 4、 结 束 语 随 着 社 会 的 全 面 信 息 化 、 智 能 化 和 自 动 化 ， 利 用 PIC16F946 单 片 机 设 计 智 能 家 居 控 制 系 统 ， 有 较 好 的 性 能 价 格 比 ， 尤 其 是 在 待 机 状 态 下 可 驱 动 的 内 置 液 晶 显 示 (LCD)和 多 达 53 个 I/O 口 的 独 有 优 点 必 将 成 为 诸 如 智 能 家 居 等 控 制 系 统 的 理 想 选 择 ， 家 居 的 智 能 化 必 将 成 为 未 来 家 居 装 饰 潮 流 发 展 的 新 方 向 ！ 本文作者创新点: 利 用 PIC16F946多 达 53个 I/O口 的 单 片 机 设 计 多 I/O智 能 控 制 系 统 ， 克 服 了 原 来 由 于 I/O口 不 足 采 用 多 选 一 路 完 成 多 I/O接 口 而 造 成 成 本 高 、 可 靠 性 低 的 缺 点 。 家 居 内 所 有 电 器 通 过 系 统 面 板 的 按 键 及 预 设 时 长 以 12V直 流 控 制 各 室 220V 电 器 并 将 工 作 状 态 以 LED直 观 显 示 在 面 板 上 ,有 效 解 决 了 使 用 电 器 的 授 权 及 安 全 隐 患 ， 方 便 地 消 除 了 电 器 的 待 机 能 耗 ， 对 我 国 建 立 安 全 和 谐 、 节 约 能 源 型 社 会 有 巨 大 意 义 。 调 节 系 统 的 模 糊 控 制 使 家 居 更 舒 适 ， 监 视 报 警 系 统 使 家 居 更 安 全 。 参 考 文 献 ： 1 PIC16F946 Data sheet.Microchip Technology.2005 2 李学海.PIC 单片机原理.北京航空航天大学出版社,2004 3 姜 晓 霞 .基 于 At89s