基于RF模块的门窗监控系统设计 自动门 毕业论文

1、更多经典毕业论文： HYPERLINK :/ docin /mydoc-4354614-1.html&folderId=62133 编号： 本科毕业设计论文题目：基于RF模块的门窗监控系统设计 Window-based RF module control systexm design学 院 专 业 班 级 学 号 姓名 指导教师 职称： 指导教师 职称：完成日期 摘要【摘要】本设计中的门窗监控系统是指一种基于SILABS公司的增强型单片机C8051F系列单片机组成的具有多种环境监测途径、集成简单防盗报警功能、智能自主动作及遥控功能的家居门窗系统。本系统在硬件上可分为两局部，分别为门上系统和遥控

2、系统。门上系统通过配套的各种传感器对门窗的周边环境进行检测。将检测到的信号通过处理辨识做出相应动作，并通过RF无线模块与遥控系统进行通信。遥控系统通过RF无线接受信息并显示在LCD上，将键盘控制命令传输到门上系统使其有相应的动作。根据目前的方案设计，本系统将包括亮度、晴雨、红外感应装置。各路装置控制系统在预设定的环境下动作门窗及窗帘或遥控动作门窗。【关键词】环境监测；RF无线；遥控；LCD显示；8051F；RF无线。Window-based RF module control systexm designAbstract【ABSTRACT】 The objective of this desi

3、gn of door and window control system is based on the companys enhanced SILABS C8051F MCU MCU composed of channels with a variety of environmental monitoring, integrated simple anti-theft alarm, remote control intelligent autonomous movements and home windows and doors.The system hardware can be divi

4、ded into two parts, namely, the door system and remote control systems.Door system by supporting the various sensors on the doors and windows of the surrounding environment for testing. The detected signal by processing the identification to make the appropriate action, and through RF wireless modul

5、e to communicate with the remote control system. RF wireless remote control system by receiving information and displayed in the LCD on the keyboard control commands transmitted to the door system to a corresponding action.Under the current design, the system will include brightness, rain or shine,

6、infrared sensing devices. Control System from various quarters in the pre-set environment action doors, windows and door and window curtains or remote control action.【KEYWORDS】environmental monitoring; RF wireless; remote control; LCD display; 8051F; RF Wireless目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc261

7、095399 摘要 PAGEREF _Toc261095399 h I HYPERLINK l _Toc261095400 Abstract PAGEREF _Toc261095400 h II HYPERLINK l _Toc261095401 目录 PAGEREF _Toc261095401 h III HYPERLINK l _Toc261095402 1绪论 PAGEREF _Toc261095402 h 1 HYPERLINK l _Toc261095403 引言 PAGEREF _Toc261095403 h 1 HYPERLINK l _Toc261095404 智能家居简介 P

8、AGEREF _Toc261095404 h 1 HYPERLINK l _Toc261095405 门窗监控系统简介 PAGEREF _Toc261095405 h 1 HYPERLINK l _Toc261095406 研究基于RF模块的门窗监控系统课题的作用和意义 PAGEREF _Toc261095406 h 2 HYPERLINK l _Toc261095407 当前门窗监控系统存在的缺乏及本设计的优势 PAGEREF _Toc261095407 h 2 HYPERLINK l _Toc261095408 本设计的应用意义 PAGEREF _Toc261095408 h 2 HYPE

9、RLINK l _Toc261095409 本设计的主要内容 PAGEREF _Toc261095409 h 3 HYPERLINK l _Toc261095410 2本设计涉及的集成开发环境简介 PAGEREF _Toc261095410 h 4 HYPERLINK l _Toc261095411 单片机软件的开发环境简介 PAGEREF _Toc261095411 h 4 HYPERLINK l _Toc261095412 Keil C51特性简介4 PAGEREF _Toc261095412 h 4 HYPERLINK l _Toc261095413 用于单片机开发的C51根底的知识介绍

10、3 PAGEREF _Toc261095413 h 4 HYPERLINK l _Toc261095414 keil C51编程的有关知识 PAGEREF _Toc261095414 h 6 HYPERLINK l _Toc261095415 系统硬件EDA开发工具 PAGEREF _Toc261095415 h 6 HYPERLINK l _Toc261095416 Protel99se软件简介 PAGEREF _Toc261095416 h 6 HYPERLINK l _Toc261095417 Protel 99 SE的系统组成 PAGEREF _Toc261095417 h 7 HYP

11、ERLINK l _Toc261095418 3系统硬件局部设计 PAGEREF _Toc261095418 h 8 HYPERLINK l _Toc261095419 系统方案论证 PAGEREF _Toc261095419 h 8 HYPERLINK l _Toc261095420 微处理器单元方案选择比拟和论证 PAGEREF _Toc261095420 h 8 HYPERLINK l _Toc261095421 无线模块选择方案比拟和论证 PAGEREF _Toc261095421 h 8 HYPERLINK l _Toc261095422 门体模型方案选择比拟与论证 PAGEREF

12、_Toc261095422 h 10 HYPERLINK l _Toc261095423 电机及驱动局部方案选择比拟与论证 PAGEREF _Toc261095423 h 10 HYPERLINK l _Toc261095424 传感器模块方案选择比拟与论证 PAGEREF _Toc261095424 h 11 HYPERLINK l _Toc261095425 人机界面方案选择比拟和论证 PAGEREF _Toc261095425 h 12 HYPERLINK l _Toc261095426 报警模块方案选择比拟和论证 PAGEREF _Toc261095426 h 13 HYPERLINK

13、 l _Toc261095427 电源供电方案选择比拟和论证 PAGEREF _Toc261095427 h 13 HYPERLINK l _Toc261095428 8051F330芯片的配置及外围电路设计 PAGEREF _Toc261095428 h 14 HYPERLINK l _Toc261095429 8051F330芯片的配置资源描述 PAGEREF _Toc261095429 h 14 HYPERLINK l _Toc261095430 8051F330最小系统的设计 PAGEREF _Toc261095430 h 15 HYPERLINK l _Toc261095431 80

14、51F330系统的调试接口 PAGEREF _Toc261095431 h 16 HYPERLINK l _Toc261095432 显示局部电路设计 PAGEREF _Toc261095432 h 17 HYPERLINK l _Toc261095433 键盘局部电路设计 PAGEREF _Toc261095433 h 18 HYPERLINK l _Toc261095434 无线模块局部电路设计13 PAGEREF _Toc261095434 h 18 HYPERLINK l _Toc261095435 RF12简介 PAGEREF _Toc261095435 h 19 HYPERLINK

15、 l _Toc261095436 RF12电路硬件应用电路 PAGEREF _Toc261095436 h 20 HYPERLINK l _Toc261095437 传感器模块电路设计 PAGEREF _Toc261095437 h 20 HYPERLINK l _Toc261095438 温湿度传感器 PAGEREF _Toc261095438 h 21 HYPERLINK l _Toc261095439 DTH-11简介 PAGEREF _Toc261095439 h 21 HYPERLINK l _Toc261095440 电路硬件应用电路 PAGEREF _Toc261095440 h

16、 21 HYPERLINK l _Toc261095441 亮度传感器 PAGEREF _Toc261095441 h 21 HYPERLINK l _Toc261095442 光敏电阻简介 PAGEREF _Toc261095442 h 21 HYPERLINK l _Toc261095443 光敏电阻搭建亮度传感器应用电路 PAGEREF _Toc261095443 h 21 HYPERLINK l _Toc261095444 红外模块局部电路设计 PAGEREF _Toc261095444 h 23 HYPERLINK l _Toc261095445 红外对射管简介 PAGEREF _T

17、oc261095445 h 23 HYPERLINK l _Toc261095446 红外对管应用电路图 PAGEREF _Toc261095446 h 23 HYPERLINK l _Toc261095447 电路原理 PAGEREF _Toc261095447 h 23 HYPERLINK l _Toc261095448 电机驱动局部电路设计 PAGEREF _Toc261095448 h 23 HYPERLINK l _Toc261095449 33886芯片简介 PAGEREF _Toc261095449 h 23 HYPERLINK l _Toc261095450 电路设计 PAGE

18、REF _Toc261095450 h 23 HYPERLINK l _Toc261095451 电源模块电路设计 PAGEREF _Toc261095451 h 23 HYPERLINK l _Toc261095452 1117芯片介绍 PAGEREF _Toc261095452 h 23 HYPERLINK l _Toc261095453 电源模块电路设计 PAGEREF _Toc261095453 h 23 HYPERLINK l _Toc261095454 门体制作 PAGEREF _Toc261095454 h 23 HYPERLINK l _Toc261095455 4系统的软件设

19、计 PAGEREF _Toc261095455 h 23 HYPERLINK l _Toc261095456 C8051F330编程 PAGEREF _Toc261095456 h 23 HYPERLINK l _Toc261095457 RF12编程 PAGEREF _Toc261095457 h 23 HYPERLINK l _Toc261095458 门上系统的软件设计 PAGEREF _Toc261095458 h 23 HYPERLINK l _Toc261095459 引脚与中断资源的相关配置 PAGEREF _Toc261095459 h 24 HYPERLINK l _Toc2

20、61095460 程序流程 PAGEREF _Toc261095460 h 25 HYPERLINK l _Toc261095461 温湿度模块软件 PAGEREF _Toc261095461 h 26 HYPERLINK l _Toc261095462 亮度局部AD模块软件 PAGEREF _Toc261095462 h 27 HYPERLINK l _Toc261095463 红外局部软件 PAGEREF _Toc261095463 h 28 HYPERLINK l _Toc261095464 显示局部软件 PAGEREF _Toc261095464 h 28 HYPERLINK l _T

21、oc261095465 无线局部软件 PAGEREF _Toc261095465 h 28 HYPERLINK l _Toc261095466 遥控系统的程序设计 PAGEREF _Toc261095466 h 29 HYPERLINK l _Toc261095467 键盘程序 PAGEREF _Toc261095467 h 29 HYPERLINK l _Toc261095468 液晶程序 PAGEREF _Toc261095468 h 29 HYPERLINK l _Toc261095469 无线程序 PAGEREF _Toc261095469 h 30 HYPERLINK l _Toc2

22、61095470 5联机调试 PAGEREF _Toc261095470 h 33 HYPERLINK l _Toc261095471 调试红外局部与中断 PAGEREF _Toc261095471 h 33 HYPERLINK l _Toc261095472 调试AD PAGEREF _Toc261095472 h 33 HYPERLINK l _Toc261095473 调试液晶 PAGEREF _Toc261095473 h 34 HYPERLINK l _Toc261095474 调试无线 PAGEREF _Toc261095474 h 34 HYPERLINK l _Toc26109

23、5475 门体调试 PAGEREF _Toc261095475 h 35 HYPERLINK l _Toc261095476 总体调试 PAGEREF _Toc261095476 h 36 HYPERLINK l _Toc261095477 6总结与展望 PAGEREF _Toc261095477 h 38 HYPERLINK l _Toc261095478 增加Zigbee组网的功能 PAGEREF _Toc261095478 h 38 HYPERLINK l _Toc261095479 增加无线模块的发送距离 PAGEREF _Toc261095479 h 38 HYPERLINK l _

24、Toc261095480 参考文献 PAGEREF _Toc261095480 h 40 HYPERLINK l _Toc261095481 附录 PAGEREF _Toc261095481 h 42 HYPERLINK l _Toc261095482 无线模块CC2430的设计原理图 PAGEREF _Toc261095482 h 42 HYPERLINK l _Toc261095483 单片机8051F330的设计原理图 PAGEREF _Toc261095483 h 42 HYPERLINK l _Toc261095484 LPC2103的设计原理图 PAGEREF _Toc261095

25、484 h 43 HYPERLINK l _Toc261095485 源程序主要代码 PAGEREF _Toc261095485 h 44 HYPERLINK l _Toc261095486 C8051F330程序 PAGEREF _Toc261095486 h 44 HYPERLINK l _Toc261095487 LPC2103的程序 PAGEREF _Toc261095487 h 52 HYPERLINK l _Toc261095488 Zigbee与LCP2103通信的节点 PAGEREF _Toc261095488 h 61 HYPERLINK l _Toc261095489 串口

26、通信和无线收发中断程序 PAGEREF _Toc261095489 h 63绪论引言 随着国民收入的增长，人们的生活消费理念正在逐渐改变。人们开始对身边的智能家居有所了解和追求。从最常见的自动洗衣机到世界首富比尔盖茨的智能豪宅，自动智能的产品已经迅速地渗透到我们的生活中。而人们对门窗的动作在家居生活中的出现频繁程度注定使门窗电子产品在智能家居产品中占有一席之地。门窗监控系统的研究和应用正在广泛地开展起来。目前市场上能见到的门窗监控系统少之又少，而且大都用途特殊、结构复杂，在家居自动产品中更是凤毛麟角。但是不可否认的是自动智能的门窗监控系统拥有巨大的市场前景。网络资料市场调查显示，门窗控制系统有

27、广阔的市场，而且需求量在不断增加。智能家居简介智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化Home Automation、电子家庭Elecctronic Home、E-home、数字家园Digital Family、家庭网络Home Net/Networks for Home、网络家居Network Home、智能家庭/建筑Intelligent Home/Building。智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居-系统设计方案平安防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的

28、管理系统，提升家居平安性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。 HYPERLINK tml?wtp=tt门窗监控系统简介监控系统是指应用光纤、同轴电缆、无线等通讯介质将被监控对象的信息传输到控制监督端，并在控制端对信息进行存储、分析处理，同时根据处理结果给执行机构下达动作命令。它能实时、形象、真实地反映被监控对象，不但代替了人眼对被监控对象的监督，而且扩大了人眼的机能，它可以在恶劣的环境下代替人工进行长时间监视和智能处理，报警系统设备对非法行为进行及时报警。 监控系统一般

29、由前端局部、传输局部、控制局部、执行机构、显示局部、报警局部以及系统供电组成的完整系统。门窗监控系统是指集成在门窗上专用的、和门窗功能紧密结合的监控系统。通常构成门窗监控系统的各个局部为：前端局部：前端进行对门窗周围环境变量的采集。采集工具包括各种专用传感器，如温度、湿度、光亮度传感器对温湿度、亮度的参数采集；以及摄像头红外对射管等设备对门窗周围物体进行监视。传输局部：应用光纤、同轴电缆、无线等方式将前端局部采集的信号实时可靠地传输到控制局部。控制局部：单片机、ARM等中央处理芯片对信息进行分析处理、逻辑分析，将分析结果分别下到达执行机构、显示局部和报警局部。执行机构：电机、继电器等执行器件，

30、受控制局部控制命令控制。显示局部：LCD液晶显示、LED灯、数码管等显示器件，显示内容由控制局部控制。报警局部：蜂鸣器、警铃、语音喇叭、警灯等报警器件，警报状态由控制局部控制。系统供电：为系统提供相应幅值的工作电压。如5V、3.3V直流电压分别为电机和控制芯片供电。研究基于RF模块的门窗监控系统课题的作用和意义随着电子技术的飞速开展，自动控制系统智能家居产品的应用已经渗入我们生活的方方面面，其重要性不言而喻。自动化技术正飞速开展，迅速向各种行业的深入渗透，有着巨大的市场空间，射频无线技术更是在当前各个领域蓬勃开展，将射频无线与门窗监控系统结合起来开拓更为广阔的市场。本设计就是一个基于RF模块的

31、门窗监控系统的具体实例。当前门窗监控系统存在的缺乏及本设计的优势当前门窗监控系统大多数采用红外遥控的方式与处理器控制器相连，遥控端没有可视界面，或者有单工显示，显示内容主观性强，显示内容为遥控器下达的状态命令，且遥控距离短方向性强，可靠性低。而本设计中将设计一种基于RF无线技术的连接方式，其遥控端与被控端为半双工工作方式，两端都可以作为接受数据和发送数据的终端，可以实现遥控端液晶显示内容为被控端主动发送的实时数据，保证显示内容的准确可靠性。而且使用RF无线可以实现超过150米的遥控距离，在建筑中能穿越多堵墙进行遥控和监控。本设计的应用意义门窗监控系统在智能家居中起到为家居平安、环境调节起关键作

32、用，其使用稳定可靠和舒适易用性有着很高的要求。本课题中就是为到达一个根本智能化，远程易遥控、易监视的门窗监控系统，其通用于家庭、教室、工厂、仓库、温室、大棚等等地方。本系统有着广泛的应用领域和庞大的消费市场。本课题架构一套完整的门窗监控系统，通过实物模型对现实中门窗等对象进行模拟，设计完全可以进行略微修改移植到产品中。本设计的主要内容本论文设计中的门窗监控系统硬件上可分为两局部，分别为门上系统和遥控系统。门上系统包括门体、门框、传动机构、拖动电机、电机驱动、编码套件、限位传感部件、多个环境传感部件、主控芯片、LED状态显示、声光报警模块、RF无线收发模块。遥控系统包括LCD液晶显示、键盘模块、

33、主控芯片、无线收发模块。具体来说要实现的功能是门上系统通过配套的各种传感器对门窗的周边环境进行检测，将检测到的信号通过处理辨识做出相应动作，并通过RF无线模块与遥控系统进行通信。遥控系统通过RF无线接受信息并显示在LCD上，将键盘控制命令传输到门上系统使其有相应的动作。根据目前的方案设计，本系统将包括亮度、晴雨、红外感应装置。各路装置控制系统在预设定的环境下动作门窗及窗帘或遥控动作门窗。分别包括：-天黑自动关窗 亮度传感器监测室外明亮度，在夜晚不能采光时自动拉上窗，提高室内灯光利用率。-下雨自动关窗 湿度传感器检测室外湿度，在检测到室外湿度过高时认为为下雨或大雾，自动关闭门窗。在下雨时及时关门

34、窗确保室内不受户外高湿度影响室内居住环境。-关闭门窗防夹报警功能 在门窗关闭动作时，实时检测门窗动作范围内是否有障碍物或人存在；如果有障碍或人在门窗关闭轨道上，那么门窗停止关门动作，声光报警直到障碍移除。-防盗报警功能 红外对射传感器检测门窗，阳台、窗外有小偷爬窗进来时立即报警。-遥控功能 基于RF无线的遥控器实现在中远距离对门窗进行监控。包括对门窗、窗帘的开关状态的查看及开关动作的控制本设计涉及的集成开发环境简介单片机软件的开发环境简介当今流行的单片机的软件开发环境有很多，主流的有KEIL ，WAVE，MPLAB IDE，IAR等。在本文中使用的单片机是基于SOC技术8051F系列，因此接下

35、来我将概要地介绍KEIL开发软件。Keil C51特性简介 REF _Ref229809877 r h * MERGEFORMAT 4Keil C51是Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能表达高级语言的优势。 C51工具包的uVi

36、sion与Ishell分别是C51 for Windows和for Dos的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创立生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件 (.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。用于单片机开发的C51根底的知识介绍 RE

37、F _Ref229809936 r h 3由于采用高级语言开发，我们将可以抛开单片机的硬件结构而集中精力于系统功能的开发，但是我们还是不能完全不考虑硬件的束缚。在C51编程中，我们接触最多的就是内存的分配与管理了。大家都知道在单片机刚出现的一段时间内，内存是很珍贵的。就算技术开展到现在，可以花很低的代价得到足够的内存，但是介于存取速度原因，也还是不能不考虑如何管理内存。如果学好这些知识，合理去分配内存，那么在我们今后的开发中将大有益处。接下来，我们将一一介绍这些知识。1、首先我们要知道变量的定义：变量的定义包括了存储器类型的指定可以指定变量存放的位置。每个变量可以明确地分配到指定的存储空间。存

38、储器类型有code 、data、idata 、bdata、xdata 、pdata 这几种。使用这个关键字前缀变量，那么可以到达分配到相应存储空间的目的。分配描述：code 程序存储器64K 字节通过操作码 MOVC A+DPTR 进行访问。data 直接寻址内部数据存储器对变量的最快访问128 字节 ，直接访问的低128 字节内存。idata 间接寻址内部数据存储器访问整个内部地址空间256 字节，通过MOVR0,A访问。bdata 位寻址内部数据存储器允许位和字节混合寻址16 字节，直接访问可位寻址的内存。xdata 外部数据存储器64K 字节通过 MOVX DPTR 访问。pdata 页

39、外部数据存储器256 字节通过 MOVX Rn 访问，在增强型MCU中，会更多字节的内存。再者，C51还有特有的变量类型有：sbit 、 sfr、 sfr16 数据类型 分别表示1位的，8位的，16的存储模式。它们是与CPU相关的用特殊用途的存储空间定义分配。1. bit sbit sfrs 和sfr16 数据类型专门用于8051 硬件和C51 编译器并不是ANSI C 的一局部不能通过指针进行访问。Bit、 sbit、 sfrs 和sfr16 数据类型用于访问8051 的特殊功能存放器例如sfr P0 = 0 x80 定义变量P0 并将其分配特殊功能存放器地址0 x80 在8051 上是P0

40、 口的地址。2、变量使用原那么：在可能实现的前提下，尽量使用char类型，安排程序中重要的变量在data区和存放器中传递。我们如果的访问范围是256字节，那么可以用IDATA实现。对内部数据存储器的访问比对外部数据存储器的访问快许多，因此应当将频繁使用的变量放在内部数据存储器而把较少使用的变量放在外部数据存储器中。有时，我们可以将一些常量放在CODE区，这样可以节省内存，而且也不会担忧被意外更改。3、有关变量存储的扩展知识：在默认的情况下，在Small模式下，系统将没有前缀的变量分配到data区。如果指出前缀的变量那么按分配描述的规那么分配存储区间。我们不但可以指定变量的存储空间， 还可以通过

41、规定其作用范围，生存周期使得CPU的存储资源能在动态运行过程中得到最有效的利用。在子函数内，所有的变量都是存放在存放器内的，这样访问的效率就会很高。而且，在C语言有内存自动回收，重复利用的机制。每次函数被调用时，会分配变量内存，结束后清空。结果由形参返回给主程序，调用子函数时我们只能传二三个参数。如果要多个传送，可以通过指针来实现。作用区域与全部，局部变量有关。如果说我们要最有效使用内存，那么应该尽量使用局部变量。 那么我们可以做到，内存的动态回收。也可以得到程序的封闭性，重用性，方便可移植等这些好处。 还须要注意的一点就是，每个子程序都要检查一下是否被主程序调用，如果没有调用那么就屏蔽掉。否

42、那么就可能会在编译的时候出现内存缺乏的警告， 因为没有被调用的函数，编译器不知道如何分配与回收内存，就把它的变量分配全局变量。 因而造成内存的浪费，严重的情况会造成内存的溢出。4、数据类型：C51 编译器支持下表列出的数据类型除了这些标量类型外还可以将变量组合到结构联合及阵列中除了指明的类型可通过指针访问这些数据类型。C51中主要有以下类型：bit 、char、unsigned char、enum 、short、int、long 。sbit、sfr、sfr16。 其中Bit、 sbit、 sfrs 和sfr16 数据类型专门用于8051 硬件和C51 编译器并不是ANSI C 的一局部，不能通

43、过指针进行访问bit、 sbit、 sfrs 和sfr16 数据类型用于访问8051 的特殊功能存放器例如sfr P0 = 0 x80 定义变量P0 并将其分配特殊功能存放器地址0 x80 在8051 上是P0 口的地址。当结果表示不同的数据类型时C51 编译器自动转换数据类型例如位变量在整数分配中就被。BL51 连接器通过重叠不相关的函数变量管理8051 有限的内部存储器对大多数8051 应用系统来说极大地降低了所需要的存储空间。keil C51编程的有关知识 1、使用关键字前VOLATILE和Const：在C51中编译器在变量没有声明 VOLATILE的情况下，系统出与优化的原因有时会假设

44、它的值而不检查变量值的更新。如果这情况出现通信或控制过程中的话，那将是灾难性的。所以程序编制过程中，应该时刻想想，自己的变量用在什么地方，如果是用在数据采集中，那么应该加上VOLATILE前缀。这是一种平安的用法，你假设不声明也可以实现， 只是你这样做给自己的程序留下了平安隐患。 2、其它考前须知，我在编程的过程中，遇到过定义变量太多而编译无法通过的问题。通过查相关资料，我明白了这与我们的存储模块设定有关。 事情是这样的，在8051内核里有128BYTE的内存，用DATA 类型访问。这个是最快的访问速度，但是它的空间有限，只有很少的。我们用SMALL模式编译时，会将变量优化在这128BYTE内

45、，这样的执行效率是最高的。不过，当我们用到的变量确实放不下时，可以考虑用COMPACT与LARGE模式。这样变量默认会分配到XDATA中，访问速度次之。这是因为CPU读取变量用MOVX 问，变量经过外存，再到存放器，最后才送给CPU，所以速度会慢很多。 再说变量的分配类型，在8051中我们会用到有很多的变量类型，一般说来，这与它的存储结构有关。众所周知，51单片机的内部存储资源有限，所以我们在使用变量存储分配时，应该好好考虑如果做到最优的配置。系统硬件EDA开发工具EDA是电子设计自动化Electronic Design Automation的缩写。本次设计硬件开发使用的EDA软件是Prote

46、l99se。系统设计的电路原理图和PCB幅员均在Protel99se平台上设计绘制完成。 Protel99se软件简介Protel99se是PORTEL公司在80年代末推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高。Protel99se是个完整的板级全方位电子设计系统，它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计包含印制电路板自动布线、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server 客户/效劳器体系结构，同时还兼容一

47、些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100布通率。 Protel 99 SE的系统组成按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大局部和6个功能模块。1、电路工程设计局部(1)电路原理设计局部Advanced Schematic 99：电路原理图设计局部包括电路图编辑器简称SCH编辑器、电路图零件库编辑器简称Schlib编辑器和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。2印刷电路板设计系统Advanced PCB 99：

48、印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器简称PCB编辑器、零件封装编辑器简称PCBLib编辑器和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。3自动布线系统Advanced Route 99：本系统包含一个基于形状Shape-based的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。2、电路仿真与PLD局部1电路模拟仿真系统Advanced SIM 99：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。2可编程逻辑设计系统Advan

49、ced PLD 99：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器Waveform。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计到达最简化。3高级信号完整性分析系统Advanced Integrity 99：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。系统硬件局部设计系统方案论证根据系统的初步设计思路，分别对门体、门框、传动机构、拖动电机、电机驱动、编码套件、限位传感部件、多个环境传感部件、主控芯片、LED状态显示、声光

50、报警模块、LCD液晶显示、键盘模块、无线收发模块进行方案选择比拟论证。微处理器单元方案选择比拟和论证本设计中分别有门上系统与遥控系统的微处理器局部，考虑到门上系统与遥控系统工作量与处理能力的要求，以及设计开发周期的长度控制，决定两大系统将使用同一类型的MCU芯片。无论从设计的简便性，还是硬件本钱上考虑我们选择单片机是比拟适宜的。通过分析可知，系统微处理器需要的硬件资源有SPI总线、集成的AD转换器件、多个IO口。满足要求的单片机主要有以下几种型号可以选择：设计方案一：采用STC系列的8051单片机，优点是硬件本钱比拟低，编程时有许多可得到的参考资料可以参考。不过，用8051也存在一些缺点，比方

51、它的程序写入需要专门的烧写器件提供很高的电压。在需要硬件程序仿真的时候，其仿真器比拟贵。设计方案二：用最新的8051F系列单片机。它有CIP-51TM 的微控制器核 ，与 8051 完全兼容 。C8051F330/1系列器件使用Silicon Labs的专利CIP-51 微控制器内核。CIP-51与MCS-51TM指令集完全兼容，可以使用标准 803x/805x的汇编器和编译器进行软件开发。CIP-51内核具有标准 8052 的所有外设部件，包括 4 个 16 位计数器/定时器、一个具有增强波特率配置的全双工UART、一个增强型SPI端口、768 字节内部RAM、128 字节特殊功能存放器SF

52、R地址空间及 17 个I/O端口。 因此综全考虑，采用8051F单片机作为系统微处理器，它的资源完全可以满足本设计的硬件要求。无线模块选择方案比拟和论证设计方案一、采用红外遥控。红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射雕红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。由于红外线遥控不具有像无线电遥控那样穿过障碍物去控制被控对象的能力，所以，在设计家用电器的红外线遥控器时，不必要像无线电遥控器那样，每套(发射器和接收器)要有不同的遥控频率或编码(否那么，就会隔墙控制或干扰邻居的家用电器)，所以同类产品的红外

53、线遥控器，可以有相同的遥控频率或编码，而不会出现遥控信号“串门的情况。这对于大批量生产以及在家用电器上普及红外线遥控提供了极大的方面。由于红外线为不可见光，因此对环境影响很小，再由红外光波动波长远小于无线电波的波长，所以红外线遥控不会影响其他家用电器，也不会影响临近的无线电设备。设计方案二、用Zigbee的无线收发模块实现无线收发，Zigbee无线收发模块和微处理器通过UART相连， Zigbee技术是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。ZigBee技术的核心是几万行ZigBee/802.15.4 C51源代码，这些源代码和ZigBee无线单片机

54、内核配合，完成数据包装收发、校验、各种复杂的功能。并用开发人员可以得到免费的源代码，在此根底上进行开发。其主要的特点是：它是标准的2.4 GHz的RF无线电收发机。具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰能力。硬件支持CSMA/CA功能，有防止碰撞的机制。具有强大和灵活的开发工具。低功耗，在低耗电待机模式下，可工作6个多月，甚至更长。设计方案三、采用用射频芯片实现无线收发，用RF无线收发模块和微处理器通过SPI接口交换信息， RF12是一款低本钱高集成的收发IC,其内部集成了所有RF收发功能模块电路,外围只须一个MCU,一个晶振,一个旁路电容和一个外置天线就可组成一个高可靠性的收发系统,具有设计

55、简单,生产无需调试的特点。其主要特点有:1 、高功率输出,可设置功率输出大小。2、高集成度, 外围零件少。3、本钱低，设计简单,生产无需调试。4、抗干扰能力强。根据分析，本设计实际选择方案三。因为本设计准备设计的是一定距离内对门窗的监督控制至少100m，具有一定的穿墙能力，收发性能稳定可靠。红外的没有穿透能力和短距离不适合本设计的理念。而ZigBee技术比拟新颖，模块控制原理复杂，本钱高，故本设计中不选用。射频无线作为遥控领域异军突起的一种无线类型，目前已在产品中得到广泛的应用。射频无线的应用原理框图如图3-12所示，收发模块具有完全相同的结构，无线模块与微处理器间采用高效的SPI通讯。图3-

56、12 RF12无线收发模块原理门体模型方案选择比拟与论证设计方案一：使用真实门体。本方案的优势是设计有实用性，但是设计难度较高对电机及驱动要求高，当前设计条件不允许。设计方案二：定做铝合金微缩门体。本方案优点是平台美观，根据要求定做门体容易控制，运行可靠。缺点是设计者对机械方面知识欠缺，定做门体完善度低，导致门体在设计中需要多处修改，修改难度大。设计方案三：自制泡沫材质的门体。本方案的优势在于门体形状功能完全由本人意愿制作，功能形状裁剪程度高。而且门体一直处于半成品，随时根据不同要求修改门体部件模块。缺点是不够美观和结实。综合优缺点，本设计实际选择方案三。方案三的易修改性在后来的设计中起到了重

57、要作用。电机及驱动局部方案选择比拟与论证电机和驱动局部作为系统的执行机构，其方案在被控和运行时的稳定性能决定着整个系统的运行可靠性。电机类型选择比拟与论证设计方案一：使用步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。缺点是运行转速慢噪声大，控制麻烦，本钱高。在本系统中对位移距离要求不高，步进电机的优势不能发挥。设计方案二：使用直流无刷电机。直流无刷电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，寿命长，维护方便噪声小，不存在因电刷而引起的一系列问题，所以这种电动机在控制系统中

58、有很大的应用潜力。但是价格高，控制器要求高，且低速起动时有轻微振动。设计方案三：使用直流有刷电机。优点：控制方便变速平稳，几乎感觉不到振动；温升低，可靠性好； 价格低，所以被较多厂家选用，技术成熟。 缺点： 碳刷易磨损，更换较为麻烦，寿命短； 运行电流大，电机磁钢易退磁，降低了电机与电池的作用寿命。综合三种电机特点，本设计实际选择方案三。由于本设计对电机运行时间的要求不高，而对启动和控制方面有较高的要求，所以方案三的缺点在本设计中影响不大优势却很明显。电机驱动的方案选择比拟与论证设计方案一：使用分立元件搭建H桥驱动电路。优点价格廉价，使用实验室已有元件搭建省去采购的花销。缺点控制电路可靠性低，

59、功能少。设计方案二：使用集成块驱动芯片。优点性能稳点，电路简单，控制便捷，功能强大。缺点是本钱较高。综合来讲，本设计实际选择方案二。由于实际应用中驱动芯片由于运行可靠与使用便捷性受到了许多厂家选用。集成块故障率小，技术成熟，本设计中电机为控制门窗，对可靠性要求较高，应选用方案二。传感器模块方案选择比拟与论证本设计中包括多种传感器，包括：亮度传感器，温度传感器，湿度传感器，红外传感器分别用来对门窗周边天气环境和不明物体的监测。亮度传感器选择比拟与论证设计方案一：使用分立元件光敏电阻配合高性能的ADC模拟数据采集。优点为本钱低性能却很好，输出为实时真实数据。缺点是需要配置适宜的ADC元件，需要与M

60、CU紧密的编程配合协作。设计方案二：使用集成块亮度传感芯片。优点电路简单使用，使用方便。缺点是本钱高，且输出多为开关量，不能获得实时数据。综合上述优缺点，本设计实际选择方案一。本设计中将选用一款内部集成高性能ADC部件，故方案一的缺点被补偿，是理想的选择。温度、湿度传感器选择比拟与论证设计方案一：温度湿度选用独立元件设计使用。温度传感器使用Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820，可以程序设定912位的分辨率，精度为C。可选更小的封装方式，更宽的电压适用范围。分辨率设定，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中。使用“一线总线方式与控制器通讯。湿度传感器采用湿敏电阻配合高性能的A