智能家居系统设计方案技术报告

智能家居系统设计方案摘要： 电气学院电子设计大赛，我组所选题目为《智能家居系统设计》，依据题目要求，我组承受模块细想设计电路：温度采集模块湿度采集模块烟雾探测模块火灾报警模块亮度检测模块温湿度调整模块亮度调整模块无线收发模块显示模块电源模块51一、系统框架图：1、节点采集模块框架图：2、远程数据收发模块框架图：二、各模块电路原理分析：温度采集模块：2、模拟集成温度把握器；3、智能温度传感器；4、通用智能温度把握器；5、微机散宠保护专用的智能温度把握器。本模块考虑方案有两种：承受热电阻温度传感器。有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大。不适合长期使用。2DS18B20DS18B20测量范围从-55℃~+125℃，-10~+85℃时测量精度为±0.5℃，测量区分9~1293.75ms912位的数字量。它具有体积小、接口便利、传输距离远等特点，内含寄生电源。的温度采集模块。DS18B20原理分析：DS18B20内部构造主要由四局部组成：64ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器THTLDS18B20的管脚排列如下:DQ/输出端；GNDVDD〔在寄生电源接线方式时接地〕。DS18B20依靠一个单线端口通讯。在单线端口条件下，必需先建立 ROM操作协议，才能进展存储器和把握操作。因此，把握操作必需首先供给下5ROM(1)ROM,(2)匹配ROM,(3)搜寻ROM,(4)跳过ROM,64ROMDS18B20DS18B20的存储器。一个把握功能指挥指示DS18B20的演出测温。测量结果将被放置在DS18B20THTLEEPROMDS18B20成。通过缓存器读存放器。全部数据的读写都是从最低位开头[5]。测温原理：DS18B20的测温原理如图3.4所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度1。高温度系数晶振随温度21度存放器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进展减法计数当计数器1的预置值减到0时，温度存放器的值将加11120时，停顿温度存放器值的累1[10]。DS1820B外部供电电路：湿度采集模块：电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是依据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进展湿度测量的。设计方案有承受电阻型湿度传感器电子导电型湿度传感器，它通过将导电体粉末〔金属、石墨等〕分散于膨胀性吸湿高分子中制成湿敏膜。随湿度变化，膜发生膨胀或收缩，从且难以实现规模化生产，所以应用较少。HS1101电容传感器HS1101A/D可直接被计算机所采集。比较方案一二，本设计承受HS1101采集湿度。NE555200mA.个外接电容确定，它可以延时数微秒到数小时。其工作电压范围为：4.5VV16V。NE555的框图如以以下图所示。cc基 于555振荡电路的湿度测量电路设计：把HS1101和NE555NE555620”时,3“1”。在此电路中,555依据这一功能用作多稳态触发器输出频率信号的。当电源接通时,由于6和2端的输入为“0”,则定时器3脚输出为“1”；C10,故Vcc

R2和R3对C1C1两端电压到达2V BJTcc1”,BJTC1R3BJT进展放电,当C1两端电压降低到Vcc

/3时,定时器又翻转,使输出变为“1”,内部放电BJT,VCCR2R3C1作循环中的充电时间为Th

=0.7(R2+R3)C1；放电时间为T1

=0.7R3*C1；输出脉冲占空比为q＝(R2+R3)/(R2+2R3),50％,R2两端电容值发生转变,从而转变定时电路的得环境的湿度。烟雾探测模块：气敏传感器是一种因受四周环境中气体成分和浓度变化从而使电阻值或者其他敏感元件发了解到四周环境的变化，从而实现环境的检测和监控。MQ-2气体传感器可用于家庭和工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、传感器的特点。因此，MQ—2MQ—2数据采集局部由烟雾传感器MQ-2A/D转换器组成.MQ-2A/D转换器的连接图如下:火灾报警模块：声光报警局部有蜂鸣器及三级放大管8550组成.当烟雾传感器和亮度传感器检测到数据把握火灾报警器的IOb效，发光二极管发光，蜂鸣器发出警报其电路图所下:5、亮度检测模块：

声光报警局部电路图亮度检测模块承受最简洁的光敏电阻，光敏电阻依据光的强度不同转变电阻值。亮度越发出指令。光敏电阻检测亮度原理图6、亮度把握器：依据亮度检测模块采集的数据和单片机内部设定的数据相比较，当采集数据小于内部设定的数据，单片机把握IO口，利用三极管开关作用，把握继电器，从而把握220v电源开关接通，灯光照明。继电器连接原理图7、无线收发模块为了到达远程远程接收数据和发送发送命令的功能，设计了无线接收和发送模块。模块nfr24l01芯片，搭建外围电路，从而到达接收数据和发送指令的功能。NRF24L01的框图如以以下图所示：CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。CSN：芯片的片选线，CSN为低电平芯片工作。SCK：芯片把握的时钟线〔SPI时钟〕MISO：芯片把握数据线〔Masterinputslaveoutput〕MOSI：芯片把握数据线〔Masteroutputslaveinput〕IRQ：中断信号。无线通信过程中MCU主要是通过IRQ与NRF24L01进展通信。CE：芯片的模式把握线。在CSN为低的状况下，CE协同NRF24L01的CONFIG存放器共同打算NRF24L01的状态〔参照NRF24L01的状态机〕。NRF24L01状态机：NRF24L01的状态机见Fig.2所示，对于NRF24L01的固件编程工作主要是参照NRF24L01的状态机。主要有以下几个状态PowerDownMode：掉电模式TxMode：放射模式RxMode：接收模式Standby-1Mode：待机1模式Standby-2Mode：待机2模式对24L01的固件编程的根本思路如下：置CSN为低，使能芯片，配置芯片各个参数。〔过程见3.Tx与Rx的配置过程〕PowerDown状态中完成。假设是Tx模式，填充TxFIFO。配置完成以后，通过CE与CONFIG中的PWR_UP与PRIM_RX参数确定24L01要切换到的状态。TxMode：PWR_UP=1;PRIM_RX=0;CE=1(保持超过10us就可以)；RxMode:PWR_UP=1;PRIM_RX=1;CE=1;4)IRQ引脚会在以下三种状况变低：TxFIFO发完并且收到ACK〔使能ACK状况下〕RxFIFO收到数据将IRQ接到外部中断输入引脚，通过中断程序进展处理。Nfr24l018、LCD160216021602字符型液晶它是一种特地用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有假设干个5X75X11符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，〔用自定义CGRAM，显示效果也不好〕1602LCD16X216〔显示字符和数字〕。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780HD44780LCD1602与单片机的接线VCCR12

J4DC

1602 CDCNVG1K NCOSGVVRR

012EDDD

34567DDDDD

- GBB123456789

01234561111111567012222000PPPPPP

3456700000PPPPP管脚号1管脚号123符号VssVddV04RS5R/W678910111213141516EDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7AK功能电源地〔GND〕电源电压(+5V)LCD驱动电压(可调)存放器选择输入端，输入MPU选择模块内部存放器类型信号：RS=0，当MPU进展写模块操作，指向指令存放器；当MPU进展读模块操作，指向地址计数器；RS=1，无论MPU读操作还是写操作，均指向数据存放器读写把握输入端，输入MPU选择读/写模块操作信号：R/W=0读操作；R/W=1写操作使能信号输入端，输入MPU读/写模块操作使能信号：上升沿有效数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道数据输入/输出口，MPU与模块之间的数据传送通道背光的正端+5V背光的负端0V4位方式通讯时，不使用DB0-DB31脚：VSS为地电源2脚：VDD5V正电源3脚：V0为液晶显示器比照度调整端，接正电源时比照度最弱，接地电源时比照度最高，比照度过高时会产生“鬼影”10K的电位器调整比照度第4脚：RS为存放器选择，高电寻常选择数据存放器、低电寻常选择指令存放器。第5脚：RW为读写信号线，高电寻常进展读操作，低电寻常进展写操作。当RSRWRSRW为高电寻常可RSRW为低电寻常可以写入数据。6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电寻常，液晶模块执行命令。7～14脚：D0～D78位双向数据线。15～16脚：空脚HD44780DDRAM〔RAM〕、CGROM〔ROM〕CGRAM〔RAM〕。DDRAMRAM，用来存放待显示的字符代码。共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如下表：LCD1602屏幕的第一行第一列显示一个“A”字,DDRAM00H地址写入“A”LCD40个地址在160216个就行了。其次行也一样用前16个地址。对应如下：DDRAM地址与显示位置的对应关系1602〔CGROM)160下表所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，“A”的代码是01000001B〔41H〕，显41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”9.电源模块：121234DJ1FUSE11234567891011121314151617181920212223242526L1LM7805CT1 Vin+5V3V61B10+DNGV6C43C1203225VGNDC1520L2LM7812CTVinDNG/C52C20222+2VB212VGND5VBFUSE320C3161C62DNGJ21234567891011121314151617181920212223242526D+5VC+12V+1V3FUSE2V6B02VinL3LM7912CT23-12VTitleSizeA4Date:File:NumberRevisionAA12-Oct-2007Sheet ofM:\\\:I-1(06)\I-1.d三、软件编程KEIL利用C语言编程，在此过程中需要重点了解单片机串口传输、中断、定时等。四：自我发挥局部：因本组成员中课余时间学习了android编程，考虑到现今智能手机在大学校园中广泛流行，故考虑将智能手机蓝牙无线收发数据及操作融入到智能家居系统中去。在应用的时候，硬件搭建以手机自带的蓝牙模块为主机模块，以蓝牙从机模块连接51TX、RX.和单片机的串口通讯大同小异。硬件搭建完毕后，给智能手机编写应用程序，本次给android智能机编写程序，androidjavagoogleAPIshock编通信程让