智能家居控制系统的设计 - 图文(3)

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它们的频率特性也不同，硫化铅的使用频率比硫化镉高得多，但多数光敏电阻的时延都比较大，所以，它不能用在要求快速响应的场合。

3.2.2 温度采集模块电路设计

本方案采用DS18B20芯片进行温度采集。 （1）温度采集器件

方法一是采用热电阻传感器作为感温元件，热电阻随温度的变化而进行变化，用仪表测出热电阻的阻值变化，从而来采集温度。最常用的是铂电阻传感器，化学性质稳定。

方法二是采用数字式传感器DS18B20作为温度传感器，它无需其它外加电路，直接输出数字量。单总线器件，可直接与单片机通信，电路简单使用方便。基于这些优点选用数字式传感器进行温度的采集，它的测试精度、转换时间、传输距离等方面效果很好。 (2)DS18B20介绍

Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20、DS1822“一线总线”数字化温度传感器同DS18B20一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55℃~+125℃，DS1822的精度较差为±2℃。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。其DS18B20的内部结构、管脚配置、封装结构图如下图3.3所示。

存储器和控制器温度灵敏原件64位ROM和单线接口电源检测8位CRC生成器低温触发器TL高速缓存存储器高温触发器TH配置寄存器 图3.3 DS18B20内部结构

DS18B201 2 3GNDDQVcc

图3.4 DS18B20封装图 图3.5 DS18B20实物图

引脚定义：

① DQ为数字信号输入/输出端； ② GND为电源地；

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③ VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 (3)DS18B20的供电方式

在图中示出了DS18B20的寄生电源电路。当DQ或VDD引脚为高电平时，这个电路便“取”的电源。寄生电路的优点是双重的，远程温度控制监测无需本地电源，在缺少电源条件下也可以读ROM。为了使DS18B20能完成精确的温度测量，当温度发生变化时，DQ线上必须提供足够的功率，以确保正常运行。

有两种方式可以确保 DS18B20 在其有效变换期内得到足够的电源电流。第一种方式为发生温度变换时，在 DQ 线上提供一个上拉电阻，这期间单总线上不能有其它的动作发生。通过使用一个 MOSFET 把 DQ 线直接接到电源可实现这一点，这时DS18B20 工作寄生在电源工作方式，在该方式下 VDD 引脚必须连接到地。另一种方式是 DS18B20 工作在外部电源工作方式，这种方法的优点是在 DQ 线上不需要强的上拉，总线上主机不需要连接其它的外围电路，即可在温度变换期间使总线保持高电平，同时也允许在变换期间允许其它数据在单总线上传送。此外，在单总线上还可以并联多个

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DS18B20，如果它们全部采用外部电源工作方式，那么通过发出相应的命令即可同时完成温度变换。 (4) DS18B20设计中应注意的几个问题

DS18B20具有连接方便、占用接口线少、测温系统简单、测温精度高、等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于DS18B20 与微处理器之间间采用串行数据通信。因此， 在对DS18B20 进行读写数据编程时，必须严格的确保读写时序，否则将无法读取测温结果。在DS18B20 有关资料中可能没有提及1Wire上所挂DS18B20数量问题，容易使人误以为可以挂任意多个DS18B20，而实际应用中并非如此。当1Wire上所挂DS18B20超过8个时，就要考虑微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时要加以注意。连接DS18B20的总线电缆是有长度限制的。实际应用中，测温电缆线可以采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC 和地线，屏蔽层在源端单点接地。接线如图3.6所示。

VCCP1.60 0 0DS18B20

图3.6 DS18B20工作电路

本文以广泛应用的数字温度传感器DS18B20为例，说明了1Wire总线的操作过程和基本原理。事实上，基于1Wire总线的产品还有很多种，如1Wire总线的E2PROM、实时时钟、电子标签等。这些产品节省I/O资源、开发快捷、成本低廉、便于总线扩展、结构简单等优点，因此有广阔的应用空间，具有较大的推广价值。 3.3 GSM无线传输模块电路设计

无线通讯模块采用SIM900A芯片实现，主要负责实现与远程终端的数据传输功能。SIM900A模块是一款尺寸紧凑，内置TCP／IP协议栈的GSN／GPRS模块，完全采用SMT封装形式，性能稳定，外观精巧，性价比高，并且能够满足用户的多种需求。数据采集卡硬件部分，通过对89C52单片机编程实现对温度、光线，时间等参数的采集、处理、发送等功能。

采集卡上电复位后，驱动软件先执行初始化操作，初始化包括主控芯片的端口，串口波特率，EEPROM中的固定参数，以及GSM模块的GSM通道设置，模块串口设置。之后主控芯片定时判断是否有来自手机短信的预设的数据请求命令接口。其外部时钟电路每分钟触发的一次中断信号，开始采集传感器中获取的数据值。当有命令传来时，就组建信息报文，通过串口将报文数据通过无线发送模块传送出去。芯片管脚图：

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GND4P3.1RXDGSM模块 321P3.0 TXD VCC

图3.7 SIM900A芯片管脚分布 图3.8 SIM900A实物图

芯片管脚分布已经在上图展示出来,下面对这几个管脚进行简单的分析。

RXD：与单片机TXD连接，单片机的输出作为GSM模块的输入。 TXD：与单片机RXD连接，单片机的输入作为GSM 模块的输出。 GND：系统的VCC。 VCC：系统的GND。 3.4 显示模块电路设计

本设计用的是字符型液晶LCD1602来显示采集的温度,光线，还有设置的时间，及控制类型。 （1）字符型液晶显示模块简介

1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，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，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。 （2）字符型液晶显示模块引脚和内部结构

本设计所使用的LCD1602工作原理图如图3.9所示，实物图如3.10所示。

LCD1602液晶显示屏1013121116151468 图3.9 LCD1602显示电路 图3.10 液晶显示实物图

第1脚：VSS为地电源。 第2脚：VDD接5V正电源。

第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。

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4321759P30P31P10P32P13P12P11P16P15P14P17vcc10kVCC

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第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。

第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。

第6脚：E端为始能端，当E端由高电平变成低电平时，液晶模块执行命令。 第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。 第15～16脚：空脚。

第17脚：复位端，低电平有效。 第18脚：显示驱动电压输出端。 第19脚：VDD背光电源正端+5V。 第20脚：VDD背光电源负端。

12864液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。指令如下：

指令1：清显示。指令码01H，光标复位到地址00H位置。 指令2：光标复位。光标返回到地址00H。

指令3：光标和现实模式设置I/D。光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S：屏幕上所有文字是否左移或右移。高电平有效，低电平则无效。

指令4：显示开关控制。D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B:控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。

指令5：光标或显示以为S/C。高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。

指令6：功能设置命令 DL。高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平双行显示 。

指令7：字符发生器RAM地址设置。 指令8：DDRAM地址设置。 指令9：读忙信号和光标地址 BF。为忙标志，高电平表示忙，此时模块不能接受命令或者数据，如果为低电平表示不忙。

指令10：写数据。 指令11：读数据。 3.5 报警模块电路设计

本设计的报警电路采用了一个蜂鸣器来实现。报警电路连接在单片机的某一特定管脚，随时会根据输出信号控制报警电路的工作与否。设定一个温度界限，当采集到的温度超过界限的时候，蜂鸣器则会一直响；当温度在温度界限内时，蜂鸣器停止鸣叫。报警电路工作原理如图3.11所示。

P00

图3.11 报警电路工作原理图 图3.12蜂鸣器实物图

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3.6 时钟模块电路设计

DS1302芯片的接口电路如图3.13所示，DS1302实物图如图3.14所示。

+3V+5VVCC1VCC2P1.5P1.3P1.4X132.768RSTSCLKI/OX2

图3.13 时钟电路图 图3.14 DS1302实物图

GND

本设计使用的实时时钟电路芯片是美国DALLAS公司生产的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路芯片DS1302，时钟芯片在本系统中除了起到时间的显示外，还在时间控制中起到重要作用，所以是必不可少的。其各个引脚：

VCC1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302由VCC1或VCC2两者中的较大者供电；当VCC2大于VCC1＋0.2V时，VCC2给DS1302供电；当VCC2小于VCC1时，DS1302由VCC1供电。X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。RST是复位/片选线，通过把RST输 入驱动置高电平来启动所有的数据传送。RST输入有两种功能。首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。上电运行时在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。I/O为串行数据输入输出端(双向)，SCLK始终是输入端。本设计入端。本设计连接图如图3.15所示，其中C1和C2起微调晶振的作用。 3.7 红外线模块电路设计

红外通信是利用950nm近红外波段作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射信号。接收端将接收到的信号装成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制信号后输出。常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制（PPM）两种方法。

简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调。

红外遥控系统主要由遥控发射器、一体化接收头、单片机、接口电路组成。遥控器用来产生遥控编码脉冲，驱动红外发射管输出红外遥控信号，遥控接收头来完成对遥控信号的放大、检波、整形、解调出遥控编码脉冲。遥控编码脉冲是一组串行二进制码，对于一般的红外遥控系统，此串行码输入到微控制器，由其内部CPU完成对遥控指令解码，并执行相应的遥控功能。

红外遥控控制过程：本系统以89C51单片机为核心，由发射和接受两部分组成，发射部分主要完成编码和调制，接收部分完成调解和解码。其发射部分主要由89C51单片机完成编码，然后由红外发射管发射红外线，接收部分主要由光电转换，放大，解调，解码组成。其中光电转换，放大调解由红外线一体化接头来完成，接收单片机主要完成解码功能。红外接收接口连接图如图3.16所示，实物图如图3.17所示。

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