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1、 单片机作为控制智能家居系统毕业论文1 前言随着现代科学技术的飞速发展和人民生活水平的快速提高，尤其是手机等通信手段的普与以与微处理器的飞速发展，人们对其生活住宅环境的要求也越来越高。表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所，而且对安全性、智能性等方面也提出了更高的要求，因此智能家居系统也应运而生。现在国很多小区安装了智能报警系统，大大提高了小区的安全度，有效保证了人们的人身财产安全，但是光有安防还不够，还需要更多智能性的功能，比如智能家用电器控制、智能温湿度控制等，这就需要一套智能家居系统，让居民对家居实现智能化远程控制，这将成为现代化家居系统的发展趋势。1.1 智能家居系统的概念与一般功能智能家
2、居系统（Smart Home System）的概念最早出现于美国。它一般是指将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技术连接到一个智能家庭控制器上，并把其中的一些设备和装置通过家庭网关接入互联网，以实现其现场和远程实时监视、控制、家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住户与环境的和谐与协调13。一般具有如下特征：(1) 家庭中具备完善的、综合的安保防灾措施和生活服务的智能控制器；(2) 家庭与小区与社会具有高度的信息交互能力；(3) 家庭部具备完善的安保措施、全面的设施监控管理和信息化的服务管理；(4) 为家庭提供多媒体信息服务。智能家居系统一般具有如下功能：(1)
3、庭联网功能；(2)短信收发功能；(3)防盗报警功能；(4)防灾报警功能；(5)求助报警功能；(6)场景控制功能；(7)定时控制功能；(8)远程控制功能；(9)联动控制功能。1.2 智能家居的国外现状与发展趋势智能家居与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性、舒适性、甚至合理控制各种能源的使用。1.2.1 国外发展现状在国外，智能家居常被称为“SmartHome”。目前，世界上许多
4、计算机、通信、家电行业的巨人都认识到它的巨大市场潜力，纷纷进入这个领域。Cisco、Intel、Nortel、Motorola、Lucent、3Com、IBM、Ericsson和松下等公司都己开始建立智能信息家电和智能家居公司。目前已出现在市场上的智能信息家电和智能家居类的产品主要有:(1) 美国的X-10系统，该系统是通过电力线作为网络平台，采取集中控制方式实现多种功能，目前在国应用极少，这套系统的功能较为强大，但它暂时不具备在国市场推广的条件。首先，它是基于美国的电力环境设计的，很难适应国恶劣的电力线环境;其次，它的功能虽然强大，但是针对西方消费的习惯设计的，难以满足国消费者的要求;最后，
5、也是最为重要的因素，它的价格也是国的房地产品和普通消费难以承受的。(2) 德国的EBI系统，该系统采用的是预埋总线与中央控制方式实现各种控制功能，目前在国应用极少。究其原因，一个是其工程要求较为复杂、严格;另一方面，由于它需要进行线路预埋，因此主要客户对象是新建小区的开发商，但它较高的价格是这些开发商所难以承受的，所以一直无法打开国市场。(3) 新加坡8X系统，该系统采用预埋总线和集中控制方式实现各种功能，同时，利用的产品可对系统进行扩展。目前该系统在国有少量应用。应该说8X 系统最大优势在于系统较为成熟，是比较适合中国国情的系统，在国与东南亚市场有成功应用的例，但在系统架构、灵活性、价格等方
6、面还难以满足要求。首先，8X采用的预埋总线方式决定了它的切入点只能是新建小区，对于旧房改造这一潜在的巨大市场它无能为力;其8X 集中控制的方式降低了用户的可选择性，前期投入成本较高，而这正是房地产商最为关心的问题2。1.2.2 国发展现状我国的智能家居相对于国外起步较晚，尚未形成一定的国家标准，主要采用国外的技术和产品阁，但也有一些企业推出了自己的产品，其中主要有:(1) 清华同方的e-Home数字家园。清华同方智能家居控制系统是专门针对中国家庭设计的家庭自动化系统，遵循国际技术标准，采用嵌入式软、硬件技术，提供网络、网络节点与末端设备等全系列家庭自动化产品。系统可以提供的功能有:智能调光、家
7、电管理、远程控制、家政保安、环境设置和窗帘控制等功能。清华同方的e-Home 数字家园主要是在智能大厦、智能小区的建设中，提供完整的系统解决方案，产品以功能模块开发为主，采用国外成熟的智能家居标准之上。(2) 海尔的“e家庭”。2000年9月海尔提出“e家庭”概念，并计划陆续推出以下的“e家庭”产品:家庭无线网络、整体智能厨房、整体卫浴、智能上网设备、ebook、掌上智能设备、指纹/瞳孔识别系统、TabletPC等产品。海尔的“e家庭”以海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，以海尔移动作为移动数字控制中心。在技术方面，海尔与微软合作，利用微软的windowsMe 技术和海尔的网络家电
8、技术，使“e 家庭”己具雏形，海尔己推出了网海尔的“e家庭”科隆的“现代家居信息服务集散控制系统”络洗衣机、网络冰箱、网络空调、网络热水器、网络微波炉等一系列信息家电的产品 。(3) 科隆的“现代家居信息服务集散控制系统”。科隆集团推出的“现代家居信息服务集散控制系统”，有效地集成了家电智能控制、家电远程故障诊断与维护、远程互联网控制和家庭娱乐诸项功能。以上三种具有代表性的我国智能家居系统，是不同企业和科研单位从不同角度和立场理解智能家居的结果,由于 智 能 家居系统现在还缺乏统一明确的国际标准，因此很多公司开发出的产品使用的是自己组网技术和信息交换协议，有的核心技术没有对外公开，技术复杂，不
9、易掌握，有很多产品是针对特定的组网环境开发的产品，因此，限制了其使用的围，而且由于是少数几家公司约定的技术，相关第三方产品缺乏，各个接入设备之间不能兼容，互操作性差，用户扩充系很不方便，限制了其进一步的发展。还有的系统成本太高，普通用户难以承受，所以也没能广泛推广使用。因此设计一个符合国情、符合国家规的集远程控制和本地控制为一体的智能家居控制系统具有非常重要的现实意义和深远的历史意义。1.2.3 智能家居系统的发展方向(1) 向“一体化系统集成”方向发展。家居智能化需满足自动化管理、三表计量、安全防监控、火灾报警、对讲呼叫、设备监控等六方面容，把六项容的智能化功能集成，从而降低成本，是其未来发
10、展的一个方向。(2) 向节能环保方向发展。智能化的本质之一是降低成本和提高效率，节能是降低成本的关键技术；环保是全球的要求，智能家居如何结合现有技术降低功耗、减少对家庭和小区的环境污染，提高生活环境的质量，这些也是其未来发展必须考虑的因素，也是“科学发展观”的最好实践。(3) 向仿人智能化、网络化、人性化方向发展。仿人智能化是智能控制发展的必然趋势，它是当代高科技技术和生物学技术的高度综合和升华。因此，家居的智能化也必然向仿人智能化方向发展；网络化是信息技术、通信技术和计算机技术发展的必然趋势，是智能化的一个重要条件；人性化表达了“以人为本”的思想，是科学技术发展的目的和最终归宿。因此，也是智
11、能家居未来的一个发展方向。(4) 向规化、标准化方向发展。我国智能家居发展较晚，新技术、新产品层出不穷，标准和规还在制定之中。产品的规化、标准化方面仍存在着许多问题；WTO的加入还需考虑和国际接轨的问题；规化、标准化是智能家居快速发展、走入国际市场的必由之路。(5) 向具有“中国特色”的家居智能化方向发展。家居智能化系统需要大量的适合中国国情的产品和运行软件，目前开发的软硬件产品的种类较少，水平较低。因此，这一方面的研究开发急需加强。而在我国现今的生活环境下，普通百姓在家庭装潢时对于智能家居系统暂时还处于陌生和不承受的状态，其中主要原因为智能家居系统的高昂成本让智能家居难以走进普通百姓家庭。在
12、这样的环境下，研究新的智能家居系统就尤为主要，本设计主要以单片机为主要控制芯片，利用手机短信通讯，大大降低了成本，节能环保 4-6。2 系统设计的总体方案2.1 设计任务与其要求基于单片机设计的一个家用智能总线式系统，能实现对任意房间的用电设备的控制，并能指示设备状态，能实现基于公用网的远程开关功能；能对门、窗的状态进行监控；能检测室的温度并能进行调节，且具有防火防盗功能。要求：完成系统的方案选型，元件选择，软件设计。技术指标：(1)采用总线式连接；(2)能实现本地按键控制和远程控制。 (3)能控制任意房间的用电设备，具有防火防盗功能。2.2 设计目的本设计将利用中央控制器控制各个电路模块达到
13、安防、温湿度检测、电器控制等功能的远程和本地控制。其设计模型图如图2-1所示。图2-1 设计模型图2.2.1 温度检测控制通过对室温度监测，得到实际温度与设定温度比较值：当实际温度低于设定温度一定值时，在夏季关空调，在冬季开暖气；当实际温度高于设定温度一定值时，在夏季开空调，在冬季关暖气。当监测参数超标时与时给用户返回警告信息，同时，在一般情况下，用户可以用手机向中央控制器发送短信，查询实时环境参数。2.2.2 安防报警当一氧化碳传感器、甲烷气体传感器检测到气体超过预设值时，门磁开关、窗户反射式传感器检测到有动作时，在设防状态下，现场就会有报警信息发送到用户手机上。用户通过手机短信了解和与时处
14、理报警，如果是误报，可以取消报警，达到控制的目的。2.2.3 电器控制电器控制主要是控制家用电器的电路通断，将家用电器的开关换成继电器，再由控制中心发送指令控制继电器的启闭，从而达到控制电器的目的。2.3 家居智能化实现途径家居智能的基本目标是，将家庭中的各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术（HBS）连接到一个智能话的系统上进行集中或者异地的监测、控制，并保持这些家庭设施与住宅环境的协调。根据本设计的要求和目的，参考国外相关技术的发展状况，根据我国住宅的实际情况，简单介绍几种家居智能化的实现途径。2.3.1 中央控制器随着社会的发展和需求的提高，计算机也在不断地更新
15、与发展。由于计算机的产生是应数值计算而产生的，因此长期以来计算机技术都是沿着满足大量高速数值计算而发展的，直到20世纪70年代，电子计算机在数字逻辑运算、推理、自动控制等方面显露出非凡的功能后，在各种控制领域开始对计算机技术发展提出了与传统大量高速计算完全不同的要求。这些要求是：面对控制对象、面对各种传感器信号、面对人机交互操作控制、能方便地嵌入工控应用系统中等。为了实现上述要求，近年来，单片微型计算机(简称单片机)应运而生，单片机一词最初是SingleChipMicrocomputer”，简称SCM。随着单片机在技术上、体系结构上不断扩展其控制功能，单片机已不能用“单片微型计算机”来准确表达
16、其涵。国际上逐渐采用MCU(MicroControllerUnit”)来代替，形成了单片机界公认的、统一的名词。单片机一个是微型的电脑，麻雀虽小，五脏俱全，它部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件。要实现家居的智能化控制，需要一个中央控制器为数据进行处理和分析，同时控制完成各种智能化功能，这个处理器可以是计算机（PC机）和单片机（MCU），根据设计的要求和目的，选用单片机作为系统的中央控制器。它和PC机对比有以下几点优点：(1) 成本低，耗能低，功能齐全；(2) 设计简单，方便安装和携带；(3) 有较强的抗干扰能力；(4) 编写的程序可以实现高智能，
17、高效率，以与高可靠性。 2.3.2 远程通信远程通信主要是指用户在外地通过某种通信方式控制整个智能家居系统。其方案主要有三种：一种是通过Internet网进行控制，一种是通过电力线进行控制，一种是通过网机进行控制7。(1) 通过Internet网进行控制。随着网络技术的飞速发展，Internet技术在住宅小区的使用潜力日益突出，它可以为用户提供远程教育、网上购物、电子银行、住宅安全的状况的网上查询、家用电器的网上实时监控等方便、快捷的服务。(2) 通过电力线进行控制。电力线通信技术（PLC）是把载有信息的高频加载于电力，用电力线传输，通过调制解调器将高频信号从电流中分离出来，传送到计算机或其他
18、信息家电，以实现信息传递的一种通信方式。电力线通信技术有以下优点：信息家电可以通过电力线进行通信，无需另外布线，利用电源线实现智能家居网络成本较低，电力网是覆盖围最广的网络，PLC技术可以轻松的渗透到每一个家庭，其应用围广泛，网络的接入点是电源插座，数目较多且接插方便。(3) 通过网进行控制。基于Internet网进行控制和基于电力线进行控制的远程控制方案，都是组网成本较高、技术难度大，对维护者的技术水平要求也比较高，它适用于新建的中高档住宅。网络是一种技术成熟并且比较普与性的通信网络，那么从基于成本、实用性和大众化的考虑，决定本方案采用网络实现对系统的远程控制。基于已有的网络实现远程控制是网
19、络控制中一种简单、廉价的控制方式，利用的远程控制主要是通过发送手机的短信息传送控制信息，通过对信息的分析得到相应的控制命令,达到控制目的。2.3.3 本地通信本地通信是指各个模块之间的通信，主要是考虑模块运用的现场总线形式和个模块之间信号传输所用的介质。现场总线作为一种先进的工业控制技术，将当今网络通信与管理的观念带入工业控制领域。把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，将他们连成可以相互共同信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。下面就几种主流的现场总线做一简单介绍。1）RS-485/422采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的TTL电平信号转换成差分信号
20、A,B两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成TTL电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以又极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mV电压。故传输信号在千米之外都是可以恢复。RS-485/422最大的通信距离约为1219M，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。RS-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。如果需要使
21、用星型结构，就必须使用485中继器或者485集线器才可以。RS-485/422总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。2）CAN（ControllerAreaNetwork 控制器局域网）。最早由德国BOSCH公司推出，它广泛用于离散控制领域，其总线规已被ISO国际标准组织制定为国际标准，得到了Intel、Motorola、NEC等公司的支持。CAN协议分为二层：物理层和数据链路层。CAN的信号传输采用短帧结构，传输时间短，具有自动关闭功能，具有较强的抗干扰能力。CAN支持多主工作方式，并采用了非破坏性总线仲裁技术，
22、通过设置优先级来避免冲突，通讯距离最远可达10KM/5Kbps/s，通讯速率最高可达40M /1Mbp/s，网络节点数实际可达110个。目前已有多家公司开发了符合CAN协议的通信芯片。3）Lonworks。它由美国Echelon公司推出，并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部层通讯协议，采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设计简化为参数设置。支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等，直接通信距离可达2700m（78Kbit/s），被誉为通用控制网络。Lonworks技术采用的LonTalk
23、协议被封装到Neuron（神经元）的芯片中，并得以实现。此外较有影响的现场总线还有DeviceNet、PROFIBUS、HART、CC-Link、WorldFIP、INTERBUS、P-Net、SwiftNet等总线形式。由于RS-485总线的最高速率可以达到10M/s，所以作为智能家居系统，RS-485总线由于可靠性高、性价比高，是通信可靠性最高、实时性和灵活性最好的通信方式。而信号传输的介质是网络中发送方与接收方之间的物理通路，它对网络的数据通信具有一定的影响。常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输媒介。(1) 双绞线。双绞线简称TP，由两根绝缘导线相互缠绕而成，将一对或多对双
24、绞线放置在一个保护套便成了双绞线电缆。双绞线既可用于传输模拟信号，又可用于传输数字信号。双绞线非常适合于短距离通信。(2) 同轴电缆。同轴电缆由绕在同一轴线上的两个导体组成。具有抗干扰能力强，连接简单等特点，信息传输速度可达每秒几百兆位，是中、高档局域网的首选传输介质。(3) 光纤。光纤又称为光缆或光导纤维，由光导纤维纤芯、玻璃网层和能吸收光线的外壳组成。具有不受外界电磁场的影响，无限制的带宽等特点，可以实现每秒几十兆位的数据传送，尺寸小、重量轻，数据可传送几百千米，但价格昂贵。(4) 无线传输媒介。无线传输媒介包括：无线电波、微波、红外线等。在本设计中，选用有线双绞线作为本地通信的传输介质，
25、首先在和无线传输对比上节约了成本，减少了无线对人体造成的辐射，和其他有线传输形式对比，则更容易实现，在智能家居系统设计里，是最优的选择。3 单片机控制系统硬件电路设计本设计主要实现基于公用网络的本地控制和远程控制功能，其整体框图如以下图3-1所示。图3-1 系统整体框图3.1 中央控制器STC89C52型单片机单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机11。STC89C52是51系列单片机的一个型号，它是标检集团（STC）公司生产的。选用STC89C52单片机的理由：高可靠、超低价、低功耗、无法解密、程序下载
26、简单。89C52是一个低电压，高性能CMOS的8位单片机，片含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央控制器和Flash存储单元，功能强大的89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，STC89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程，用STC 提供的STC-ISP.e
27、xe 工具将您原有的代码下载进STC 相关的单片机即可,或用通用编程器编程.其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。STC89C52有PDIP、PQFP/TQFP与PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。其PDIP封装形式如图如图3-2所示。图3-2 STC89C52的PDIP封装形式主要功能特性： 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源
28、 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能3.2 RS-485总线3.2.1 RS-485总线接口设计在本设计中，采用的是以89C51单片机为主控制器，MAX1487的电平转换芯片为驱动器与传输器的接口模块。如图3-3所示，此为RS-485总线的接口示意图。RS-485利用信号导线之间的信号电压差，通过传输线驱动器，把逻辑电平变换成电位差，完成始端的信号传送；再通过传输线接收器，把点位差转换成逻辑电平，完成终端的信号接收。图3-3 RS-485接口示意图对于单片机，我们通常采用MAXIM公司的MAX1487作为接口芯片。这里简要介绍MAX487的
29、特性。MAX1487是专门为RS-485通信的半双工应用设计的小功率收发器,它含有一个驱动器和一个接收器。它的特点是具有限斜率的驱动器，即驱动器发送的数字信号，其边缘的斜率是受限制的，可以使电磁干扰（EMI）减至最小，并减少因电缆终端不匹配而产生的反射影响，因此可以高达250kbps的速率无误差的传送数据。而其它如MAX481，MAX485则不具备这种功能，在传输的准确性就要差一点。MAX1487的特点是：*无误差数据传送的限斜率驱动器*0.1A低电流关闭方式*-7V+12V共模输入电压围*三态输出*半双工工作方式*工作电源为单一的+5V*总线可接128个收发器*限流和热敏控制电路为驱动器提供
30、过载保护因为MAX1487的输入阻抗为48K，允许在一条总线上接128片MAX1487。标准的RS-485接收器的输入阻抗是12K，总线上最多可以接32个收发器。所以MAX1487可以和其他收发器任意组合，只要总负载小于或等于32个单位负载，则可以接在总线上。所以采用32个MAX487共用一条总线是完全可行的。以下图3-4为MAX1487的典型的工作电路模型：图3-4 MAX1487工作电路模型从上图我们可以看到MAX1487是八脚封装芯片，下表是它的引脚说明。表3.1 MAX487引脚功能引脚名称功能1RO承受器输出端，A-B200mV,RO=1,A-B200mV,RO=02接收器使能端，为
31、“1”时输出被禁止，为“0”时，允许接收器输出。3DE驱动器使能端，为“1”时允许驱动器工作，为“0”时，驱动器禁止，输出为高阻。4DI驱动器输入端5GND地6A同相接收器输入和同相驱动器的输出端7B反相接收器输入和反相驱动器的输出端8Vcc正电源输入端，4.755.25V由MAX1487收发器组成的差分平衡系统,抗干扰能力强,接收器可以检测到低达200mV的信号,传输的数据可以在千米外得到恢复,因此特别适用于远距离通信.因此选用MAX1487组成满足RS-485标准的通信网络.值得注意的是传输线地选择和阻抗匹配.在差分平衡系统中,一般选择双绞线作为信号传输线,因为双绞线在长度,方向上完全对称
32、,因此它们受到外界干扰程度完全相同,干扰信号以共模方式出现.在接收机地输出端由于共模干扰受到抑制,所以实现了信号的可靠传送。而由于信号在传输线上传送，若遇到阻抗不连续的情况，会出现反射现象，从而影响信号的远距离传送，尽管MAX1487能够减少反射的影响，但是还是要采用匹配的方法来消除反射。因此通常会在传输线的末端接120的电阻，进行阻抗匹配。由于在本设计中主机只用来接收数据，从机只用来发送数据，因此完全可以将主机连接的MAX1487芯片的/RE和DE两使能引脚接地，而将与从机相连的MAX1487芯片的两使能端接高电平，从而实现两机的串行通讯。RS-485总线控制器接口模块原理图如图3-5所示。
33、图3-5 RS-485总线电路图3.3 上位机3.3.1 键盘模块键盘是有让干个按键组成的，它我单片机最简单的输入设备。操作员通过键盘输入数据目录，实现简单的人机对话。按键就是一个简单的开关，相当于开关闭合；当按键松开时，相当于开关断开。按键在闭合和断开时，会存在抖动现象，按键的抖动时间一般为5-10ms，抖动可能造成一次按键的多次处理问题。应采用措施消除抖动的影响。按键抖动的波形图如图3-5所示。图3-5 按键抖动的波形按键稳定闭合时间的长短则是由操作人员的按键动作决定的,一般为零点几秒至数秒。键抖动会引起一次按键被误读多次。为确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理,必须去除键抖动。在键闭合稳
34、定时读取键的状态,并且必须判别到键释放稳定后再作处理。按键的抖动,可用硬件或软件两种方法。(1) 硬件消抖：在键数较少时可用硬件方法消除键抖动。以RS触发器作为常用的硬件去抖电路如图3-6所示。图3-6 RS触发器消抖图中两个“与非”门构成一个RS触发器。当按键未按下时,输出为1;当键按下时,输出为0。此时即使用按键的机械性能,使按键因弹性抖动而产生瞬时断开（抖动跳开B）,按键不返回原始状态A,双稳态电路的状态不改变,输出保持为0,不会产生抖动的波形。也就是说,即使B点的电压波形是抖动的,但经双稳态电路之后,其输出为正规的矩形波。这一点通过分析RS触发器的工作过程很容易得到验证。(2) 软件消
35、抖：如果按键较多,常用软件方法去抖,即检测出键闭合后执行一个延时程序,产生5ms10ms的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后,也要给5ms10ms的延时,待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。 下面介绍两种常见的键盘电路与其程序。(1)独立式键盘。独立式键盘中，每个按键的都占用一个I/O口线，每个按键电路相对独立，如图3-7所示，I/O口通过按键与地连接。在读取I/O口无部上拉电阻需要加上拉电阻，STC89C52的P0口就没有上拉电阻，独立式键盘接此口时必须外接上拉电阻。(2)行列式键盘。独立式键盘只适合按键少的场合，否
36、则占用的端口太多。按键较多时，常采用行列式键盘电路。但行列式键盘的管理程序较复杂，需要采用键盘扫描技术，常用的键盘扫描方式有：扫描法、反转法、状态矩阵法等。I/O端线分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，按键按下时，行线与列线发生短路。其特点是：占用I/O端线比较少，但是软件的结构较复杂，适用于按键较多的场合，图3-8是一个44行列式键盘电路，可得到16个按键。图3-7 独立式键盘图3-8 44行列式键盘3.3.2 显示模块显示模块采用1602液晶显示。所谓1602是指显示的容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符。目前市面上字符液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全
37、相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。常见的1602显示硬件电路接线图如图3-9所示13。图3-9 1602显示硬件电路接线图字符型LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光控制线、电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样，引脚定义如表3-1所示.表3-1 1602引脚定义表表3-2 中文字符码与字字符字模关系对照表1602液晶模块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，如下表3-2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
38、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”。其中文字符码与字字符字模关系对照表如表3-2所示7。表3-2中的字符代码与我们PC中的字符代码是基本一致的。因此我们在向DDRAM写C51字符代码程序时甚至可以直接用P1A这样的方法。PC在编译时就把“A”先转为41H代码了。 基本操作时序： 读状态 输入：RS=L，RW=H，E=H 输出：DB0DB7=状态字 写指令 输入：RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=指令码 输出：无 读数据 输入：RS=H，RW
39、=H，E=H 输出：DB0DB7=数据 写数据 输入：RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0DB7=数据 输出：无3.3.3 GSM模块目前， 国已经开始使用的GSM模块有很多，而且这些模块的功能、用法差别不大。本设计采用的是西门子TC35系列的TC35i。其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且已经有国的无线电设备入网证。所以本设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。这种无线模块功能上与TC35兼容，设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。TC35i如图3-10所示14-17。图3-10 TC35i(1) TC35i介绍TC35i是西门子最新推出的无线通信模块，功能与TC35兼容，设
40、计紧凑。TC35i与GSM 22+兼容，双频(GSM900/GSMl800)工作，带有RS232数据口。符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块。该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准的AT命令接口，为数据、语音和短消息提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发与设计。TC35i有40个引脚，通过ZIF连接器引出。这些引脚可划分为5类，即电源、数据输入输出、SIM卡、音频接口和控制。114引脚为电源部分，其中l5引脚为电源电压输入端VBATT+610引脚为电源地GND，ll12引脚为充电端，13引脚为对外输出电压(供外部电路使用)，14引脚ACCUTE
41、MP接负温度系数的热敏电阻；2429引脚为SIM卡连接端；3340引脚为语音接口用来接手柄。15、30、31和32引脚为控制部分，15引脚为启动线IGT(Ignition)。当TC35i通电后必须给IGT一个大于100 mV的低电平，模块才能启动。30引脚为RTC back up；31引脚为掉电控制；32引脚为SYNC，1623引脚为数据输入输出端。电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分。充电电池为整个系统提供3.6 V 工作电压同时产生MAX232所需要的高电平：三端电源模块LM7806将外部12 V直流电源转换为6 v连接至ZIF连接器的11、12引脚。在充电模式下可为TC35i提供6V
42、500。mA的充电电源。启动电路由漏极开路三极管和上电复位电路组成。模块上电10ms后(电池电压须大于3 V)，为使之正常工作，必须在15引脚(IGT)施加低电平信号，至少保持100 ms且该信号下降沿时间小于1ms，启动后15引脚应保持高电平。数据通信电路主要实现短消息收发、与PC机通信、软件控制等功能。TC35i的数据接口采用串行异步收发，符合RS-232接口电路标准。工作在CMOS电平(2.65 V)。数据通信电路以MAX232为核心实现电平转换与串口通信。(2) 模块中与SMS有关的GSM AT指令介绍GSM 引擎模块提供的命令符合GSM0705和GSM0707规 GSM0707中定义
43、的AT Command接口。提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口：GSM0705对短消息作了详细的规定。在短消息模块收到网络发来的短消息时，能够通过串口发送指示信息，数据终端设备可以向GSM模块发送各种命令。与SMS相关的若干GSM AT指令如表3-3所示。表3-3 与SMS相关的若干GSM AT指令表(3) PDU编码规则目前，发送短消息常用Text和PDU(Protocol DataUnit，协议数据单元)模式。使用Text模式收发短信代码简单，实现起来十分容易，但最大的缺点是不能收发中文短信：而PDU模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。PDU模式收发短信可以使用3种编码：7
44、_bit、8_bit和UCS2编码。7_bit编码用于发送普通的ASCII字符，8_bit编码通常用于发送数据消息，UCS2编码用于发送Unicode字符。一般的PDU编码由ABCDEFGHIJKLM十三项组成。A：短信息中心地址长度，2位十六进制数(1字节)B：短信息中心类型，2位十六进制数。C：短信息中心，B+C的长度将由A中的数据决定。D：文件头字节，2位十六进制数。E：信息类型，2位十六进制数。F：被叫长度，2位十六进制数。G：被叫类型，2位十六进制数，取值同B。H：被叫，长度由F中的数据决定。I：协议标识，2位十六进制数。J：数据编码方案，2位十六进制数。K：有效期，2位十六进制数。
45、L：用户数据长度，2位十六进制数。M：用户数据，其长度由L中的数据决定。J中设定采用UCS2编码，这里是中英文的Unicode字符。(4) TC35i与单片机的硬件接口电路TC35i模块主要由GSM基于处理器、GSM射频模块、供电模块、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。通过ZIF连接器与单片机实现电路接口，该接口读取或发送TC35i模块中的数据，将是本文论述的重点，也是TC35i应用的核心。TC35i与单片机的硬件接口电路如图3-11所示。图3-11 TC35i与单片机的硬件接口电路3.4 下位机 3.4.1 安防模块安全问题是全社会共同关注的一件大事，因此安防是各行业，尤其是具有潜在危
46、险的高风险行业所必需重视的一项工作。一个完善的智能化家居，具有便捷、安全、舒适、高档的生活环境，确保每一个住户的生命财产的安全，是本系统基本的用途，创造一个家居的理想空间是本系统的目的所在。本系统的安防是由下位机安防模块和各种前端探测器组成。前端探测器可分为门磁、窗户反射式传感器、烟雾探测器、煤气探测器等。当有人非法入侵，或家里煤气泄漏，设备与线路产生大量烟雾时将会触发相应的探测器，家庭报警主机会立即将报警信号以手机短信的形式发送到用户手机上，以便用户与时了解和处理紧急事情。 （1）传感器的选择：1) 门磁开关：主要由开关和磁铁两部分组成,开关部分由磁簧开关经引线连接.定型封装而成;磁铁部分由
47、对应的磁场强度的磁铁，封装于塑胶或合计壳体，当两者分开和接近至一定距离后，引起开关的开断从而感应物体位置的变化。这里选用百科博计算机技术开发生产的CK MPS 门磁开关。2) 窗户反射式传感器：将红外线反射型传感器安装在门窗的两侧或通道的位置，当有人进入时红外线反射型传感器就会检测出来，给单片机送去高电平，启动防盗报警系统工作。红外线反射型传感器甚至可组成对射的检测系统，以提高控制围。这里选用3）烟雾探测器：烟雾传感器通常安装在客厅等家用电器以与布线较密集的场合。一般传感器顶部为一个防风的进烟口，后部则带有不锈钢滑动触片，用于与探测器底座连接。探测器部有一个印刷电路板，电路板上的一侧安装有一个离子腔，其中有Am241的辐射