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1、存档编号 赣南师范学院学士学位论文基于单片机的模拟智能家居系统教学学院:物理与电子信息学院届 别 2010届 专 业 电子信息工程 学 号 060802044 姓 名 李自建 指导老师 李秋生 完成日期 2010-5 34 目 录内容摘要2关键词2Abstract2Key words21引言12 系统的总体方案32.1系统框图32.2系统的组成63 硬件设计163.1远端模块设计163.2本地模拟分机部分的设计173.3智能显示和温度部分的电路设计184 软件设计214.1 软件说明214.2 软件流程图225 系统调试255.1 硬件调试255.2 软件调试275.3 软硬件联调29结束语3
2、0附录一31参考文献:57致谢59内容摘要：设计了一个模拟智能家居系统，该系统以STC单片机作为控制核心，利用双音多频信号作为远距离的通信信号，利用串口进行模块内部的通信。文章详细介绍了系统的组成、工作原理及其软硬件设计。关键词: 智能家居；DTMF；STC89C52RC；模拟电话Abstract: The paper designs a system which simulates the intelligent home system. The system takes STC MCU as the control core, uses the DTMF signals as the lo
3、ng-distance communication signals, and serial communication as the communication method between the internal modules. This paper introduces the composition, working principle and the design of hardware and software.Key words: Intelligent home system, DTMF, STC89C52RC, Analogue telephone1引言随着人们生活水平的提
4、高，智能控制系统不仅在工业控制等方面发挥着它的优越性，在我们的日常生活中也渐渐的凸显它的重要性。现在城市交通智能控制和调度系统，城市110报警以及与之相结合的GIS系统等智能控制系统已经在我们的生活中应用越来越广泛。为我们生活水平的提高发挥了重要的作用。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。随着节能环保等渐渐成为主流，智能控制系统也开始朝着低能耗，低污染，高可靠性等方向发展。在控制系统中通信的方式一般分为两种，即有线通信和无线通信。显然无线通信在系统应用的过程中不仅可以减小布线部分的支出，而且控制也更加
5、的灵活，但是对于长距离的通信来说，无线通信意味着投入到通信信道建设中的费用将会增加。而利用现有通信线路进行远程控制的方案也越来越受到人们的重视。现在随着时分复用技术的发展，一线多用越来越受到重视。而基于固定电话网络而发展起来的通信应用也越来越广泛。而本设计的模拟智能家居系统即是通过固定电话线路进行远程控制的。本设计以固定电话网络为依托，一个级交换网络为基础的远程控制系统。本系统通过模拟两部功能具有一定不同的固定电话机，使用与固定电话交换网络相同的DTMF信令，利用电话网络的双绞线作为通信线路，进行远程控制。该模拟智能家居系统可以实现温度智能检测、时钟功能、闹钟设置、温度报警、智能显示、键盘拨号
6、、远程控制等功能。并且还具有可靠性高，通信距离不受限制，不需要额外布线，不占用无线频率资源，避免了电磁污染。同时，由于电话线路各地联网，可以充分利用现有的电话网，因此遥控距离可跨越省市，甚至跨越国家。本模拟系统适用于家庭、企事业单位、工业现场、商店等场所，用手机或固定电话，实现对电器设备的控制和运行状态查询。而且本系统的设计思路和设计理念也是现在很多远程控制系统例如：城市应急安全指挥系统，110报警指挥系统，智能调度系统等设计的底层通信的基础。2 系统的总体方案系统可以智能地显示当前时间和家中的实时温度情况，并且具有时间调整和闹钟设置等功能，还能够时刻监视家中温度情况，如果温度异常会启动报警单
7、元并通过串口将报警信息传送给模拟分机，模拟分机接收到报警信号以后，进入拨号程序，并且通过液晶显示器显示家中情况。模拟主机接听后模拟分机启动语音系统，通知主机家中情况，请求马上处理。若主人不在家中，可以利用模拟远端部分通过键盘输入家中的电话号码，号码通过数模转换转化成DTMF信号，模拟分机接收到该DTMF信号后开始振铃，并进行振铃计数，若在一定时间内没有人接听电话则自动摘机，并启动语音模块，进行语音提示，用户只需根据语音提示部分进行操作控制相应的电器即可。2.1系统框图系统分为三个子系统：模拟远端模块（模拟主机）、本地模拟分机、智能显示模块。2.1.1 模拟远端模块框图模拟远端控制模块是由六部分
8、组成：双音多频模块、振铃模块、控制模块、键盘模块、外部接口模块、按键音单元。双音多频部分主要作用是接收本地控制单元发送过来的双音多频信号，并将双音多频信号转换为二进制数据，转化完成之后，产生中断信号，单片机STC89C52RC外部中断1（INT1）接收到中断信号后，开始从双音多频信号收发单元中读取刚刚转化好的双音多频信号。系统接收到键盘数据后，在控制时通过双音多频芯片转换成双音多频信号后进行传输。当收到振铃后，振铃部分开始发送振铃音。按键盘的时候有键盘音。其模块图如图2-1所示。图2-1 模拟远端模块框图2.1.2 本地模拟分机框图该部分有七个部分组成：双音多频模块、振铃模块、控制模快、受控单
9、元、外围借口、语音单元、显示单元组成。该部分主控单元通过双音多频信号接收单元接受到本地模拟终端发送过来的双音多频信号，然后主控单元将接受到的双音多频信号以串口通信的方式发送给显示单元进行显示，并且智能显示单元能够根据系统当前所出的状态进行不同的显示。受控单元主要是模拟受远程控制的家用电器。语音电路主要功能是提示用户在进行远程控制的时候的操作方法。振铃单元在接受到振铃信号之后振铃单元开始进行振铃，即通过蜂鸣器播放预先设置好的音乐，进行提醒。当按下接听键后振铃自然停止。其电路框图如图图2-2所示。2.1.3 智能显示和温度控制单元框图智能显示部分主要有六部分组成：显示单元、按键调整单元、时钟单元、
10、温度单元、报警单元、外围接口单路组成。显示单元主要是利用点阵液晶点阵显示单元FG12864E进行显示，控制单元将要显示的数据通过并口写入到液晶FG12864E中，FG12864E会根据主控单元的数据进行相应的显示。按键调整单元通过四个按键进行时间的调整，闹钟的设置等功能，按键部分功能通过扫描实现的。时钟单元主要通过DS1302进行计时的，主控单元通过三条线进行访问。将读取的时间数据显示到显示单元上。温度模块通过DS18B20测试环境温度，温度超标时报警。其电路的整体框图如图2-3所示。图2-2 本地模拟终端电路框图图2-3 智能显示部分电路框图2.1.4系统的总体框图系统的总体设计是由智能显示
11、部分、本地模拟分机、远端模拟分机组成的。远端模拟分机相当于一部电话，拨号后可以通过键盘，利用双音多频信号进行远程控制家中的各种电器设备。本地模拟主机可以在接受到报警信号之后，自动的拨打远端电话，等待远端接听之后进行语音报警提示，也可以自动或者手动的接听远端拨打过来的电话，然后通过语音提示提示远端进行相应是操作，控制家中的各类电器。本地模拟主机和远端模拟分机之间的通信完全仿照电话之间通信的模式和通信信令的形式进行通信的。都具有振铃检测，忙音检测，DTMF信令等功能。其硬件框图如图2-4所示。图2-4 系统总体框图2.2系统的组成2.2.1 智能控制核心STC89C52RCSTC89C52RC是一
12、种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8KB在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 STC89C52RC为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。STC89C52RC具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C5
13、2RC可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。图2-5 STC89C52RC引脚结构图2.2.2单元控制核心STC89C2052 图2-6 STC89C2052引脚结构图STC89C2052是宏晶公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含2KB的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128B的随机数据存储器（RAM），器件采用高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用
14、8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大STC89C2052单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。并且程序保密，STC89C2052设计有2个程序保密位，保密位1被编程之后，程序存储器不能再被编程除非做一次擦除，保密位2被编程之后，程序不能被读出。2.2.3 DTMF收发模块MT8880/ MT8888图2-7 MT8888引脚结构图MT8888是采用CMOS工艺生产的DTMF信号收发一体集成电路，它的发送部分采用信号失真小、频率稳定性高的开关电容式D/A变换器，可发出16种双音多频DTMF信号。接收部分用于完成DTMF信号的接收、分离和译码，并以4位并行二进制码的方式输出。MT8888
15、芯片集成度高、功耗低，可调整双音频模式的占空比，能自动抑制拨号音和调整信号增益，还带有标准的数据总线，可与TTL电平兼容，并可方便地进行编程控制。MT8888内部由收发电路、振荡器和电源偏置电路组成。收码电路包括信号放大、拨号音抑制滤波、输入信号的高低频带通滤波、译码及锁存等功能；发码电路包括数据锁存、行列计数D/A转换和混频等功能。MT8888内部有两个数据寄存器，一个是只执行读操作的接收数据寄存器RDR；另一个是只执行写操作的发送数据寄存器TDR。另外，MT8888中还有两个4位的收、发控制寄存器CRA和CRB。对CRB的操作就是通过CRA中的一个特定位来操作的，因此编程中应对其进行初始化；而MT8888中的4位状态寄存器SR则用来反映收、发信号的工作状态。寄存器的选择与操作由RS0及WR和RD口线来控制。MT8888是一款双音频的语音拨号芯片。它通用二个音频信号形成一位的数据信号发出去，一组为低频的、一是高频的信号。接收的对方把二个音频信号分别接收下来一查表就知道收到的是哪个数据了。表2-1所示为双音多频信号频率组合表。表2-1 双音多频频率组合表
