基于51单片机的智能家居控制系统设计 - 图文(2)

1 引 言

智能家居概念的起源很早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州哈特佛市的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑”，从此揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。

1.1 研究背景

智能家居又称智慧家居/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、电子家庭、数字家园、家庭网络、网络家居、智能家庭/建筑，在中国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。

智能家居是时代发展的产物，是住户想享受快速网冲浪、便捷实时的通讯、安全防范、丰富娱乐生活、便捷的生活家居管理,优质物业管理等智能化住宅所特有的生活方式，使忙碌一天的人们真正体会到智慧家带来的生活乐趣。

1.2 研究的目的与意义

20世纪70年代，发达国家就开始对智能家居进行研究。1984年，美国第一栋智能建筑落成，从此以后欧美国家也相继提出了各种智能家居方案，并且广泛进行推广。目前，发达国家的智能家居已经获得长足发展。如美国的x-10,CEBus和Lonwork，日本的HBS，欧洲的EIB和EHS，在国际上都比较有影响[1]。

1.2.1 国外研究情况

1983年，美国电子工业协会组织专门机构开始制定家庭电气设计标准，并于1988年编制了第一个适用于家庭住宅的电气设计标准--《家庭自动系统与通信标准》。1998年5月，在“98亚洲家庭电器与电子消费品国际博览会”上，新加坡首次推出了新加坡模式的智能家居系统，并现场模拟“未来之家”，其系统功能强大，包括三表抄送、电话接入、智能布线箱、安防报警、监控中心、有线电视接入、住宅信息留言、可视对讲、家庭智能控制面板、家电控制、宽带网介入和系统软件配置等功能。目前美国则有近4万户家庭安装了这类系统，在新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统[2]。

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1.2.2 国内研究情况

与国外相比，我国对智能家居和家庭网络等相关产品的研制起步较晚，但是政府部门在政策和标准等方面，不断加大扶持力度，指导行业发展。目前，建设部批准建立7个普及型网络社区，北京市已经计划建设30个网络社区，总户数达3万户。我国将住宅小区智能化定义为：利用4C（计算机、通信与网络、自控、IC卡）技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与管理、物业管理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化手段，以期实现快捷高效的超值服务与管理，提供安全舒适的家居环境。

1.3 本课题研究的主要内容和研究方案

以STC89C52RC单片机为核心，设计数字时钟和智能窗帘：通过光敏电阻检测光线强弱，当光线强度达到一定的程度时，通过单片机控制电机将窗帘拉上，否则打开窗帘。窗帘有手动和自动两种模式。另外用点阵显示时间，由于下午十点后基本属于睡眠时间，故忽略光线强度，拉上窗帘并自动切换到手动模式，以节约电能，待第二天起床再将其切换至自动模式。

研究方案：

（1）利用光敏电阻采集室外的光线强度。

（2）利用单片机来分析光敏电阻采集的信号，然后输出控制信号。 （3）通过单片机控制电机来调节窗帘的起闭。

（4）利用DS12C887时钟芯片制作数字时钟，并通过点阵显示。 （5）利用温度传感器检测室内温度，并通过点阵显示。

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2 智能家居控制系统总体介绍

2.1 系统总体方案

本设计以STC89C52RC单片机为核心，通过光敏电阻检测光线强弱，然后通过步进电机控制窗帘的张合程度。用温度传感器DS18B20检测当前室内温度，DS12C887时钟芯片制作数字时钟并用点阵显示时间和温度。

2.2 系统功能

本系统的开发设计有一下功能：

（1）通过检测光线的强弱控制窗帘是否打开。 （2）通过温度传感器DS18B20检测当前室内温度。 （3）通过时钟芯片DS12C887时钟芯片制作数字时钟。 （4）通过点阵显示年月日，时分秒，星期，温度。

2.3 系统结构

该系统的组成结构如图2.1所示。

图2.1 系统组成结构

点阵模块 时钟电路 控制器 STC89C52RC 温度传感器 光敏电阻 步进电机

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3 智能家居控制系统硬件设计

3.1 系统主要芯片介绍

3.1.1 STC89C52RC

STC89C52RC是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52RC使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。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、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52RC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。最高运作频率35MHz，6T/12T可选[3]。

参数：

（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051。

（2）工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）。

（3）工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz。

（4）用户应用程序空间为8K字节。 （5）片上集成512字节RAM。

（6）通用I/O口（32个），复位后为：P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉， P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻[4]。

（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。

（8）具有EEPROM功能。

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（9）具有看门狗功能。

（10）共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2。

（11）外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。

（12）通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。 （13）工作温度范围：-40～+85℃（工业级）/0～75℃（商业级）。 （14）PDIP封装[5]。

3.1.2 DS12C887

（1）器件特性：

DS12C887实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替IBM PC上的时钟日历芯片DS12887，同时，它的管脚也和MC146818B、DS12887相兼容。

由于DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决了“千年”问题；DS12C887中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持10年之久；对于一天内的时间记录，有12小时制和24小时制两种模式。在12小时制模式中，用AM和PM区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用BCD码表示；DS12C887中带有128字节RAM，其中有11字节RAM用来存储时间信息，4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息，称为控制寄存器，113直接通过RAM使用户使用；此外用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽[6]。

（2）引脚功能：

DS12C887的引脚图排列如图3.1所示，各管脚说明如下：

GND、VCC：直流电源，其中VCC接+5输入，GND接地，当VCC输入为+5V时，用户可以访问DS12C887内RAM中的数据，并可对其进行读、写操作；当VCC的输入小于+4.25时，禁止用户对内部RAM进行读、写操作，此时用户不能正确获取芯片内的时间信息；当VCC的输入小于+3时，DS12C887会自动将电源转换到内部自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作。

MOT：模式选择脚，DS12C887有两种工作模式，即Motorola模式和Intel模式，当MOT接VCC时，选用的工作模式是Motorola模式，当MOT接GND时，选用的是Intel模式。本文主要讨论Intel模式。

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