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1、-范文最新推薦- 51單片機(jī)遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)+電路流程圖+源碼 摘要: 伴隨著新世紀(jì)信息化與家庭生活智能化發(fā)展，對(duì)家居生活中各種信息資源的集中采集及控制顯得越來(lái)越重要，本設(shè)計(jì)是以MCS-51單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的一個(gè)有鍵盤、通信接口、定時(shí)時(shí)鐘等的多功能定時(shí)器，其主要部分由上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)部分組成，并且通過(guò)軟件的整體分析建模和測(cè)試，通過(guò)編碼軟件寫出可靠穩(wěn)定的程序代碼。系統(tǒng)的時(shí)鐘部分和世界不同時(shí)區(qū)的顯示主要通過(guò)按鍵調(diào)節(jié)，時(shí)鐘電路和發(fā)送命令的鍵盤主要由上位機(jī)的控制，多塊單片機(jī)之間的通信是采用串行通信接口。最終實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程遙控家電的功能。關(guān)鍵詞:智能家居；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；單片機(jī)AT89C51；家電遠(yuǎn)程控
2、制4288Design of the System of Remote Home Appliance ControlAbstract: With the development of information and the home intelligent in the new century, the centralized collection and control of the various information resources becomes more and more important, this design is based on MCS-51 with a keyb
3、oard, communication interface, timer, the system included two main parts of the upper machine and lower machine, and by the overall analysis modeling and test software, write reliable code by code software. Clock parts of the system and the world is in a different time zone display mainly through th
4、e button control, clock circuit and sends commands to the keyboard is mainly composed of a control host computer, communication between single-chip is the use of serial communication interface. Finally realizes the function of remote control home appliances.Key Words: Intelligent home furnishing; In
5、ternet of things; Microcontroller; RemoteControl of appliance目錄摘要2引言21. 課題背景及現(xiàn)實(shí)意義31.1課題背景及當(dāng)前研究現(xiàn)狀3 1. 課題背景及現(xiàn)實(shí)意義1.1課題背景及當(dāng)前研究現(xiàn)狀智能家居控制可以定義為一個(gè)過(guò)程或者說(shuō)一個(gè)系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)，有機(jī)而統(tǒng)一地結(jié)合在一起，通過(guò)統(tǒng)籌運(yùn)算管理，讓我們的家居生活舒適、安全。和普通家居相比之下，智能家居不但具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適，安全、高品位的家庭生活。它還將原來(lái)被動(dòng)的靜止的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兄腔鄣墓ぞ?，提供全面全方位的信息交換功能，
6、使家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化改變我們的生活方式，幫助我們有效安排時(shí)間，增進(jìn)家居生活安全性，還可以為節(jié)約各種能源費(fèi)用?？刂葡到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以提供遙控、家電（空調(diào)，熱水器，電飯煲等）控制、室內(nèi)外遙控、照明控制、窗簾自控、電話遠(yuǎn)程控制、防盜報(bào)警、計(jì)算機(jī)控制等多種功能。使人們的生活更加舒適、安全。因智能家居控制系統(tǒng)功能靈活、布線簡(jiǎn)單，擴(kuò)展容易而被人們廣泛接受。信息家電、網(wǎng)絡(luò)家電、智能家居的概念已經(jīng)被提出和炒作可很多年，格式各樣的產(chǎn)品也都被提出并研發(fā)出來(lái)。它們被推到了展廳和展臺(tái)上，它們代表著未來(lái)發(fā)展的方向，但是由于智能家居系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜，它們或多或少的存在這樣或者那樣的問(wèn)題，有的與我們的生活尚且
7、存在差距，完美的產(chǎn)品并不多見(jiàn)。基于網(wǎng)絡(luò)的智能家電的意義在于所有的家電包括窗簾，照明和小家電產(chǎn)品能夠有機(jī)的結(jié)合起來(lái)成為統(tǒng)一的整體，在這里沒(méi)有貴賤大小之分，它們同屬于智能家電系統(tǒng)的一部分。就這一問(wèn)題而言還有許多亟待解決的問(wèn)題，比如對(duì)于價(jià)值上萬(wàn)元的大型家用電器來(lái)說(shuō)安裝一個(gè)千元左右的網(wǎng)絡(luò)接口是可以讓人們接受的，而對(duì)于價(jià)值幾百元的下行家用電器來(lái)說(shuō)就不是太容易是消費(fèi)者接受了。在國(guó)內(nèi)沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)家電技術(shù)的家電品牌占到總品牌的95%，他們勢(shì)必會(huì)成為家電網(wǎng)絡(luò)化的強(qiáng)大阻力。沒(méi)有哪家公司愿意投資開(kāi)發(fā)能和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手進(jìn)行通信的技術(shù)。 本設(shè)計(jì)屬于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。確定單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的總體方案，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)極為重要、最為關(guān)鍵的一步。
8、系統(tǒng)總體方案的好壞，將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能及實(shí)施細(xì)則。方案的設(shè)計(jì)主要是依據(jù)受控對(duì)象的工作任務(wù)及其工藝要求而確定的。確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法大致如下：根據(jù)要求，首先確定出是采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)，或者是處理系統(tǒng)。然后選擇檢測(cè)元件，確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，首先選擇適當(dāng)參數(shù)的元件，因?yàn)樗怯绊懣刂葡到y(tǒng)精度的重要因素。2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本論文采用MCS-51單片為核心設(shè)計(jì)了一個(gè)有鍵盤、通信接口和時(shí)鐘的多功能控制器。鍵盤和時(shí)鐘電路有一片單片機(jī)控制，由另一片單片機(jī)控制多功能控制電路，這兩片單片機(jī)之間是由通信接口連接即串行通信?？刂奇I盤的單片機(jī)作為上位機(jī)，鍵盤一般有兩種輸入方式，第一種是普通的開(kāi)關(guān)按鍵，
9、另外一種是感應(yīng)鍵，為了降低成本本設(shè)計(jì)采用的是普通的開(kāi)關(guān)鍵，普通按鍵接通時(shí)，作為“有鍵”輸入信息，把按鍵信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，將鍵值直接發(fā)送給作為下位機(jī)的單片機(jī)。多功能單片機(jī)作為下位機(jī)，它接受上位機(jī)發(fā)來(lái)的指令執(zhí)行相應(yīng)的操作，控制多路開(kāi)關(guān)信號(hào)，調(diào)節(jié)電路等220V交流強(qiáng)電輸出。多功能時(shí)鐘控制器具備以下的功能：世界時(shí)鐘顯示，校正時(shí)、分等功能，空調(diào)分為高、中、低、關(guān)四個(gè)檔位。音響的選臺(tái)和開(kāi)關(guān)，電飯煲的開(kāi)，關(guān)控制，熱水器的加熱與停止控制等等。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖該控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)大部分組成，以及各個(gè)子系統(tǒng)組成。上位機(jī)擁有鍵盤顯示和通訊電路，全部由+
10、5V供電。下位機(jī)是有電源、通訊兩個(gè)部分組成。按照系統(tǒng)的功能要求控制系統(tǒng)的框圖如下。上位機(jī)的時(shí)鐘采用內(nèi)部中斷的方式來(lái)控制，即利用定時(shí)器產(chǎn)生20000us的時(shí)間，到時(shí)產(chǎn)生一次內(nèi)部中斷，中斷50次后，對(duì)時(shí)間的秒加一，六十秒后對(duì)分加一。 2.2 程序及算法設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用廣泛使用的C語(yǔ)言，程序的編碼、仿真、調(diào)試等采用的是Proteus和Keil軟件，以下為相關(guān)介紹。2.2.1程序代碼語(yǔ)言C語(yǔ)言程序是由各種函數(shù)構(gòu)成的2，一個(gè)C程序至少要包括一個(gè)函數(shù)，并且一個(gè)C源程序有且只能有一個(gè)main()函數(shù)，但也可能包含其它的函數(shù)，因此，函數(shù)是構(gòu)成C程序的基本單位。主程序是通過(guò)直接寫語(yǔ)句和調(diào)用其它的函數(shù)實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能的
11、，這些函數(shù)可以是C語(yǔ)言本身提供的函數(shù)，像這樣的函數(shù)稱為庫(kù)函數(shù)，它們也可以是自己編寫的函數(shù)，這樣的函數(shù)稱為用戶自定義函數(shù)。庫(kù)函數(shù)和用戶自定義函數(shù)會(huì)有什么樣的區(qū)別呢? 簡(jiǎn)單地說(shuō)，使用Keil C語(yǔ)言的人，可以直接調(diào)用C的庫(kù)函數(shù)但不需要為這個(gè)函數(shù)書(shū)寫任何代碼，但要包含具有該函數(shù)的相應(yīng)的頭文件，而用戶自定義函數(shù)則是個(gè)性化的，它們是用戶根據(jù)需要而編寫的。一個(gè)C語(yǔ)言程序，總是從main函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行的5，而不管物理位置上這個(gè)Main()放在什么地方。2.2.2 工作原理CS-51單片機(jī)的內(nèi)部有2個(gè)定時(shí)和2個(gè)計(jì)數(shù)器14：TO和T1，全雙工串行口UART、中斷系統(tǒng)，下面一一做出介紹。當(dāng)設(shè)置為定時(shí)工作方式時(shí)，輸入
12、信號(hào)來(lái)自內(nèi)部振蕩器，每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)定時(shí)器的計(jì)數(shù)器做一次加一運(yùn)算。因此定時(shí)器也叫計(jì)算機(jī)機(jī)器周期的計(jì)數(shù)器。但是每個(gè)機(jī)器周期又相當(dāng)于12個(gè)正帶脈沖，故定時(shí)器計(jì)數(shù)速率為振蕩頻率的112。如果定時(shí)器的計(jì)數(shù)器產(chǎn)生溢出，則標(biāo)志著定時(shí)時(shí)間到。下面分別介紹方式寄存器和控制寄存器。（1）方式寄存器TMOD：方式控制寄存器，是一可以編程的特殊功能寄存器，字節(jié)地址是88H，不可以位尋址。其低4位來(lái)控制TO，高4位來(lái)控制T1，格式如表1。表1 方式寄存器TMOD TFl(TCON7)：T1是溢出標(biāo)志位。當(dāng)Tl產(chǎn)生溢出的時(shí)候，由硬件置“1”，可向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，CPU在響應(yīng)中斷后被硬件自動(dòng)清&l
13、dquo;0”。TRl(TCON6)：T1是運(yùn)行控制位。由軟件置“l”或“0”，從而來(lái)啟動(dòng)或關(guān)閉Tl工作。TF0(TCON5)：TO是溢出標(biāo)志。TR0(TCON4)：TO是運(yùn)行控制位。TCON的低4位和外部中斷有關(guān)，復(fù)位之后，TCON被清“0”。（3）串行口控制寄存器SCON串行口控制寄存器的字節(jié)地址是98H，可以位尋址，位地址是98H-9FH，如表3所示：表3 控制寄存器SCON（D7）（D0）SM0SM1SM2RENTB8RB8T1R1串行口通信控制器由方式選擇位、接收發(fā)送控制位和狀態(tài)標(biāo)志位組成。(4) 特
14、殊功能寄存器PCON：其字節(jié)地址是87H。PCON的格式如下表4所示。表4 控制寄存器PCON（D7）（D0）SMOD-GF1GF0PDIDL2.3 通信方式上文已經(jīng)對(duì)智能家居控制系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)的說(shuō)明，在現(xiàn)實(shí)生活中，我們還可以通過(guò)不同的通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)同工作。下面我重點(diǎn)介紹基于以太網(wǎng)和PSTN的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。 51系列的單片機(jī)有很多的內(nèi)置功能，例如定時(shí)計(jì)數(shù)功能，串行口通訊功能，外部中斷功能等等這些功能不僅大大的省略了外圍硬件電路，而且使用方便，用戶只需要寫出簡(jiǎn)單的初始化程序就可以了。為了保證單片機(jī)時(shí)鐘的精度，設(shè)計(jì)采用外接時(shí)鐘源從OSC1引腳輸入，這里采用的是集成電路
15、74f04，如圖5所示。圖5 外接時(shí)鐘源電路看門狗電路是一個(gè)具有獨(dú)立的時(shí)鐘源、計(jì)時(shí)周期約是18ms的計(jì)時(shí)器，無(wú)需外圍器件，單片機(jī)運(yùn)行期間，一旦WDT超時(shí)溢出，將使單片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位操作，即使單片機(jī)處于睡眠狀態(tài)，其溢出也將是單片機(jī)被喚醒，恢復(fù)正常的運(yùn)行狀態(tài)。看門狗的啟動(dòng)通過(guò)系統(tǒng)配置字wdte位實(shí)現(xiàn)，即wdte=1時(shí)，看門狗永久啟用。因此，需要在用戶主程序循環(huán)中將看門狗定時(shí)器清零，使它們無(wú)法計(jì)時(shí)到最大值。2.3.3系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分主要分遠(yuǎn)程控制部分以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控部分。網(wǎng)絡(luò)芯片的處理及TCP/IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控部分的重點(diǎn)和難點(diǎn)，包括RTl8019AS初始化、數(shù)據(jù)發(fā)送及接收，RTLl
16、8019AS初始化的主要目的是對(duì)寄存器的初始化，這里用到了NE2000寄存器組，網(wǎng)卡初始化要進(jìn)行網(wǎng)卡復(fù)位，復(fù)位之后要對(duì)網(wǎng)卡進(jìn)行控制方式的設(shè)定，主要是命令寄存器的設(shè)置，寄存器內(nèi)容如表5所示。表5 寄存器內(nèi)容位76543210內(nèi)容PS1PS0RD2RD1RD0TXPSTASTP選擇寄存器頁(yè)用PS1和PS0；RD2、RD1和RD0代表要執(zhí)行的各種功能；TXP=1，發(fā)送數(shù)據(jù)包，發(fā)完后自動(dòng)清零；STA和STP是啟動(dòng)或停止的命令。 P3口：P3口是8個(gè)有上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，可以接收4個(gè)TTL門電路。當(dāng)P3口寫入“1”之后，內(nèi)部被上拉為高電平。P3口也可作為特殊功能寄存器，如表
17、6所示。表6 寄存器內(nèi)容P3.0 RXD串行輸入口P3.1 TXD串行輸出口P3.2 /INT0外部中斷0P3.3 /INT1外部中斷1P3.4 T0記時(shí)器0外部輸入P3.5 T1記時(shí)器1外部輸入P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通P3.7 /RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通3.1.2 PIC16F887單片機(jī)簡(jiǎn)介PIC單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)是哈佛結(jié)構(gòu)，指令和數(shù)據(jù)空間是完全分開(kāi)的，一個(gè)用于指令，一個(gè)用于數(shù)據(jù)，由于可以對(duì)程序和數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行訪問(wèn)，所以提高了數(shù)據(jù)吞吐率。正因?yàn)樵赑IC單片機(jī)中采用了哈佛雙總線結(jié)構(gòu)，所以與常見(jiàn)的微控制器不同的一點(diǎn)是：程序和數(shù)據(jù)總線可以采用不同的寬度。數(shù)據(jù)總線都是8位的，但指令總線位數(shù)
18、分別位12、14、16位。PIC單片機(jī)的指令周期比51單片機(jī)的短，同樣的晶振下，PIC單片機(jī)的指令周期是4個(gè)時(shí)鐘周期，51單片機(jī)是12個(gè)，并且PIC單片機(jī)絕大部分指令都是單周期指令，一個(gè)指令周期執(zhí)行一條指令，51單片機(jī)一般是2到4個(gè)指令周期執(zhí)行一條指令，所以用同樣晶振情況下，除了執(zhí)行乘除法外，PIC單片機(jī)要比51單片機(jī)快。PIC單片機(jī)的外部引腳圖如圖6所示。圖6PIC單片機(jī)外部引腳3.1.3 時(shí)鐘電路和顯示電路LED數(shù)碼管采用的是CD4511數(shù)碼管譯碼器直接驅(qū)動(dòng)的，芯片CD4511具有BCD轉(zhuǎn)換、鎖存、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能6，其功能是用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。圖7時(shí)鐘芯片CD4
19、511共陰LED數(shù)碼管的電路圖及LED數(shù)碼管的外形圖如圖8所示。 上位機(jī)軟件的流程如圖12所示。圖12上位機(jī)軟件總程序以上為上位機(jī)軟件總程序，對(duì)于上位機(jī)的單片機(jī)初始化程序及主程序見(jiàn)附錄1。4.2 開(kāi)關(guān)程序由于整個(gè)程序運(yùn)行不是很復(fù)雜，故這次程序的開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)部分采用了循環(huán)掃描的方式，而沒(méi)有采用中斷的方式。鍵盤按照功能有以下幾種：普通開(kāi)關(guān)鍵，空調(diào)，選臺(tái)，音量，調(diào)光鍵。普通鍵盤僅作為開(kāi)關(guān)使用。空調(diào)鍵分為開(kāi)和關(guān)二檔。選臺(tái)與音量鍵和空調(diào)鍵相近，也屬于二檔鍵。本設(shè)計(jì)中全部開(kāi)關(guān)都用普通開(kāi)關(guān)進(jìn)行。“當(dāng)開(kāi)關(guān)按下之后，相對(duì)應(yīng)的引腳由高電平轉(zhuǎn)向低電平，這時(shí)輸入有效，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序。普通的開(kāi)關(guān)鍵有兩種狀態(tài)，要
20、么開(kāi)，要么關(guān)，所以它的程序編寫較為簡(jiǎn)單。程序流程如圖13。圖13開(kāi)關(guān)程序流程圖4.3 下位機(jī)“下位機(jī)是控制部分，當(dāng)它接收上位機(jī)的信號(hào)之后才可控制相應(yīng)得發(fā)光二級(jí)管來(lái)工作。所以下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)包含：通訊模塊和控制模塊?？刂颇K中，按接收的不同的鍵值，執(zhí)行了不一樣的控制，下位機(jī)則比較上位機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)，按照比較的結(jié)果進(jìn)行處理。在編寫下位機(jī)的通訊程序時(shí)，定時(shí)器計(jì)數(shù)器以及串口的工作方式和波特率要和上位機(jī)保持一致，否則通訊就不能進(jìn)行。下位機(jī)初始化程序及主程序見(jiàn)附錄2。4.4 延時(shí)和驅(qū)動(dòng)軟件部分一，延時(shí)程序可以用來(lái)抗干擾和誤操作，程序如下：void Delay_200(uint n)uint i,j;for(i=n；i>0；i-);for(j=100;j>0;j-);二，LED驅(qū)動(dòng)程序：/ 16進(jìn)制變BCD碼來(lái)提供4511顯示uchar hex_bcd(uchara)/定義一個(gè)2個(gè)字節(jié)的B變量uchar b; 19 / 20
單片機(jī)遠(yuǎn)程家電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電路流程圖源碼
