基于单片机的智能家居系统本科毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的智能家居系统本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

的输出波形的频率，就可以调整控制蜂鸣器音调。 另外，改变 IO 口输出电平的高低电平占空比，则可以控制蜂鸣器的声音大小。 步进电机模块 步进电机是 数字控制电机，它将脉 冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度， 电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定 ,因此非常适合于单片机控制。 单片机 上设计的步进电机是减速比 1/64 的 5 线 4 相电机，采用单极性直流电源供电。 只要对 步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。 图 17是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 图 17 四相步进电机步进示意图 开始时，开关 SB 接通电源， SA、 SC、 SD 断开， B 相磁极和转子 0、 3 号齿对齐，同时，转子的 4号齿就和 C、 D相绕组磁极产生错齿， 5 号齿就和 D、 A 相绕组磁极产生错齿。 当开关 SC 接通电源， SB、 SA、 SD 断开时，由于 C 相绕组的磁力线和 4 号齿之间磁力线的作用，使转子转动， 4号齿和 C相绕组的磁极对齐。 而 0、 3号齿和 A、 B 相绕组产生错齿， 5 号齿就和 A、 D 相绕组磁极产生错齿。 依次类推， A、 B、 C、 D 四相绕组轮流供电，则转子会沿着 A、 B、 C、 D方向转动。 四相步进电机驱动方式可以采用双四拍 (AB→ BC→ CD→ DA→ AB)方式，也可以采用单四拍 (A→ B→ C→ D→ A)方式，或单、双八拍 (A→ AB→ B→ BC→ C→ CD→ D→ DA→ A)方式。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图 18 中 a、 b、 c所示： 图 18 步进电机工作时序波形图 12 图 19 步进电机电路原理图 LCD 模块 LED 数码管显示器内部由七个条形发光二极管和一个小圆点发光二极管组成，每个发光二极管称为一个字段，因而它的控制原理和发光二极管的控制原理是相同的。 根据各管的接线形式，它可分为两种，一是共阳极（发光二极管的阳极都接在一个公共点上） ，如图 20，另一是共阴极（发光二极管的阴极都接在一个公共点上） ，如图 21。 给 LED 数码管的七个条形发光二极管加不同的电平，二极管显示不同亮灭的组合就可以形成不同的字形，这种组合称之为字形码。 下面以 1 为高电平， 0 为低电平，给出字形码表 ，见图 22。 图 20 共阳极 电路图 图 21 共阴极 电路图 13 图 22 字形码表 图 23 LCD 电路原理图 原理图 23 中用到两片 74HC573，一片用于位选，选择 8 位共阴数码管中的某位或 某 几位，另一片 74HC573 用于段选，输入以上表格中的编码来控制要显示的内容。 举个例子，如果我们要使数码管的最低位显示“ A”，那么，首先通过控制 DS1，选 中位选控制的 74HC573，控制 DSD7 为“ 0”（共阴，如果是共阳的数码管就置“ 1”），然后通过控制 DS2，选中段选选控制的 74HC573，在 DSD0~DSD7 输入 0x77，即可实现“ A”在第 3 位显示。 图 24 LCD 实物图 14 热敏 amp。 光敏传感器模块  热敏传感器 热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（ PTC）和负温度系数热敏电阻器（ NTC） [10]。 热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。 正温度系数热敏电阻器（ PTC）在温度越高时电阻值 越大，负温度系数热敏电阻器（ NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。 NTC 热敏电阻与普通电阻不同，它具有负的电阻温度特性，当温度升高时，电阻值减少，其特性曲线如图25所示。 图 25 热敏电阻特性曲线图 热敏电阻的阻值 —— 温度特性曲线是一条指数曲线，线性度差，因此，在使用时要进行线性化处理。 线性化处理虽然能改善热敏电阻的特性曲线，但比较复杂。 因此，在要求不高的应用系统中，在一定的温度范围内，常常把温度与阻值看成是线性的关系，以简计算和系统设计。 使用热敏电阻是为了感知温度，给热敏电阻通以恒 定的电流，电阻两端就可以测到一个电压，通过下面的公式就可以计算出温度值： T=T0KXVT 其中 T被测温度 T0与热敏电阻特性有关的温度参数 KX与热敏电阻特性有关的系数 VT热敏电阻两端的电压 根据这一公式，如果测得热敏电阻两端的电压，再知道参数 T0 和系数 KX，则可计算出热敏电阻的环境温度，也就是被测的温度。 这样就把电阻随温度的变化关系转化为电压随温度变化的关系了。 数字式电阻温度计设计工作的主要内容就是把热敏电阻两端的电压值经 A/D（模拟量转化为数字量）转换为数字量，然后通过软 件方法计算得到温度值，再进行显示等处理。 图 26 热敏 amp。 光敏传感器电路原理图 如图 26所示为开发板上的原理图， R39 为热敏电阻 ,AD 转换器采集 RT 处的电压值，再 15 通过软件处理得到温度值。  光敏敏传感器 光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料 [8]。 这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。 这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 光敏电阻器是 利 用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器， 入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。 光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。 常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由半导体材料制成的。 光敏电阻器的阻值随入射光线（可见光）的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值（暗阻）可达 1~10M 欧 ,在强光条件（ 100LX）下，它阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。 光敏电阻器对光的敏感性（即光谱特性）与人眼对可见光（ m ～ m） 的响应很接近，只要 是 人眼可感 受的光，都会引起它的阻值变化。 由此可以看出，通过光敏电阻测量光强的原理基本和热敏电阻测量温度一致。 上面图26中的 R38 即为光敏电阻， AD 转换器采集 DT 处的电压值，再通过软件处理得到光强度。 4 软件系统设计 keil uVision2 简介 keil uVision2 是 德国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容 单片机 C 语言软件开发系统，使用接近于传统 C 语言 的语法来开发。 与 汇编 相比， C语言 在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用 ,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期。 它 还能嵌入 汇编 ，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。 KEILC51标准 C编译器 为 8051 微控制器的 软件开发 提供了 C语言环境 ,同时保留了 汇编 代码高效 ,快速的特点。 C51 编译器 的功能不断增强， 使 用户 可以更加贴近 CPU 本身，及其它的衍生产品。 C51 已被完全集成到 uVision2 的 集成开发环境 中，这个集成开发环境包含： 编译器 、汇编器 、 实时操作系统 、 项目管理器 和 调试器 ， uVision2 IDE 可为它们提供单一而灵活的开发 环境。 keil uVision2 新建项目、编辑、编译以及调试运行 （ 1） 安装好 Keil 软件以后，打开它。 打开以后界面如下： 图 27 Keil 软件打开界面 （ 2） 先新建一个工程文件。 点击“ ProjectNew Project„”菜单，如下图 ： 16 图 28 新建工程页面 （ 3） 选择工程文件要存放的路径 ， 输入工程文件名 ，如 LED, 最后单击保存 ： 图 29 保存工程页面 （ 4） 在弹出的对话框中选择 CPU 厂商及型号 ： 图 30 CPU 型号选择页面 （ 5） 选择好 选择 CPU 厂商及型号 ，如 Atmel 公司的 89c51，之 后 ， 单击确定 ： 17 图 31 选定 CPU 型号 （ 6） 接着 弹除一个 对话框 ，问“将 标准 的 8051 启动代码复 制到项目文件夹 并将 文件添加到项目中。 ”，选择“是”： 图 32 询问页面 （ 7） 新建一个 C51文件。 点击 file 菜单下的 NEW，或单击左上角的 New File 快捷键 ，如下图： 图 33 新建 C51 文件页面 （ 8） 保存新建的文件。 单击 SAVE， 如下图 ： 18 图 34 点击保存 C51 文件 （ 9） 在出现的对话框中输入保存文件名 （注意 ： 后缀名必须为 .C） ，如 ， 再单击“保存”，如下图 ： 图 35 保存 C51 文件页面 （ 10） 保存好此文件后 ，将其 加入到工程中方法如下 ： 在 Source Group1 上 鼠标右击，然后再单击 Add Files to Group ‘ Source Group 139。 如下图 ： 图 36 将 C51 文件添加到工程 （ 11） 选择要加入的文件。 找到 后缀名 .C 的文件 后 ， 单击 Add， 然后单击 Close： 19 图 37 添加到工程中的事 .c 文件 （ 12） 在编辑框里输入 所需 代码 ，至此 完成了工程项目的建立以及文件加入工程 ，现在开始编译工程。 单击快捷键或单击 ProjectRebuild all the files， 如果在错误与警告栏 看到 “ 0 Error(s)” 表示编译通过 ： 图 38 添加代码后编译 （ 13） 生成 .hex 烧写文件。 先单击 Options for Target，在弹出的窗口中 单击 Output, 选中 Create HEX Fi， 再单击“确定”，然后再次编译才能产生 HEX 文件 ： 图 39 项目选项 20 图 40 设置文件输出格式为 HEX 编译 完成 后 ， 打开工程存放 目录， 可以看到增加了“ ”文件 ： 图 41 编译完成后的文件 程序烧写 使用烧写软件 STC_ISP_V483 进行程序烧写。 打开烧写软件 ， 界面如下 ： 21 图 42 烧写软件界面 烧写、 下载程序 过程分 为 以下几个步骤： 步骤 （ 1） 选择单片机 的 型号。 本系统所用 的单片机型号是 STC12C5A60S2。 步骤 （ 2） 打开后缀为 .HEX 的文件，即为 程序文件。 在相应工程下找到 需要 下载的 .HEX文件，点击打开。 步骤 （ 3） 选择串 口 号、 设置最高波特率。