家电智能控制器的设计
作者： 来源： 日期：2014-09-25 22:32人气：
内容摘要：在本文中，首先介绍了多功能家电控制板的背景、发展历史、功能、及组成，多功能家电控制板这个概念是由智能家居延伸而来的，它经过了一段很长的发展史，其功能为通过单片机实现对家电的定时控制、红外遥控控制、电话远程控制、上位机软件控制、键盘控制和温度显示，使普通家电升级为智能家电，实现家居智能化。
关键词：智能家居，多功能家电控制板，调试
随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。
智能家居起源甚早，1984年第一次出现在美国康乃迪克州哈特佛市。20世纪80年代初，出现了住宅自动化的概念，也就是智能家居的原形。几年前，美国、欧洲和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了智能家居(SmartHome)的概念。如今，智能家居频繁出现在各大媒体上，成了人们耳熟能详的词汇。自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。智能家居至今在中国已经历了近6年的发展，从人们最初的梦想，到今天真实的走进我们的生活，经历了一个艰难的过程。在此研究背景和意义之下，本文对多功能家电控制板进行了研究。
1、多功能家电控制板概述
（1）多功能家电控制板的功能。多功能家电控制板的功能就是通过单片机实现对家电的定时控制、红外遥控控制、电话远程控制、上位机软件控制、温度控制和键盘直接控制，使普通家电升级为智能家电实现家居智能化。
（2）多功能家电控制板的组成。本文设计的多功能家电控制板是由微处理器、8路继电器输出、显示器、时钟系统、存储器、蜂鸣器、DTMF解码器、红外接收器、温度检测、MAX232串口通讯及键盘部分组成的。结构原理图如下所示：
2、方案实施（附图）
（1）系统硬件电路的设计：①液晶显示电路设计：1602液晶显示器内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图型。②温度传感器设计：由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。而DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。测量温度范围为-55°C~+125°C，在-10°C~+85°C范围内,精度为±0.5°C。③时钟模块的设计：我们采用DS1302作为主要计时芯片，主要为了提高计时精度，更重要的就是DS1302可以在很小的后备电源下继续计时，并可编程选择充电电流来对后备电源进行充电，可以保证后备电源基本不耗电。④键盘接口的设计：按键有12个键0~B，直接用硬件实现BCD码输出。⑤红外线接收电路：通过AT89C2051解码后从P1.7~P1.4输出8421码。并且与键盘电路并联。⑥DTMF解码和控制电路：电路中使用的主要元器件有DTMF接收器MT8870、光电耦合器CNY17F。DTMF是英文缩写字，意为双音多频。DTMF信号最早用于程控电话交换系统，并很快取代了脉冲信号。DTMF信号共八个，分为两组，即一个高频组（1209Hz、1336Hz、1477Hz、1633Hz）和一个低频组（697Hz、770Hz、852Hz、941Hz）。每组四个信号，从两组中各取一个信号合成一个双音频信号来代表0～9十个数字和其它一些功能码，这样共可以组成16个双音频信号。DTMF接收器MT8870的作用就是将接收到的双音频信号转换为8421码。
（2）系统软件的设计：①除红外和DTMF解码外都由C语言编写。红外和DTMF信号由单片机AT89C2051解码后转为8421码后与键盘电路并接，再接至AT89C55的P3.7-P3.4。红外和电话远程控制实现与键盘相同功能。②上位机软件可直接控制继电器，并可发送时间日期以方便校准时钟。③蜂鸣用与开关声音提示（有对应指示灯指示各路输出）。④该板预设10组定时器（可选择比较位），每个定时器可选择控制哪个输出的继电器。⑤平常显示时钟和温度，进入控制时显示相应信息。⑥直接按数字键可显示相应定时器设置值。⑦进入控制或设置需要输入密码。
3、调试总结
（1）LCD显示（1602）：在调试时碰到了显示不出数据、显示抖动、擦除不干净，自编字符等问题。LCD是一种慢器件，在初始化和读写指令时需要一定延时，还要对其进行DB7脚的检测（DB7=0，LCD控制器空闲；DB70=1，LCD控制器忙），如果忙需等待。初始化需15ms延时，写指令需5ms延时。在显示时需要一定延时，使用自遍字符时应该先加载。
（2）时钟（DS1302）:在调试时碰到向DS1302写数据失败问题。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信，读写数据从低位到高位。读数据时要先写地址后再进行读操作，写数据时要先打开写操作，再进行写地址写数据，最后关闭写操作。
红外遥控（SA3010）: 在调试时碰到加码数据不正确的问题。最主要是因为延时时间不正确，在不正确的时间里去读数据，所以导致读出数据不正确，最后用精确延时，并使用1个定时器定时1800us来量取。
DTMF解码（MT8870） 在调试时碰到4个问题：1）接上电话线后，电话线电压被拉低，影响电话机正常运行。2）振铃检测不准确。在电话线一有振铃就马上摘机。3）无通讯10秒后自动挂机。4）编码调整，在DTMF解码后数据0实为A，数据A实为B，B实为C。解决方法：1）将电话振铃与主电路之间接1个继电器进行切换。普通状态下，线路不接DTMF解码电路，只有当振铃次数到大6次后才将其接通，并将振铃电路切断。2）原本是使用计数器来记振铃次数，因检测不准，后用查询的方法对振铃进行检测。3）上面刚好多出1个定时器可供延时用，在有通信信号时将50ms计数清0，在没有信号时自动垒加到200次后挂机。4）在接收到数据A，B，C时用一比较语句和附值语句将函数输出调整为0，
四、结论
本文基于家居智能化背景，设计的系统是由微处理器、8路继电器输出、显示器、时钟系统、存储器、蜂鸣器、DTMF解码器、红外接收器、温度检测、MAX232串口通讯及键盘部分组成的。最后重点介绍了该设计的实施方案，包括软硬件的设计，其中硬件电路包括：复位电路（用RC电路实现）、晶振电路（AT89C55的晶振频率采用11.0592MHZ，AT89C2051的晶振频率应我们采用12M晶振）、液晶显示电路设计、温度传感器设计、存储电路、时钟模块的设计、键盘接口的设计、继电器输出电路设计、串口输出电路、红外线接收电路、DTMF解码和控制电路的设计；系统软件的设计包括：主程序流程图、参数设置流程图、密码设置流程图、红外和DTMF解码处理流程图、串口中断流程图的设计等。此外在硬件调试时，遇到了很多问题，但通过仔细的分析，都已经得出解决方案了。
关键词：智能家居，多功能家电控制板，调试
随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。
智能家居起源甚早，1984年第一次出现在美国康乃迪克州哈特佛市。20世纪80年代初，出现了住宅自动化的概念，也就是智能家居的原形。几年前，美国、欧洲和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了智能家居(SmartHome)的概念。如今，智能家居频繁出现在各大媒体上，成了人们耳熟能详的词汇。自从世界上第一幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、德国、新加坡、日本等国都有广泛应用。智能家居至今在中国已经历了近6年的发展，从人们最初的梦想，到今天真实的走进我们的生活，经历了一个艰难的过程。在此研究背景和意义之下，本文对多功能家电控制板进行了研究。
1、多功能家电控制板概述
（1）多功能家电控制板的功能。多功能家电控制板的功能就是通过单片机实现对家电的定时控制、红外遥控控制、电话远程控制、上位机软件控制、温度控制和键盘直接控制，使普通家电升级为智能家电实现家居智能化。
（2）多功能家电控制板的组成。本文设计的多功能家电控制板是由微处理器、8路继电器输出、显示器、时钟系统、存储器、蜂鸣器、DTMF解码器、红外接收器、温度检测、MAX232串口通讯及键盘部分组成的。结构原理图如下所示：
2、方案实施（附图）
（1）系统硬件电路的设计：①液晶显示电路设计：1602液晶显示器内部的字符发生存储器已经存储了160个不同的点阵字符图型。②温度传感器设计：由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。而DS18B20温度传感器是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。测量温度范围为-55°C~+125°C，在-10°C~+85°C范围内,精度为±0.5°C。③时钟模块的设计：我们采用DS1302作为主要计时芯片，主要为了提高计时精度，更重要的就是DS1302可以在很小的后备电源下继续计时，并可编程选择充电电流来对后备电源进行充电，可以保证后备电源基本不耗电。④键盘接口的设计：按键有12个键0~B，直接用硬件实现BCD码输出。⑤红外线接收电路：通过AT89C2051解码后从P1.7~P1.4输出8421码。并且与键盘电路并联。⑥DTMF解码和控制电路：电路中使用的主要元器件有DTMF接收器MT8870、光电耦合器CNY17F。DTMF是英文缩写字，意为双音多频。DTMF信号最早用于程控电话交换系统，并很快取代了脉冲信号。DTMF信号共八个，分为两组，即一个高频组（1209Hz、1336Hz、1477Hz、1633Hz）和一个低频组（697Hz、770Hz、852Hz、941Hz）。每组四个信号，从两组中各取一个信号合成一个双音频信号来代表0～9十个数字和其它一些功能码，这样共可以组成16个双音频信号。DTMF接收器MT8870的作用就是将接收到的双音频信号转换为8421码。
（2）系统软件的设计：①除红外和DTMF解码外都由C语言编写。红外和DTMF信号由单片机AT89C2051解码后转为8421码后与键盘电路并接，再接至AT89C55的P3.7-P3.4。红外和电话远程控制实现与键盘相同功能。②上位机软件可直接控制继电器，并可发送时间日期以方便校准时钟。③蜂鸣用与开关声音提示（有对应指示灯指示各路输出）。④该板预设10组定时器（可选择比较位），每个定时器可选择控制哪个输出的继电器。⑤平常显示时钟和温度，进入控制时显示相应信息。⑥直接按数字键可显示相应定时器设置值。⑦进入控制或设置需要输入密码。
3、调试总结
（1）LCD显示（1602）：在调试时碰到了显示不出数据、显示抖动、擦除不干净，自编字符等问题。LCD是一种慢器件，在初始化和读写指令时需要一定延时，还要对其进行DB7脚的检测（DB7=0，LCD控制器空闲；DB70=1，LCD控制器忙），如果忙需等待。初始化需15ms延时，写指令需5ms延时。在显示时需要一定延时，使用自遍字符时应该先加载。
（2）时钟（DS1302）:在调试时碰到向DS1302写数据失败问题。DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信，读写数据从低位到高位。读数据时要先写地址后再进行读操作，写数据时要先打开写操作，再进行写地址写数据，最后关闭写操作。
红外遥控（SA3010）: 在调试时碰到加码数据不正确的问题。最主要是因为延时时间不正确，在不正确的时间里去读数据，所以导致读出数据不正确，最后用精确延时，并使用1个定时器定时1800us来量取。
DTMF解码（MT8870） 在调试时碰到4个问题：1）接上电话线后，电话线电压被拉低，影响电话机正常运行。2）振铃检测不准确。在电话线一有振铃就马上摘机。3）无通讯10秒后自动挂机。4）编码调整，在DTMF解码后数据0实为A，数据A实为B，B实为C。解决方法：1）将电话振铃与主电路之间接1个继电器进行切换。普通状态下，线路不接DTMF解码电路，只有当振铃次数到大6次后才将其接通，并将振铃电路切断。2）原本是使用计数器来记振铃次数，因检测不准，后用查询的方法对振铃进行检测。3）上面刚好多出1个定时器可供延时用，在有通信信号时将50ms计数清0，在没有信号时自动垒加到200次后挂机。4）在接收到数据A，B，C时用一比较语句和附值语句将函数输出调整为0，
四、结论
本文基于家居智能化背景，设计的系统是由微处理器、8路继电器输出、显示器、时钟系统、存储器、蜂鸣器、DTMF解码器、红外接收器、温度检测、MAX232串口通讯及键盘部分组成的。最后重点介绍了该设计的实施方案，包括软硬件的设计，其中硬件电路包括：复位电路（用RC电路实现）、晶振电路（AT89C55的晶振频率采用11.0592MHZ，AT89C2051的晶振频率应我们采用12M晶振）、液晶显示电路设计、温度传感器设计、存储电路、时钟模块的设计、键盘接口的设计、继电器输出电路设计、串口输出电路、红外线接收电路、DTMF解码和控制电路的设计；系统软件的设计包括：主程序流程图、参数设置流程图、密码设置流程图、红外和DTMF解码处理流程图、串口中断流程图的设计等。此外在硬件调试时，遇到了很多问题，但通过仔细的分析，都已经得出解决方案了。
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