1、 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）题 目 ： 智能家居定时开关设计 专 业： 自动化（数控技术） 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点： 2012 年 5 月Graduation Design (Thesis)The Design of Timing Switch of Smart HomeBySupervised bySenior experimentalist School of AutomationNanjing Institute of TechnologyMAY, 2012I摘 要论文设计完成的智能家居定时开关控制系统主要通过 AT89S52 单
2、片机做为主控器实现，介绍了智能家居定时开关控制系统的结构、功能和特点。家电控制的智能化已成为社会需求的新趋势。基于微机控制系统的智能化家电使我们的生活更加便利。而是否能够实现远程家电的开关控制，又是否能够随时查询电器的工作状况，或者能够事先对家电的定时开关做出控制，又成为越来越受关注的研究方向。本论文重点介绍了以 AT89S52 单片机为主控制器的输入、输出硬件接口电路的设计，并对其特点做出阐述，并结合控制系统的功能要求，对软件设计的程序流程及实现的基本过程进行了说明。该设计基本功能和组成包括：以 AT89S52 单片机作为中央处理器，组成最小系统；修改和读取串行时钟；具有按键电路；具有手动和
3、自动控制功能，控制四路继电器开关通断，通断状态由指示灯指示；具有与计算机通信的串行接口设计时钟电路，能修改和读出实时时间；具有串行通信接口；具有手动、自动控制电路及继电器开关控制电路；具有单片机程序下载接口和设计系统典型测试点电平或电压输出接口。关键词： 智能家居；定时开关；AT89S52IIABSTRACTThis paper completed the design of the intelligent home furnishing timing switch control system mainly through the AT89S52 microcontroller as the
4、 main control unit, intelligent home furnishing timing switch control system structure, function and characteristic.Household appliances intelligent control has become the new trend of social demand. Microcomputer based control system for intelligent home appliance makes our life more convenient. Bu
5、t whether can realize remote switch control, and whether can inquire electrical work, or to advance to the appliance timer switch to control, and has become increasingly concerned about the research direction.This paper introduces the AT89S52MCU as the main controller input, output hardware interfac
6、e circuit design and its characteristics, explain, and the combination of the functional requirement of the control system, the software design process and the realization of the basic process explained.The design includes: the basic functions and composition with AT89S52microcontroller as the centr
7、al processor, consisting of minimal system; modify and read the serial clock; a key circuit; having a manual and automatic control function, control four relay switch, on-off state by the indicator light; having a computer with the serial communication interface design of clock circuit, can modifica
8、tion and readout time; with serial communication interface; having a manual, automatic control circuit and a relay switch control circuit; single chip program download interface and design system of typical test point level or a voltage output interface.Key words: smart home；timing switch; AT89S52;I
9、II目 录第一章 绪 论 .11.1 引言 .11.2 课题背景与意义 .21.3 智能家居定时开关系统完成的功能 .21.4 本文的结构 .2第二章 单片机 AT89S52 的性能介绍 .42.1 单片机的概述 .42.2 单片机 AT89S52 简介 .52.2.1 AT89S52 概述 .52.2.2 功能简述 .52.2.3 管脚说明 .62.2.4 AT89S52 单片机主要特征 .8第三章 系统硬件设计 .103.1 系统总体设计 .103.2 单片机最小系统设计 .103.2.1 复位电路 .103.2.2 晶振电路 .113.2.3 最小系统 .123.3 时钟电路模块设计 .
10、123.3.1 时钟芯片 DS1302 模块 .133.3.2 24C16 芯片介绍 .193.4 继电器控制模块设计 .223.5 数码管显示模块设计 .223.5.1 静态显示 .223.5.2 动态显示 .233.5.3 数码管显示电路 .233.6 串行通信接口模块设计 .24第四章 系统软件设计 .264.1 软件设计的原则 .264.2 主程序设计 .264.2.1 主程序的概念 .264.2.2 本系统主程序的功能 .264.2.3 主程序流程图 .264.3 软件指令设计 .274.3.1 基本指令设计 .274.3.2 时间校准功能 .284.3.3 四路开关时间设定功能 .
11、29第五章 制作与调试 .31IV5.1 硬件焊接 .315.2 硬件调试 .325.2.1 焊接调试 .325.2.2 故障调试 .325.2.3 功能调试 .325.3 “伟福”调试软件 .335.3.1 “伟福”的特点 .335.3.2 “伟福”仿真软件的使用 .335.3.3 “伟福”集成调试软件的界面 .345.4 综合调试 .395.4.1 联机调试 .395.4.2 脱机调试 .39第六章 总结 .416.1 论文总结 .416.2 感想 .41致谢 .42参考文献 .43附录 .44附录 A：原理图 .44附录 B：PCB 硬件图 .45附录 C：程序清单 .46南京工程学院自
12、动化学院本科毕业设计（论文）1第一章 绪 论1.1 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（United Techno1ogies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut) 哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的“智能型建筑 ”，从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。智能家居又称智能住宅，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（Home Automation）、电子家庭（Electronic Home、E
13、-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for Home）、网络家居（Network Home）、智能家庭/ 建筑（Intelligent Home/Building），在中国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。 智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能
14、并不采用综合布线技术，如电力载波，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。传统意义上一般都认为智能家居是带来生活品质的提升，其实物联网智慧家居正在改变这些观点，最显著的变化就是实用、方便、易整合。每一个家庭中都存在的各种电器，不管是号称智能的冰箱、空调还是传统的电灯、电视一直以来由于标准不一都是独立工作的，从系统的角度来看，他们都是零碎的、混乱的、无序的，并不是一个有机的、可组织的整体，作为家庭的主人面对这些杂乱无章的电器其消耗的时间成本、管理成本、控制成本通常都是很高的并且是非必要的。 智能家居实现的基础功能大概分为
15、六类，分别为：1、始终在线的网络服务，与互联网随时相连，为在家办公提供了方便条件。2、安全防范：智能安防可以实时监控非法闯入、火灾、煤气泄露、紧急呼救的发生。一旦出现警情，系统会自动向中心发出报警信息，同时启动相关电南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）2器进入应急联动状态，从而实现主动防范。3、家电的智能控制和远程控制，如对灯光照明进行场景设置和远程控制、电器的自动控制和远程控制等。4、交互式智能控制：可以通过语音识别技术实现智能家电的声控功能；通过各种主动式传感器（如温度、声音、动作等）实现智能家居的主动性动作响应。 5、环境自动控制。如家庭中央空调系统。 6、提供全方位家庭娱乐。如家
16、庭影院系统和家庭中央背景音乐系统。 1.2 课题背景与意义随着社会的发展，科技的进步，家电控制的智能化已成为社会需求的新趋势。基于微机控制系统的智能化家电使我们的生活更加便利。而是否能够实现远程家电的开关控制，又是否能够随时查询电器的工作状况，或者能够事先对家电的定时开关做出控制。又成为越来越感兴趣的研究方向。家电产品现已进入成熟期和稳定期。市场规模稳步上涨，但竞争日愈剧烈，其核心部件。即控制器性能及质量对企业产品的影响很大。同时，经济快速发展，人们对于家庭生活的舒适程度也提出了越来越高的要求，尤其体现在家电的便捷方面。在这个背景下，可以自主控制的家电控制系统，就逐渐显示出竞争力，这也符合时代
17、发展的客观需要。随着中国经济的快速稳步增长和迅速发展，家电厂家越来越意识到被喻为家电“芯片”的家电控制器的重要性，因而纷纷与专业的研发公司或厂家合作，开发符合市场需求的、具有行业领先水平的控制器。目前关于家电控制器的研究和设计方案提出的很多，但仍有许多问题尚待解决，如没有统一的互操作规范等。但是，一些领先技术已经开始被应用于今天的家电控制领域。如：电话远程控制、红外线遥控、语音识别等等。如将语音识别技术应用到电器产品，来实现语音提示操作，从而使系统具有更加良好的操作界面等。随着相关技术不断进步，互操作型智能家电必将向着调度智能化、灵活性和互操作性的方向发展。从而进入寻常百姓家。1.3 智能家居
18、定时开关系统完成的功能智能家居定时开关设计，是以 AT89S52 单片机为控制核心，以 DS1302 为时间芯片构成。单片机通过按键程序输入信息，产生控制信号，导入给时钟电路，使四路继电器能分时控制，实现定时开关功能。同时能够通过按键电路手动控制继电器开通关断。通过数码管显示时间，具有报警电路和串行接口，能够实现联机通信。南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）31.4 本文的结构本文以单片机的研发工程项目作为应用背景，对智能家居定时开关技术进行了研究。全文共分为七章，各章的主要内容如下：第一章扼要地介绍了智能家居的概念、特点与相关研究背景；第二章介绍了主控器 AT89S52 单片机的功能作
19、用；第三章对系统硬件进行了研究，讨论了硬件的设计方法；第四章对系统软件进行了研究，讨论了软件的设计方法；第五章为硬件与软件的调试；第六章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）4第二章 单片机 AT89S52 的性能介绍2.1 单片机的概述单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机
20、系统。单片机也被称为微控制器（Microcontroller Unit），常用英文字母的缩写 MCU 表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。早期的单片机都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因为简单可靠而性能不错 获得了很大的好评。此后在 8031 上发展出了 MCS51 系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了 16 位单片
21、机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90 年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用，32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的 8 位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起 80 年代提高了数百倍。目前，高端的 32 位单片机主频已经超过 300MHz，性能直追 90 年代中期的专用处理器，当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的 Windows 和 Linux 操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机 是世界上数量最多的 计 算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子
