热水器智能控制系统毕业论文

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智能家居控制系统的设计与实现 [2009-03-18 06:41] ;;; 摘要：介绍了以PC（个人计算机）、MCU（单片机AT89C52）、双音多频编解码集成电路MT8880C、语音录放芯片ISD4004和无线数据收发芯片nRF401为核心，通过现有的电话网络终端或者互联网网络终端实现远程控制的智能家居系统，给出了该系统的电路原理和办硬件设计与实现方法。;;; 关键词：远程控制 双音多频 网络通讯 无线通讯 家庭自动化２１世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。数字化家居控制系统的出现使得人们可以通过手机或者互联网在任何时候、任意地点对家中的任意电器（空调、热水器、电饭煲、灯光、音响、ＤＶＤ录像机）进行远程控制；也可以在下班途中，预先将家中的空调打开、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭……；而这一切的实现都仅仅是轻轻的点几下鼠标，或者打一个简单的电话。此外，该系统还可使家庭具有多途径报警、远程监听、数字留言等多种功能，如果不幸出现某种险情，您和１１０可以在第一时间获得通知以便进一步采取行动。舒适、时尚的家居生活是进步的标志，智能家居系统能够在不改变家中任何家电的情况下，对家里的电器、灯光、电源、家庭进行方便地控制，使人们尽享高科技带来的简便而时尚的现代生活。１系统的总体结构及工作过程智能家居系统由系统主机、系统分机、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ服务器和网络接口等部分组成。其中系统主机通过服务器（个人）连入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，并通过自己的ＰＳＴＮ�公用电话交换网接口电路连入ＰＳＴＮ。其结构图如图１所示。主机与分机通过无线传输组成星形拓扑结构。系统主机通过本地无线传输网络同系统分机进行通讯、传输控制命令和反馈信息。该系统正常工作时，用户可以通过);>Ｉｎｔｅｒｎｅｔ和ＰＳＴＮ两种网络进行访问，当通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ访问时，本系统可提供一个界面友好的终端软件，用户只需登陆到运行在家中的服务器即可对家中的设备进行远程控制；当通过ＰＳＴＮ访问时，本系统将为用户提供语音操作界面。其工作流程如图２所示。２系统的硬件构成本系统的硬件主要有系统主机与系统分机两大部分。系统主机由单片机ＡＴ８９Ｃ５２和各种接口电路组成，如图３所示。系统分机由单片机ＡＴ８９Ｃ５２和各种接口电路、传感器单元电路、固态继电器控制电路组成，并由固态继电器控制具体设备，具体硬件组成框图如图４所示。通过系统主机的各种接口电路可将主机ＣＰＵ从繁忙的计算中解脱出来，以便把主要精力运用在控制和信息传递上。系统主机主要依照各个功能电路的输出结果进行判断和控制命令的输出。系统分机的各种接口电路和主机相似，只是根据设备的不同（传感器单元）有着细节上的变化。下面主要介绍系统主机的各种接口电路。２．１ ｎＲＦ４０１ 无线数据传输电路无线数据传输电路由Ｎｏｒｄｉｃ公司的单片ＵＨＦ无线数据收发芯片ｎＲＦ４０１及其外围电路构成。ｎＲＦ４０１采用ＦＳＫ调制解调技术，其工作效率可达２０ｋｂｉｔ／ｓ，且有两个频率通道供选择，并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码，其天线接口设计为差分天线，因而很容易用ＰＣＢ来实现。);>;;; ２．２ 看门狗电路看门狗电路由ＭＡＸ８１３Ｌ及其外围元件组成。通常，在单片机的工作现场，可能有各种干扰源。这些干扰源可能导致程序跑飞、造成死机或者程序不能正常运行。如果不及时恢复或使系统复位，就容易造成损失。看门狗电路的作用就是在程序跑飞或者死机时，能有效地使系统复位以使系统恢复正常运转。因此，在程序中定期给Ｐ１．５送入看门狗信号，就可以保证在程序运行异常时，由ＭＡＸ８１３Ｌ使单片机复位。２．３ ＤＳ１３０７时钟接口电路ＤＳ１３０７时钟芯片是美国ＤＡＬＬＡＳ公司生产的Ｉ２Ｃ总线接口实时时钟芯片。ＤＳ１３０７可以独立于ＣＰＵ工作，它不受晶振和电容等的影响，并且计时准确，月积累误差一般小于１０秒。此芯片还具有掉电时钟保护功能，可自动切换到后备电源供电。同时还具有闰年自动调整功能，可以产生秒、分、时、日、月、年等数据，并将其保存在具有掉电保护功能的时间寄存器内，以便ＣＰＵ根据需要对其进行读出或写入。由于单片机ＡＴ８９Ｃ５２没有Ｉ２Ｃ总线接口，因此，要驱动ＤＳ１３０７，就必须采用单主机方式下的Ｉ２Ｃ总线虚拟技术。在此方式下，以单片机为主节点（主器件），主器件永远占有总线而不出现总线竞争，且可以用两根Ｉ／Ｏ口线来虚拟Ｉ２Ｃ总线接口。Ｉ２Ｃ总线上的主器件（单片机）可在时钟线（ＳＤＬ）上产生时钟脉冲，在数据线（ＳＤＡ）上产生寻址信号、开始条件、停止条件以及建立数据传输的器件。任何被选中的器件都将被主器件看成是从器件。在这里，ＤＳ１３０７作为Ｉ２Ｃ总线的从器件。Ｉ２Ｃ总线为同步串行数据传输总线，其内部为双向传输电路，端口输出为开漏结构，因此，需加上拉电阻。２．４ ＭＴ８８８０Ｃ双音频编解码电路由于单片机是通过ＭＴ８８８０Ｃ芯片得到ＰＳＴＮ网络的双音频信号解码输出，也就是说，单片机可以识别来自ＰＳＴＮ网络的控制信号，用户可以根据系统的语音提示进行按键选择以实现用户身份的识别与远程控制。因此，利用ＭＴ８８８０Ｃ的双音频编码功能，系统可以在紧急时刻将用户预置的紧急电话打到ＰＳＴＮ网络，从而把损失减少到最低。２．５ ＩＳＤ４００４语音录放电路ＩＳＤ４００４是美国ＩＳＤ公司生产的一种语音录放芯片。它可录制８～１６分钟的语音信号。该芯片可提供ＳＰＩ标准接口和单片机进行接口，其语音的录放控制均通过单片机来实现。该芯片的一个最大特点是可以按地址编程录放，因而可由ＩＳＤ４００４和单片机编程控制来构系统与ＰＳＴＮ网络用户的语音平台。由于ＩＳＤ４００４的ＩＮＴ和ＲＡＣ脚输出为开漏结构，因此需要加上拉电阻。);>２．６ ＭＡＸ２０２串行通讯电路通讯电路可由串行通讯专用芯片ＭＡＸ２０２组成，通过此电路可以方便地与ＰＣ机进行串行通讯。２．７ 铃流检测与摘挂机控制电路当系统被呼叫时，电话交换机发出铃流信号。振铃为２５±３Ｖ的正弦波，失真小于１０％，电压有效值为９０±１５Ｖ。振铃信号以５秒为周期，即１秒送，４秒断。由于振铃信号电压比较高，所以先要通过高压稳压二极管进行降压，然后输入至光耦。再经光耦隔离转换后，从光耦输出时通时断的正弦波，最后经ＲＣ回路进行滤波以输出标准的方波。该方波信号可以直接输出至单片机的定时器１进行计数，以实现对铃流的检测。由于程控电话交换机在电话摘机时电话线回路电流会突然变大（约３０ｍＡ），因此，交换机检测到回路电流变大就认为电话机已经摘机。自动摘挂机电路可以通过单片机的Ｐ１．７来控制一个固态继电器，固态继电器的控制端应连接一个大约３００Ω的电阻后再接入电话线两端，从而完成模拟摘挂机。３系统软件编制本系统软件主要由系统主机和系统分机的Ｃ５１程序和系统与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络通讯程序组成。３．１ 系统主机程序的编制系统主机程序主要用于实现系统的总体功能。包括无线数据传输程序、看门狗程序、时间戳程序、双音频编解码程序、语音录放程序、串行通讯程序、铃流检测与摘挂机控制程序、系统初始化程序、意外事件处理程序等。程序编制以消息驱动为主导思想。消息由计数器中断１、外部中断０和串行中断产生，在中断服务程序中，应将相应的状态位置位，而在消息循环中则应按相应的状态位调用功能函数，然后由功能函数将相应的状态位清０并完成所需功能，并最后返回到消息循环中。其程序流程如图５所示。该系统的分机程序和主机类似，故此不再详述。);>３．２ 系统与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络通讯程序的编制这部分通讯程序分为服务器和客户端两个程序，主要通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络完成用户的控制功能。服务器程序主要完成客户端与系统主机通讯的中转，即将客户端发来的控制或者查询命令成系统主机能识别的格式，或者将系统主机收到的报警等信息上传到客户端。服务器程序使用Ｓｏｃｋｅｔ与客户端进行Ｉｎｔｅｒｎｅｔ通讯。客户端程序是运行在远端用户的控制界面，主要用于完成家居内状态的显示以及对家居内电器的远程控制，同时使客户端直接连接到服务器。４结论本系统充分利用了现有的网络资源。通过在实际电话网络和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络中的试运行证明：该系统能够达到设计初期的各项要求。相信将在信息家电、智能小区等方面得到广泛应用。

硬件电路的设计与实现 单片机最小系统硬件电路设计 很小的单个芯片系统包含一个晶体振荡器，一个恢复位电路等。MCU中已经存在时钟振荡电路。我们需要在引脚XTAL1和XTAL2之间添加一个反馈环路，以构建最小的MCU系统，以MCU可以获取时钟信号。通常用反馈环路是一个石英晶体振荡器和2个30μF 并联电容器。电容值根据晶体的频率进行调整。在较小的MCU系统电路中，石英晶体振荡器的频率越高，MCU 内部时钟信号的周期短，速度更快从MCU贯行命令。在此构造中，微控制器的时钟速率设置为12MHz，并且相应的重置按钮设置为微控制器的重置引脚，以便用户可以重置微控制器。必要时。对于系统的每一个传感器接触口，还必须为每个传感器，电源和数据线接口标明。最不大的系统可以构造在所有都有可以用的板子上，也可以用焊接在PCB板子上的完成品模块，其硬件原理图片如下面图片 所呈示。 图 MCU 最小系统和接口电路 显示模块硬件电路设计 在这次实验中，选择字符LCD1602作为呈示设备，将LCD1602的数据引脚一起连到MCU的P0端口。即，至分别对应于以1602展示的8个数据线（DB0至DB0）。 DB7用连上。如图 所示，特殊功能端子RS，RW和E通过网络标签分别连接到，和。模块的VEE地端可以调整呈示模块呈示的数字符号的光亮度和对比度。在现实电线路中，用了十千Ω的蓝白R102。当用手转动，就可以更改字符的样式。 图 显示模块和接口电路 温度传感器 DS18B20 电路设计 DS18B20温度传感器和MCU中间的连接较简。将数据线直接连接到MCU的端口（网络签标DQ），电源和地线也连到MCU主板上，这个时候，数据线所用电源电压通过四点七千电阻上拉。 图 温度传感器和接口电路 电子式水位置开关硬件电路设计 用电子水位置导通按钮做成是否缺水的指示判定，这个电按钮在如果有水的时候输出的高电平，在没有液体情况的时候出口是低微电平。高的电平就是电压源，因此电压源要用为5V，传递数具线和迪线连接到单芯片计算电脑的主电路板上（看下面图）。网络签标水对映MCU的端口。 图电子式水位开关接口电路 时钟芯片电路设计 在时钟芯片DS18B20 的3个端口 RST，SCLK和I/O连到用数据互换的MCU上，看图片呈示 所示，收集标签分开是RST，，分开是连接到微控制器的，和 ，实现与单片机的通讯。请看一看DS18B20 The clock chip的传统电路设计方式来构造该整个的基本电路形态。 图 时钟芯片电路 声光报警电路设计 警报电路分为光警报和声警报，用于响应系统的各种警报，并通过声和光提醒用户。如 声响警报模块的电路的构造，峰鸣器一般用与MCU一样的正5伏电压源，由晶体管9013管控，集电极连接到MCU端口，网络标签为BEEP，与MCU的端口相对应。 图蜂鸣器电路高亮度和长寿命的LED灯用于照明警报和提示，常见的阳极连接方法，单片机提供低水平照明。装配3LED光泡，串联接51ΩR ，D1用于指示增加热度状况，D2用来看水位状况，D3用来看热度状况。这3灯连到MCU的，和端口，实现联代功能。 图 指示灯电路 按键设置模块电路设计 本系统的时钟设置、 其中温度中的设计都是要用按钮来进行的，基本用 四个独立的按钮的设计，将一个端子接地并按下后，降低单片机的端口级别，并完成主动作捕捉。此功能由装配按钮，确认按钮，增值按钮和减值按钮界说，网标签为SELT，ENTER，UP和DOWN，对应接单片机的 、、和 四个端口。 图 键钮模块电路 电源和开关模块设计 这个系统一般在外部接上正五伏电源来进行工作。如果想方便控制，需加一个电源总的开关，并且使用LED指示灯来指示电源。在电源和地线中间并联2个滤波C，过滤出电源纹波。 图 电压源模块电路3 热水器控制系统的软件设计与算法实现 软件设计是整个系统的核心。好的软件设计能使硬件更加出色。软件系统的主要设计思想是：1开系统电源后，将呈示目前系统时刻的讯息和水的热度讯息；当水温低于设定值时，开始加热。当水热度大于预期值或水量不足时会触发声音和视觉警报。2、响应按键操作。如果有一些人群碰到下配置灯按钮时，您可以执行3个选项，第一个是设置运行时间，第二个是配置计时器预热的开始和结束时间，第三个是配置温度。范围内的上升和下降极限。软件程序的设计中，它完全结合了模块化设计的思路。完整的软件系统圈主要包括通用初始化功能，LCD1602基本功能，DS18B20基本功能，DS18B20基本功能，按键扫描配置策略基本功能，然后在主程序中调用相关模块的功能，例如读取传感器状态，智能温度判定，警报处理决策，键盘扫一扫，以完成系统预期的操作功效。 系统总体流程图 图系统总体流程图 显示模块程序设计 呈示模块程序主要包括初始化、命令子函数和写数据子函数，是系统软件编程的基本库里，是系统软件编程的最关键基本函数：图所示 图显示模块程序设计 写命令子函数1602作业要命令输入并具有自己的命令库。要编写这个命令，您更需要编写一个特殊设定的的写命令子功能。 写数据子函数 图子函数流程图另外，必须将在时钟装配流程和热度装配流程呈示的情况与人员输入一起编写，以配置适当的光指示呈示管理。 温度传感器模块程序设计 温度传感器流程图。图所示 图温度传感器模块程序设计 在Temperature sensor的基本功能装配中，它用于热度采集并管理。热度写入功能包含写入成数和不成数那部分，分析DS18B20的数据格局，写下正确的热度和因变量。基本功能开发包含模的块开始化的功能、单独线串行的传递信息延迟功效 、所有线信息的装配、byte数传递、byte数收到等很多局部。从主程序中调用这些功能，并与LCD display功能的配合用来以完成各种各样的效果，例如温度显示和判断。 按键设置程序设计 按钮设置程序主要是按钮扫秒的方法。由于键子的扫秒的逻及更加繁琐，因此不仅需要辨认碰下的键数，哪个键，还需共同LCD呈视功能来展示不一样的按钮数和当时的情况，并控制光标位置和打开和关闭LCD1602 ，提示用户进行设置。按钮扫一扫配置过程里分别成为一个子功效，在主要软件中巡回挪用。在行使按键编排动手活动中，因为用了的是呆板按键，出现在癫动的征像，形成测验不却准或碰下的数的误会，正常来用癫动方法，把过去的时间，确保按钮的数正确。按钮正常是四，配置按下面的按钮、确定正确的按碰键子、键子数增多和键子值变少。用来变化量SELT 表达配置按钮的状况，并设计全面变Select记载的装配按钮被按下的次数，将不同的时间与不同的装配功能进行比较，具有按钮功能的效果。当装配按钮所触摸的按钮的频率为1时，请沿光标方向调整时间功能，并记住要进入调整模式。当按按钮的数为二时，光标指引向调好定时作用.当击按钮数量为三时，光标指引向配置热度作用。当按数为四时，请勿标记调整形式并返回正常模式.当使用更改量ENTER显示确认按钮的状态时，请使用Enter记录按钮被按下的次数。Enter的每次访问，都要先开始检验Select的改动数量，确准Select处于功能设置模式，然后显示不同的内容，并控制光标的移动根据不一样功能模下按动确认按钮的数，判定系统在当前要修正的数据是哪个，要不要不调试了，返回平常良好状态。通过设置按钮和确认按钮按动次数，构造系统在调试模式下的每个固定调试的状态，Select与Enter数并在一起就判定了眼下修正地数。看对于这个按钮数量增大和按钮对的数变的少的按键，两个按钮按动的时候，用假设条件去判Select_nu和 Enter_nu 的数的配合状况，贯行相对照的数增加 一 或是数据减少一 的做法。由于键子盘检测巡回进行，连着按增加或减小按键可以实现连起来调配的作用。同时，要看每个数的范围，位置不超出设置范围内。图所示图按键设置程序设计 时钟芯片相关程序设计 图时钟芯片相关程序设计在DS1302相关的编程中，主要写芯片的写数据和读数据作用，然后相对照的日子配置作用。用write_DS18B20_by函数进行数，根据准备，用write_DS11302函数运行数据写进来，用read_DS1302函数进行时刻数，根据读取，用set_rt函数进行时间配置。 主程序和中断服务程序设计 主要程序要包括每个函数的调度用。在软件的开头，开始的每个模块，端口和计时器的开始作业，之后进到循环不止的结构。在循环结构中，指示器位用于确定系统是不是处于调整模式还是正常模式，并且键盘扫描功能会连续运行。在良好模式内贯行温度显示和时间显示，调用警报模块子功效以检查和判定温度和水位状态啥样。在程序中设置适当的判断指标，判断这些变量的值能否到达警报状况。当这时水热度要低于事先设定好热度时候，增加热度提示灯亮起来;如果水温高于设定温度，则会发出警报。如果缺水，也会触发警报。断了劳动程序主要用了The timer断开，用了The timer T0 计算 50ms，它会计入您的中断服务程序，为系统的正常良好模式下的显出数更替给了时间标准。

可不能马虎，最好还是自己动动脑筋，好好的写一写。.网上那种免费的毕业设计千万不能采用，要么是论文不完整，要么是程序运行不了，最重要的是到处都是，老师随时都可以知道你是在网上随便弄的那就不好了，我去年的毕业设计是在【天下文库】写的，质量挺不错的。你要是实在没办法，可以去看下1、论文题目：要求准确、简练、醒目、新颖。 2、目录：目录是论文中主要段落的简表。（短篇论文不必列目录） 3、提要：是文章主要内容的摘录，要求短、精、完整。字数少可几十字，多不超过三百字为宜。 4、关键词或主题词：关键词是从论文的题名、提要和正文中选取出来的，是对表述论文的中心内容有实质意义的词汇。关键词是用作机系统标引论文内容特征的词语，便于信息系统汇集，以供读者检索。 每篇论文一般选取3-8个词汇作为关键词，另起一行，排在“提要”的左下方。 主题词是经过规范化的词，在确定主题词时，要对论文进行主题，依照标引和组配规则转换成主题词表中的规范词语

温度是日常生活中不可缺少的物理量，温度在各个领域都有积极的意义。很多行业中以及日常生活中都有大量的用电加热设备，如用于加热处理的加热热水器，用于洗浴的电热水器及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制具有控制方便、简单、灵活性大等特点，而且还可以大幅提高被控系统的性能，从而能被大大提高产品的质量。因此，智能化温度控制技术正被广泛地应用。