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智能家居整体设计

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智能家居整体设计

目录引言.............................................................3第一章课题描述1课题简介.......................................................42系统功能要求...................................................4第二章系统总体设计1各模块方案比较与论证...........................................51.1CPU模块的选择.............................................51.2光敏检测模块的选择.........................................51.3时钟模块的选择.............................................51.4遥控模块的选择.............................................61.5电源模块的选择.............................................62系统设计标准....................................................6第三章硬件电路设计1系统基本电路介绍................................................71.1总控制器模块...............................................71.2插排控制模块...............................................121.3无线收发模块...............................................142主要单元PCB的设计..............................................172.1总控制器模块PCB的设计.....................................172.2插排控制模块PCB的设计.....................................18第四章软件系统设计1总控制器程序流程...............................................192插排控制器程序流程.............................................203插排控制程序(包含定时器延时,休眠低功耗设计).................20第五章结束语...................................................22参考文献.........................................................22-1-附录1元件清单..................................................24附录2系统原理图................................................25附录3系统实物图................................................26智能家居设计【引言】智能家居最早是在20世纪80年代兴起于日本和美国,并在20世纪90年代进入我国,经过十几年的发展,特别是随着我国的住宅产业发展而迅速发展起来。而且在我国智能家居引起越来越多的关注,随着人民生活水平的提高,人们对于居住环境智能化、舒适程度等要求会越来越高,这给智能家居的发展提供了很大的市场空间。然而由于我国的居住模式和发达国家存在很大的差别,我国人口众多,城市多以密集型住宅为主,这造成了国内外在智能家居的发展和技术上存在了很大的差别。国内智能化更多地注重于整个小区智能化的建设。最早从做对系统开始,并且逐渐由过去的非可视对讲过渡到目前的以黑白可视对讲为主流,同时一些集成了安防功能、抄表功能,短信息等功能的对讲产品出现并在一些地区应用。由于可视对讲的发展迅速,一些厂家的宣传,给人造成了一种错误的观念,小区只要做可视对讲或者综合布线就称得上智能化小区。随着对智能家居的认识越来越深入,人们逐渐意识到智能化的真正主体是家居的智能化,更多地体现在家庭内部自动化。所以20世纪90年代后期,一些企业开始引入国外的智能家居技术和产品在国内推广,还有一些大的集团公司也看好该领域,通过各种途径介入,促进整个行业迅速发展。正如当今如火如荼的家电行业,无论是白色家电,还是黑色家电,以及其他一些日用家电无不嵌入了自动化控制,其智能化程度已远是以前的普通家电所不及了。关键词智能家居;单片机;开关电源;热释电;时钟芯片-2-第一章课题描述1.1课题简介智能家居的主体在于家庭自动化,将来家庭自动化的主体是家电、照明等电气设备的控制。家庭自动化系统能够通过集中或者分布式控制家庭内部照明或者其他家电,用户可以通过无线遥控或者网络、电话远程控制家庭内部设备。更者,可以通过采用各式各样的传感器,由智能CPU采集信号并对家庭内部设备进行自动控制,家居自动化系统是将来智能家居的主要发展方向。本次设计以采用STC10F08XE以及STC89C52,实现无线遥控以及热释电、光敏二极管等传感器来制作一个家居智能控制系统。采用无线遥控器代替机械式开关,来控制家庭常用电器,如电脑、音响等。解脱了有线机械式开关的束缚,实现远距离,任意角度对常用电器进行开关控制。使用各式传感器,并由智能CPU来对家用电器进行自动化控制,如自动给植物浇水,自动开启室内照明等。这种控制才真正算得上是自动化家居。1.2系统功能要求根据系统需要,其中控制部分包括了总控制器CPU、自动浇水检测模块、时钟模块、热释电检测模块、遥控收发模块、光敏检测模块、子CPU插排控制模块、LCD1602显示模块、声光报警模块,等等。系统的基本框图如图1.1所示。总控制器CPU匙扣式遥控发射模块自动浇水检测模块子CPU插排控制模块LCD1602显示模块声光指示模块图1.1系统基本框图大功率开关电源遥控接收模块遥控电脑开关机DS1302时钟模块光敏检测模块热释电检测模块小功率开关电源LED台灯USB电源输出按键输入模块小功率抽水机-3-第二章系统总体设计2.1各模块方案比较与论证2.1.1CPU模块的选择方案一采用FPGA作为系统的控制器。FPGA具有速度快、稳定性高、扩展性能好、体积小等特点,可以提供丰富的逻辑单元和I/O资源。但FPGA的成本偏高,算术运算能力不强,并且考虑到本系统设计要求的速度不高,I/O口资源太多未能充分利用,会造成性价比下降。因此,我们放弃了采用FPGA作为控制器的选择。方案二采用增强型51单片机作为系统的控制器。采用型号为STC10F08XE和STC89C52两款单片机。其中,STC10F08XE作为总控制CPU,此单片机为单周期MCU,运算速率高,抗干扰能力强,低功耗;具有P4口,共有36个I/O口资源,能存储大量的控制程序,能完成传感检测、定时计数、信息显示等功能,具有很强的实用性和较高的性价比。加上该单片机算术运算能力强,软件编程灵活,可以配合单片机C语言实现各种灵活的控制。另一款单片机STC89C52,功能简单,价格更优惠,性能稳定,并有休眠低功耗功能,用来作简单的子CPU控制最好不过。所以,综合考虑,最终采用了方案二。2.1.2光敏检测模块的选择方案一采用光敏二极管,光敏二极管靠PN节的暗电流大小使二极管导通或截止。无光照时,有很小的饱和反向漏电流,即暗电流,此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加,形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。根据这个原理可以实现环境光线路灯开关。且它具有感光灵敏度高、响应快、线性好、抗干扰能力强,价格便宜等优点。方案二采用光敏电阻检测环境光度变化,光敏电阻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。因此可以用于光线控制,但其缺点是光敏电阻不工作时仍有电流流过,并且其灵敏度受潮湿、温度等环境因素影响较大,导致灵敏度下降。通过比较,采用方案一。2.1.3时钟模块的选择方案一IIC协议的芯片PCF8563。此芯片体积小、引脚小,采用IIC通信协议,占用较少的IO口,但对芯片读写的控制较多,读写时程序较为严格。方案二DS1302时钟芯片。DS1302是达拉斯公司生产的专用时钟芯片,读写数据简单,而且芯片内置电池涓流充电电路,可自动给可充电池充电,充电后可供时钟芯片掉电时依然工作一年左右。通过比较,采用了DS1302时钟芯片作为设计。-4-2.1.4遥控模块的选择方案一红外遥控收发模块。此模块设计简单,价格相对较低。但是最大的缺点是方向性要求很高,不能穿越墙壁、桌子等障碍物,而且遥控距离相对较短。方案二无线超外差收发模块。此无线模块因为采用超外差接收模块,所以抗干扰能力强,有效距离远(一般情况下,可达10到15米),而且无方向性要求,适合任意角度,存在障碍物的情况下进行遥控。在家居遥控中非常方便实用。所以,比较之下,选择方案二。2.1.5电源模块的选择方案一选择三端稳压电源。此电源模块电压稳定性高,纹波系数可以做的很小。适合电源要求较高的场合。但是缺点是电源效率不高。方案二选择开关电源模块。此电源模块的最大有点就是电源效率高,又去掉了笨重的变压器,所以体积小,重量轻。而方案中,CPU等模块对电源的要求不高,而且插排控制模块要长时间待机,对电源的效率要求较高。另,因系统中,驱动抽水机、LED照明台灯等模块要求的电源功率较高,所以具有较高的电源效率的开关电源是为首选。通过比较,选着方案二。2.2系统设计标准如今的电子设备的发展方向除了越来越智能化之外,更多的是注重绿色环保,绿色节能。该系统设计标准也正是如此。系统中采用开关电源设计,提高电源利用率,减少不必要的额外损耗。还有采用LED作为照明光源,更是符合未来绿色照明的设计方向。加之低功耗的CPU程序设计,使得该系统在具有一定智能控制能力外,更具绿色节能特色。-5-第三章硬件电路设计3.1系统基本电路介绍3.1.1总控制器模块总控制器模块,是整个系统的神经中枢,负责控制系统中各个模块的正常运行。另外,作为总控制器,除了CPU模块外,还集成了必需的人机交互界面,包括LCD1602液晶显示和按键模块,以及其他的一些时钟模块、热释电人体感应、温度检测、蜂鸣器报警模块等。下面将逐一介绍。1总控制器CPU模块,采用STC10F08XE,该款单片机是宏晶科技设计生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成高可靠复位电路,针对高速通信,智能控制,强干扰场合。而且,STC10F08XE比普通8051单片机多了一组P4I/O口,最多可提供使用36个I/O口。在本系统中,因存在控制单元较多而带来的I/O口资源紧张的问题迎刃而解。STC10F08XE管脚排列如图3.1所示。CPU模块电路原理图如图3.2所示。其中包括典型51单片机的时钟晶振电路、复位电路、和电源三大基本电路。还有就是各个模块的I/O连接,接下来还会详细说明,在这里就不再赘述。2时钟模块,主IC采用达拉斯DS1302。该款时钟芯片的功能特色时钟计数功能,可以对秒,分钟,小时,日,月,星期,年的计数,年计数可达到2100年。有31*8位的额外数据暂存器最少I/O引脚传输,通过三引脚控制工作电压2.0-5.5V工作电流小于320nA(2.0V)读写时钟寄存器或内部RAM可以采用单字节模式和突发模式图3.1STC10F08XE管脚图图3.2CPU电路原理图电路原理P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1STC89C521212MY130pFC430pFC510KR110uFE1VCCVCC0.1uFC3VCCRSTVCC1234567891kRP8VCCCPU模块D4D5D6D7RSrestiosclkTEMB1B2B3B4LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8LED9LED10LED11/INTLED12BELLELCDD0D1D2D3-6-兼容TTL(5.0V)增加后备电源功能①.可通过VCC1进行涓流充电②.双重电源补给③.备用电源可以采用蓄电池或者超级电容(0.1F以上),可以用老式电脑主板的3.6V充电电池。如果断电时间较短(几小时或几天),就可以使用漏电系数较小的普通电解电容器代替。100uF就可以保证1小时的正常走时。DS1302的管脚图如图3.3所示。DS1302时钟模块电路原理图如图3.4所示。其中,BT1为镍氢充电池,3.7V电压80mAH容量,接VCC1处即可自行充电。scl、res、io分别为信号时钟线、复位线、数据线,分别接CPU的P1.7、P1.5、P1.6脚,即三线控制。3热释电人体感应模块。此模块是系统主要采用的传感器之一,主要作用是感应是否有人在附近,然后自动给出一系列控制,如LCD液晶是否显示,LED台灯是否点亮等。此模块采用红外热释电处理芯片BISS0001进行信号处理,最终送到总控制器CPU中。该芯片管脚图和实物图如下所示。图3.3DS1302管脚图图3.4DS1302电路原理图X12X23VCC21GND4RST5I/O6SCLK7VCC18U2DS13021232.768Y230pFC730pFC6sclresi/oVCCBT1Battery时钟模块0.1uFC8图3.5BISS0001管脚图图3.6BISS0001实物图-7-BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路,它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置,特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域,或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。特点CMOS工艺数模混合具有独立的高输入阻抗运算放大器内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰内设延迟时间定时器和封锁时间定时器引脚名称I/O功能说明1AI可重复触发和不可重复触发选择端。当A为“1”时,允许重复触发;反之,不可重复触发2VOO控制信号输出端。由VS的上跳变沿触发,使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时,Vo保持低电平状态。3RR1--输出延迟时间Tx的调节端4RC1--输出延迟时间Tx的调节端5RC2--触发封锁时间Ti的调节端6RR2--触发封锁时间Ti的调节端7VSS--工作电源负端8VRFI参考电压及复位输入端。通常接VDD,当接“0”时可使定时器复位9VCI触发禁止端。当VcVR时允许触发VR≈0.2VDD10IB--运算放大器偏置电流设置端11VDD--工作电源正端122OUTO第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端表3.1BISS0001管脚功能说明-8-141INI第一级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUTO第一级运算放大器的输出端首先,根据实际需要,利用运算放大器OP1组成传感信号预处理电路,将信号放大。然后耦合给运算放大器OP2,再进行第二级放大,同时将直流电位抬高为VM≈0.5VDD后,将输出信号V2送到由比较器COP1和COP2组成的双向鉴幅器,检出有效触发信号Vs。由于VH≈0.7VDD、VL≈0.3VDD,所以,当VDD5V时,可有效抑制1V的噪声干扰,提高系统的可靠性。COP3是一个条件比较器。当输入电压VcVR时,COP3输出为高电平,进入延时周期。当A端接“0”电平时,在Tx时间内任何V2的变化都被忽略,直至Tx时间结束,即所谓不可重复触发工作方式。当Tx时间结束时,Vo下跳回低电平,同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期Ti。在Ti时间内,任何V2的变化都不能使Vo跳变为有效状态(高电平),可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。以下图所示的可重复触发工作方式下的波形,来说明其工作过程。可重复触发工作方式下的波形在Vc“0”、A“0”期间,信号Vs不能触发Vo为有效状态。在Vc“1”、A“1”时,Vs可重复触发Vo为有效状态,并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。在Tx时间内,只要Vs发生上跳变,则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期;若Vs保持为“1”状态,则Vo一直保持有效状态;若Vs保持为“0”状态,则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态,并且,同样在封锁时间Ti时间内,任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态。接上表图3.7可重复触发工作方式时序图-9-热释电人体感应模块电路原理图如图3.8所示。上图中,运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大,然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大,再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后,检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器,输出信号Vo经晶体管T1反相送至总控制器CPU的P3.2处。上图中,R3为光敏电阻,用来检测环境照度。当作为照明控制时,若环境较明亮,R3的电阻值会降低,使9脚的输入保持为低电平,从而封锁触发信号Vs。输出延迟时间Tx由外部的R9和C7的大小调整,触发封锁时间Ti由外部的R10和C6的大小调整,R9/R10用470欧姆,C6/C7选0.1U。4温度检测模块。采用同样是达拉斯公司出品的DS18B20数字温度传感器。温度传感器的种类众多,在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS(达拉斯)公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。超小的体积,超低的硬件开消,抗干扰能力强,精度高,附加功能强,使得DS18B20更受欢迎。DS18B20的主要特征全数字温度转换及输出。先进的单总线数据通信。最高12位分辨率,精度可达土0.5摄氏度。12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。可选择寄生工作方式。检测温度范围为–55C125C–67F257F内置EEPROM,限温报警功能。64位光刻ROM,内置产品序列号,方便多机挂接。多样封装形式,适应不同硬件系统。DS18B20的管脚排列如图3.9所示D1S2G3U3REDVCC0.01uFC1147KR1712345678910111213141516U4BIS0001VCC1MR181MR190.01uFC120.01uFC1310KR202MR2147KR2247uFE210uFE3VCC470R230.1uFC14470R240.01uFC15LED11/INT热释电模块Q380502.7kR2510kR26VCC0.1uFC16VCC图3.8热释电电路原理图图3.9DS18B20管脚图-10-到这里,总控制器模块就介绍完了。用雕刻机雕刻电路板,做出来的效果见图3.10和图3.11。3.1.2插排控制模块插排控制模块,是系统子模块之一,包含一子CPU控制系统。是整个系统中专门用来控制强电部分(插排)的控制系统。该子系统中主要包含了CPU模块外、定时控制模块、插排开关驱动模块。1子CPU模块。该CPU采用STC89C52,该款CPU是宏晶科技设计生产单典型8051单片机。内含定时器,中断等内部资源,此外设有休眠中断唤醒功能,在系统中应用作低功耗设计,该设计会在第四章软件系统设计中详述,在此不再赘述。子CPU模块电路如图3.12所示。如图所示,同样包含了复位、时钟晶振、电源的电路,还有就是各I/O口的连接。图3.11总控制器实物图图3.10STC10F08XEP1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1STC89C521212MY130pFC430pFC510KR110uFE1VCCVCC0.1uFC3VCCRSTVCC1234567891kRP8VCCCPU模块DBACheckK1K2123P5Header3SW1SW2SW312P6Header2LED1LED2LED3图3.12子CPU电路图-11-2定时控制模块。该定时模块简单而实用,利用三个自锁开关就可实现23-17种不同时间的定时效果以及一个不带自锁开关,负责系统复位。如图3.13。定时原理由子CPU检测开关S1-S3一系列的状态,然后CPU采取相应的定时时间进行排插的定时开关。开关状态与定时时间的关系如表3.2所示,“”表示开关闭合,“”表示开关断开。其中S4是子CPU复位开关,只有按下S4后,子CPU重新复位后才对插排进行定时处理。DS1是复位指示灯。3插排开关驱动模块。该模块电路更是简单,只是一个三极管驱动电路。不过有点要说明一下,就是安全方面上的注意点。由于该电路后就是强电部分,所以要谨慎处理。该系统中,直接将继电器安装在插排空余地方,强电可以被完全隔离在插排外壳内,只留三条弱电控制线引出到三极管驱动端。如图3.14所示。定时时间开关状态S3S2S110分30分40分60分70分90分100分213564S1SW-DPDTSW1213564S2SW-DPDTSW2213564S3SW-DPDTSW3213564S4SW-DPDT10KR6DS1VCCRST定时控制模块1KR7图3.13定时电路表3.2定时时间与开关状态插排开关驱动Q18550VCCK1123P3Header3图3.14插排开关驱动电路-12-到这里,插排控制模块就介绍完毕。实物效果图,如图3.15所示。3.1.3无线收发模块无线收发模块,是系统子模块中实用性比较强的一个模块。系统完成后的使用过程中,发现用以遥控电脑开关机、音响和台灯等非常实用方便。本人对其更是爱不释手,视为得意之作。该子系统包括匙扣式发射模块、超外差接收模块、电脑开关机模块,上文提到的插排控制模块也是与之相连。1匙扣式发射模块。电子市场出现的无线电发射组件可谓形形色色,本系统中使用的匙扣式无线电发射组件是一种漂亮的匙口式微型发射机,平时可以悬挂在钥匙圈上,具有工作可靠性高、保密性强、抗干扰性好和遥控距离远等特点,目前已被广泛用于汽车遥控钥匙、车库电动门遥控、报警器的设防与解防等。稍作改制,就可以用于各类电动玩具遥控、家用电器遥控及报警系统等。该匙扣式发射模块为四通道遥控发射模块,实物图见图3.16,它有A、B、C、D四个发射按键,前方还有一只发光二极管用来指示按键状态,按下任一键,LED即闪亮一下。为缩小体积,内部采用A27型专用12V小电池。该发射模块内电路包含载频振荡器、控制按键、数字编码及12V电源几大部分。载频振荡器采用声表面滤波器SAW稳频,频率稳定度较高。数字编码采用PT2262编码集成电路,8位地址码(A0~A7,即1~8脚)在内部电路有悬空,接正电源、接地三种不同状态可供选择,即有386561种不重复编码,只有发射机的编码和接收模块中解码集成电路的地址码完全相同时,才能配套使用。由此,解决了不同收发模块间存在串扰的问题。不同厂家生产的不同型号匙扣式微型发射机的内电路存在较大差异,有些低价位的发射机载频振荡采用一般LC振荡器,因此频率稳定度及一致性较差。高档的发射机采用晶体稳频,频率稳定更好。图3.15插排控制模块实物图图3.16匙扣式发射模块-13-2超外差接收模块。无线接收模块有多种类型,有超再生式、超外差及已装配有继电器的接收组件等。超再生式电路简单,价格低廉,但是抗干扰能力差,遥控距离较短。本系统中选用超外差式接收模块,实物见图3.17。超外差接收模块价格较高,但温度适应性强,工作稳定可靠,抗干扰能力强,产品的一致性好,接收灵敏度为-101dB,且本振辐射低,符合工业使用规范,适合信号辐射复杂的环境下全天候工作,特别适合广东较发达地区使用。系统中,无线接收电路如图3.18所示。由于该款超外差接收模块带锁存输出,即解码芯片的数据输出端2、3、4、5脚对应发射机的按键C、A、B和D,当按下发射机的按键C时,对应接收模块的2脚输出高电平,同时芯片解码有效输出端VT第6脚也输出高电平,松开按键C,2脚仍能保持高电平,但VT脚恢复低电平。如果再按动其他键,如A,则接收模块对应的3脚与解码有效VT脚输出高电平,2脚恢复低电平,松开按键A后,3脚仍能保持高电平,VT脚则恢复低电平。如此,2、3、4、5脚这种输出关系我们称之为“互锁存”,简称互锁。这种互锁的好处是提供一个稳态信号,可以直接输出信号驱动用电器。本系统中由于有单片机对信号进行处理,所以并不需要这种稳态信号,但是在接收器输出端接一个10uF的电解电容和10K的电阻入地,类似单片机复位电路,如图3.18,可以将稳态信号转化为跳变信号,而且具有了硬件防抖功能。这样的跳变信号就可以符合驱动电脑开关机的需要,大概延时200~300毫秒,使得电脑可以稳定开机、关机,后面将会详细说明。在本系统中,C按键负责控制电脑开关机,B按键控制大功率开启/停止,D按键负责控制插排通电/断电,至于A按键悬空,无连接。3电脑开关机模块。该模块是本系统中的一大亮点。如今大多数家电都已设计遥控功能了,不说电视机、DVD机,更连空调、电风扇都可以遥控控制。现在计算机已经开始普及了,特别是大学校园更是基本每人一台,应该算得上是家用电器的一员了,然而居然这个高科技产物,号称最智能,几乎无所不能的家电却还没能实现遥控,实为不妥。在本系统智能家居设计中,就特地为电脑“量身定做”了一个无线遥控开关机模块。可以任意角度,穿过一般障碍物,对电脑进行遥控。在实际使用过程中效果不错,身边同学对其也是一片叫好之声。该电脑开关机模块实用性超强,但涉及的电路却简单得不能再简单,而且是纯硬件,无软件设计。图3.17超外差接收模块无线接收模块12345678P1Header8470uFE6VCCADCBRV10KR210uFE210KR310uFE310KR410uFE410KR510uFE50.1uFC6图3.18超外差接收电路-14-电脑开关机电路如图3.19和图3.20所示。图3.19中电路是无线遥控接收中的部分电路,由三线跳线,分别是遥控控制信号C、电源VCC还有电源地,连接到电脑机箱内的电源按钮控制电路,即图3.20的电路中。该三线跳线是用旧废电话线改装,是一条螺旋弹簧式导线,美观实用,拉伸可达1米多。控制原理当按下匙扣式遥控按钮C键时,上文提到的无线遥控接收模块产生200~300毫秒的跳变信号,然后经三极管8550直接驱动继电器吸合。继电器的1、3输出脚是并联在电脑电源按钮两端的,此时,伴随着继电器吸合,就如同手动按下电源按钮一般,电脑就会执行开机或关机处理。值得一提的是,当电脑为开机状态时,当按下遥控器C键即按下电源按钮时电脑执行的命令是需要设置的。设置步骤如下(XP系统下)在桌面点击右键,选择“属性”点击选择“屏幕保护程序”下,窗口下方的“电源”按钮点击“高级”后出现“在按下计算机电源按钮时”对话框最后根据需要进行选择“问我要做什么”、“关机”、“待机”命令,一般建议选“问我要做什么”,以免突发性关机造成用户数据来不及保存丢失。12345K2Q48550VCCD4CS1电脑电源按钮并联电脑电源按钮两端123P2Header3CVCC图3.19无线遥控接收电路图3.20电脑电源按钮控制电路图3.22选择“问我要做什么”图3.21点击“电源”按钮图3.20电脑电源按钮控制电路-15-3.2主要单元PCB的设计3.2.1总控制器模块PCB的设计。该模块是整个系统的控制中心,负责控制系统中各个模块的正常运行。模块中包含的电路较多,各部分电路也较为复杂,包括LCD1602液晶显示和按键模块,以及其他的一些时钟模块、热释电人体感应、温度检测、蜂鸣器报警模块等。由于又是充当人机交互界面,所以在PCB电路板的设计中,包含了外形设计以及各种人性化设计。总控制器模块PCB电路板见图3.23。如图所示,整个PCB板外形为一心状,四周有12个LED对应模拟钟表面板的12个时刻,用以整点指示,更有一番装饰之用。整个外形设计除了美观外,更寓意了该模块在整个系统的中心地位,仿佛人的心脏一般。还有一个值得一提的地方,那就是四个按键与LCD液晶显示的布置。由于整机缺省了外壳设计,所以,像按键与LCD这些人机交换的主要部件是不好安装的。在本设计中,颇具创意地采用将这两者合二为一的结合在一起的设计,解决了这个难题。具体方法是,将四个按键按矩形分布在电路板四周,而且正好对准LCD1602的四个装钉孔,这样液晶LCD1602就可以用螺丝钉安装在按键上面,用热熔胶固定即可。如此按键就隐藏在LCD1602下方,按动LCD1602四个角处即可进行对应的按键操作。整机实物参考附录中图附3.1。0121211221211212121212121221121212121221213211615245678910111213141332112121212121212211212121212122987654311524362122232425262728293031323334353637383940201918171615141312111098765432184237651654321122112121212121212121232132121212121212121212121212132191011121314151687654321212121212121212112456321图3.23总控制器模块PCB电路板按键-16-3.2.2插排控制模块PCB的设计。插排控制模块PCB电路板除总控制器模块PCB外的一块副电路板,板内除了插排控制模块电路外,还更包含了遥控接收模块。整块PCB板见图3.24。整块PCB板布局紧凑,外形小巧美观。最后设计是将整块电路板用绝缘胶带绑在靠近插排的电源线上,与插排连成一体。整机实物参考附录中图附3.2。21212121121212121212121212128765432132132132121321121212121212121212122987654314563214563214563214563212122232425262728293031323334353637383940201918171615141312111098765432112图3.24插排控制模块PCB电路板-17-第四章软件系统设计4.1总控制器程序流程总控制器程序流程图见图4.1。开始节日、整点报时查询全功能模式睡眠模式自动模式只查询闹钟,关LCD显示查询闹钟,根据热释电自动LCD显示开启所有功能图4.1总控制器程序流程图各模块初始化开始模式选择总控制器程序太过繁长,在这里就不再列出了,如有需要,再另外奉上。-18-4.2插排控制器程序流程插排控制器程序流程图见图4.2。插排控制程序(包含定时器延时,休眠低功耗设计)如下,includeinclude//************宏定义*************************defineucharunsignedchardefineuintunsignedint//************定义端口***********************sbitOutP21;sbitk1P11;有无中断开始判断按键延时中断初始化初始化定时中断YN睡眠,CPU停执行插排操作,开/关图4.2插排控制器程序流程图-19-sbitk2P12;sbitIntP32;sbitledP13;//**********定义全局变量**********************uchart0;unsignedlongn0;//************定义函数************************voiddelayMuinti//单次延时1Ms{uchart125;while--i0{for;t0;t--;}}voidT0_intvoid//-----T0初始化程序{TMOD0X01;//工作方式1TH065535-50000/256;TL065535-50000256;ET01;//开定时中断TR01;//开始计时}voidInt0_intvoid{IT01;//下降沿触发EX01;//开外不中断0EA1;//开总中断}voidFreevoid//CPU空闲命令{PCON|0X01;}voidTime0voidinterrupt1using2//T0中断服务程序,单次50Ms{t;iftn{t0;Out1;//关闭输出TR00;//停止计时Mod1;}-20-}/**********************************************/voidInt0voidinterrupt0using1//外部中断0服务程序{delayM15;//延时去抖ifInt{gotoloop;}OutOut;//取反输出端口loop_nop_;}/**********************************************/voidmain{Int0_int;//外部中断初始化delayM2000;//等待按键稳定ifk10k20//按键检测{Out0;n36;//36000;//当n36000是计时半小时T0_int;//t0初始化}ifk20k10{Out0;n72;//72000;//当n72000是计时一个小时T0_int;//t0初始化}ifk10k20{Out0;n108;//108000;//当n108000是计时一个半小时T0_int;//t0初始化}while1{ifk10||k20{gotoloop1;}Free;//cpu转入空闲状态loop1i

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