智能家居系统 毕业论文.doc

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1、I 摘摘 要要 随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、 控制技术的迅猛发展与提高，促使家庭实现了现代化、居住环境舒适化、安全化。这些 高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量， 智能家居就是在这种形势下应运而生。而且随着作为智能家居控制器的电子产品向智能 化和微型化的不断发展，单片机已经成为电子产品研制和开发中首先选择的控制器。 基于以上思路，使用 ATMEL 公司的 AT89S52 实现基于单片机的智能家居的设计， 其主要具有如下功能： （1） 红外遥控选择功能，按下相应的按键选择进入相应的功能。 （2） 密码锁设置有 6

2、位密码，密码通过矩阵键盘输入，输入过程中发现错误可进行 逐个删除的操作。若密码正确，则 LED 液晶屏显示锁开，否则会有错误提示， 三次输入错误则锁关且伴随蜂鸣器发出警告。此外，在密码正确的情况下可以 进行更改密码操作。 （3） 步进电机实现正转和反转运行，并延时 3 秒。 （4） 温度感应装置，可以在数码管显示当前温度。当超过一定温度时，蜂鸣器发出 声响予以警告。 本次设计以 ATMEL 公司的单片机 AT89S52 为核心控制器件，选用上海浩豚电子科 技公司开发的 MINI80 开发板模拟智能家居环境。同时使用 Kevil uVision3 软件来编写单 片机的 C 语言程序，继而完成软件

3、调试，然后下载到开发板进行硬件调试。最后联合软、 硬件调试电路板，完成本次毕业设计。 关键词：智能家居，单片机，AT89S52，红外遥控 II ABSTRACT As the national economy and raise the level of science and technology, especially the rapid development of the computer technology, communication technology, network technology, control technology and the improvement of

4、 the family to realize the modernization, to living environment comfortable change, secure. These high-tech has affect all aspects of peoples lives, changed people living habits, improved people life quality, Smart Home is also this situation arises at the historic moment. And as intelligent househo

5、ld controller electronic products to intelligent and the continuous development of miniaturization, micro control unit(MCU) have become the first choice for controllers in the development of electronic products. Base on the thinking of Smart Home, this design uses AT89S52 of ATMEL company. to carry

6、out the design of the Smart Home, its main function as follow: 1. The corresponding function of IR remote control. when press the button can enter relevant function respectively. 2. Code lock is set six passwords, and passwords are input through the keyboard. When found errors in the process of iupu

7、ting,you can run a operation of deleting each password. If the correct password, then LCD screen display the lock open, otherwise there will be error.And three times relisted and input errors are locked with buzzer warned. In addition, in the correct, it can change the password . 3. Step motor can u

8、ndertake are turning and reverse, and delay three seconds. 4. Temperature sensing device, can be in digital tube display the current temperature. When more than a certain temperature ,it alarms to buzzer tips. This design selects AT89S52 of ATMEL company and use MINI80 development board of Shanghai

9、HaoTun electronic technology development company as environment simulation of the Smart Home and compile with software of keil uVision3. And then dowanload the program to the development board. Last, test the circuit board withed the software and hardware to finish the design. KEY WORDS：Smart Home,

10、MCU,AT89S52, IR Remote III 目目 录录 第 1 章 绪论.1 第 2 章 智能家居系统总体设计.2 2.1 系统设计任务和要求.2 2.2 课题分析.2 2.3 系统可行性分析.2 2.4 设计原理.4 2.5 系统组成.5 第 3 章 智能家居系统的硬件电路设计.6 3.1 单片机 AT89S52 简介6 3.2 红外遥控简介.8 3.3 44 矩阵键盘.10 3.4 步进电机.11 3.5 LCD1602 显示器.13 3.6 DS18B20 数字温度传感器.16 3.7 数码管显示电路.19 3.8 复位电路.20 3.9 振荡电路.21 3.10 蜂鸣器.21

11、 第 4 章 软件程序设计.23 4.1 软件设计.23 4.2 C 语言的特点23 4.3 具体软件模块实现.24 4.4 软件抗干扰技术29 第 5 章 系统调试.31 5.1 部分模块电路调试31 5.2 调试分析.32 5.3 故障分析.32 结 论.33 致 谢.34 参考文献.35 附录 1：部分系统程序清单36 附录 2：系统实物照片43 1 第 1 章 绪论 20 世纪八十年代初，20 世纪八十年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市， 住宅电子化出现，80 年代中期，将家用电器、通信设备与安全防范设备各自独立的功能 综合为一体后，形成了住宅自动化概念。80 年代末，通信与信

12、息技术的发展，出现了通 过总线技术对住宅中各种通信、家电、安防设备进行监控与管理的商用系统，这在美国 称为 Smart Home，也就是现在智能家居的原型。 智能家居最初的定义是这样的，将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和 家庭安防装置，通过家庭总线技术 HBS(Home Bus System)连接到一个家庭智能系统上， 进行集中或异地监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐 与协调，HBS 是智能住宅的基本单元也是智能住宅的核心。 目前通常把智能家居被定义为利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理 平台将与家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统。也就

13、是说，首先，它们都 要在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络的操作系 统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制 和监测。其次，它们都要通过一定的媒介平台，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭 以外的世界沟通信息，满足远程控制监测和交换信息的需求。最后，它们的最终目的都 是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。由此可见，智能家居是 一个系统层次概念，它涵盖了在建筑环境层次能够影响人们生活的诸多方面，就实际应 用而言往往有以下系统：可视对讲系统，家庭安防系统，网络通讯系统，家电控制系统 等等。 目前，虽然智能家居有一定的

14、发展，出现了一定数量的研究机构和公司，尤其是经 历了 2000 年的智能家居概念炒作之后，智能家居得到空前的发展。但智能家居在中国还 处于初始阶段，缺乏统一的标准和权威的产品。本人想设计一款基于 MCS-51 单片机的智 能家居系统。该系统由密码锁模块、红外线遥控系统、步进电机，温控系统构成。该系 统的安装无需改变家庭原有的布线，只对原有布线稍加修改即可，可有效的解决单个家 庭对智能家居产品的需求，且成本小、安装周期短，在国内有很大的市场潜能。 但是由于本人能力，时间以及芯片内存的限制，要做整个系统显然是不可能的。对 整个分系统而言，可以发现有很明显的相似性，只是在某些细节上需要做不同的分析。

15、 故而做好其中一个便可触类旁推。基于此，本设计仅对仅对一部分智能控制系统做简要 设计。该智能家电可以进一步进行拓展，可以通过 GSM 网络完成手机与控制系统间的信 息交换，进而传递控制信息；可以再室内安装光控系统自动控制窗帘的开闭；也可以通 过 ARM 嵌入式的控制实现一键遥控多个电器的功能等等。 本设计第二章介绍了本系统的设计原理，第三章为系统硬件设计，第四章系统软件 设计。 2 第 2 章 智能家居系统总体设计 2.1 系统设计任务和要求 本系统由单片机控制，使用无线红外遥控技术进行一定距离的数据传输，电子密码 锁的键盘输入及 LCD 显示，步进电机的定时转动，温度传感器数码管显示实时温度

16、并高 温警告。测量温度范围：-40+125；传输距离：大约为 1-3 米。 2.2 课题分析 首先，对于智能家居系统，基础的功能是必须满足的，同时还要满足易于控制的条 件，但单片机的内存是有一定的限度的。因此选择合适的内存的单片机控制成为本次设 计的重中之重。 再次，对于每一个独立的功能，都需要做到最大可能的精确定时，这就要求用到定 时器。每一个功能选用合适的定时器而且不会和其他功能的定时器产生冲突，也是一个 需要认真考虑的地方。 2.3 系统可行性分析 2.3.1 两种设计方案 方案一：以 AT89S52 为核心的单片机控制方案。 利用单片机灵活的编程设计和丰富的 I/O 端口，及其控制的准

17、确性，来设计实现基本 的密码锁功能。在单片机的外围电路上接输入键盘用于密码的输入和一些功能的控制， 可以使用红外进行短距离的无线遥控，接 LCD1602 显示器用于显示作用，以及接其他设 备。 方案二：以 74LS112 双 JK 触发器构成的数字逻辑电路控制方案。 由两块 74LS112 双 JK 触发器组成的逻辑电路，采用分立元件组成电子密码锁，其构 造简单，可以方便的实现密码控制和报警电路控制等功能。但采用该方案使用的元件数 量会过多，不仅不易进行修改设置，无法根据环境的改变而适时修改功能，而且升级能 力不够强大，当板制成后只能固定的实现一种特定功能。 考虑到数字电路方案原理过于简单，而

18、且不能满足现实的安全需求，而采用单片机 控制的智能家居系统不仅升级方便，而且程序修改简单，所以本系统采用方案一完成电 子密码锁的功能。 2.3.2 键盘的选择 方案一：采用独立式按键来控制 3 使用独立式按键来控制液晶的显示需要很多的按键。该方案每一个按键实现一个功 能，有易于控制，程序编写简单的优点，但是每个按键都需要接上拉电阻，这样占用了 单片机大量的 I/O 接口资源，不仅要对单片机外扩 I/O 口，并且在电路焊接方面很不方 便，浪费了大量的资源，提高了系统成本。 方案二：采用矩阵式按键来控制 矩阵式键盘用于按键数目较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交 叉点上。把按键按行、

19、列组成矩阵，在行列交点上都对应有一个键，这样使用的按键要 少，这种判定有无键被按下以及确定被按键的位置的方法称为键扫描法。该方案虽然提 高了编程的难度，但是节约了单片机大量的 I/O 口资源，免去了为焊接上拉电阻带来了 麻烦，提高了整块电路板的美观度。 基于实际考虑，本系统选择方案二来设计按键。 2.3.3 单片机的选择 方案一：采用 AT89C51 单片机 AT89C51 单片机是一种低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，可以与其它 51 系列的 单片机兼容，其内部 ROM 全部采用 FLASH,ROM 最高时钟频率可以达到 24MHz，且能 以 3V 的超低电压工作。但 AT89C51

20、 内部 ROM 仅为 4KB，不利于功能的扩展。 方案二：采用 AT89S52 单片机 AT89S52 单片机具有 AT89C51 的全部功能，最高外接晶振可达 33MHz，而且内部 ROM 为 8KB，有利于功能的扩展。 基于实际考虑，本系统选择方案二来设计单片机。 2.3.4 报警模块的选择 方案一：采用语音报警 采用语音报警，虽然可以使整个系统更加完美，但是会使程序更加复杂，而且提高 了整个系统的造价。 方案二：采用发光二极管和蜂鸣器来报警 采用发光二极管和蜂鸣器来报警，可以发出声光报警，降低了成本。 基于实际考虑，本系统选择方案二来设计密码锁。 2.3.5 电源模块的选择 方案一：采用

21、干电池作为系统的电源 采用干电池作为单片机电子密码锁的电源，由于调试时间较长，干电池需要经常更 换，不符合节约社会资源的要求，并且带方案需要有一个硬件将 3 节电池串联在一起以 产生足够的电压，若如此，将造成携带的不便。 方案二：采用 5V 直流稳压电源作为系统电源 采用 5V 直流稳压电源作为系统电源，不仅功率上可以满足系统需要，而且不需要更 换电源，比较轻便，使用更加安全可靠。 4 基于以上分析，我们决定采用方案二。 2.4 设计原理 结合整个系统的功能、成本、美观度等方面的综合考虑，本系统主要由单片机、矩 阵键盘、液晶显示器和密码存储、红外遥控等部分组成。其中红外遥控部分用于系统启 动时

22、的功能选择；矩阵键盘用于输入数字密码和一些功能的实现。用户通过连接在单片 机的矩阵键盘输入密码，单片机接收键入的代码，并与存贮在 ROM 中的密码进行比较， 从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁 还是报警。如果密码正确，则开锁；如果密码不正确，则允许操作人员重新输入密码， 并且报警提示，对于信息，则通过 LCD 显示器及发出声光报警来显示；步进电机可以进 行定时的正转和发转；数码管则可以根据数码采集模块显示当前的温度，并且在高于一 定温度值是予以警示。 系统共有两部分构成，即硬件部分与软件部分。其中硬件部分由电源输入部分、键 盘输入部分、红外遥控部分、复

23、位部分、晶振部分、蜂鸣器报警部分、LCD 显示部分、 步进电机部分、温度采集部分、数码管显示部分组成。软件部分对应的由主程序、初始 化程序、LCD 显示程序、键盘扫描程序、键功能程序、延时程序、温度采集程序、数码 管显示程序、步进电机驱动程序、红外遥控程序等组成。其原理框图如图 2-1 所示。 图 2-1 智能家居系统原理框图 AT89S52 红外遥控电路 键盘扫描电路 晶振电路 温度采集电路 复位电路Lcd 显示电路 数码管显示电 路 步进电机电路 报警电路 电源电路 5 2.5 系统组成 在确定了选用什么型号的单片机后，就要确定外围电路。其外围电路包括电源输入 部分、红外遥控、键盘输入部分

24、、复位部分、晶振部分、温度采集部分、数码管显示部 分、步进电机部分、报警部分、LCD部分，根据实际情况，键盘输入部分选择4*4矩阵键 盘，显示部分选择液晶显示LCD1602，步进电机采用MP28GA，温度采集使用DS18B20数 字温度传感器。根据以上器件，选取了上海浩豚电子科技公司生产的MINI80单片机开发 板作为基本的模拟环境。该开发板器件优良，做工精细，完全可以满足本次设计需求。 其原理图如图2-2所示。 图 2-2 开发板硬件电路原理图 6 第 3 章 智能家居系统的硬件电路设计 3.1 单片机 AT89S52 简介 3.1.1 主要特性 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMO

25、S8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引 脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上， 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统 提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门 狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双 工串行口，

26、片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种 软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、 中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结， 单片机一切工作 停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 主要性能 1与 MCS-51 单片机产品兼容； 28K 字节在系统可编程 Flash 存储器； 31000 次擦写周期； 4全静态操作：0Hz-33MHz； 5三级加密程序存储器； 632 个可编程 I/O 口线； 7三个 16 位定时器/计数器； 8六个中断源； 9全双工 UART 串行通道； 10低

27、功耗空闲和掉电模式； 11掉电后中断可唤醒； 12看门狗定时器； 13双数据指针； 14掉电标识符 。 3.1.2 管脚说明 管脚如图 3-1 所示。 7 图 3-1 AT89S52 管脚图 P0 口：一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻 辑电 平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入，当访问外部程序和数据存储器时，P0 口 也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 不具有内部上拉电阻。在 flash 编程 时，P0 口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验 时，需要外部 上拉电阻。 P1 口：一个具有内部上拉

28、电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口使用。 作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 此外，P1.0 和 P1.1 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计 数器 2 的触发输入（P1.1/T2EX） 。 在 flash 编程和校验时，P1 口接收低 8 位地址字节。 引脚号第二功能： P1.0 T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输出； P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信

29、号和方向控制） ； P1.5 MOSI（在系统编程用） ； P1.6 MISO（在系统编程用） ； P1.7 SCK（在系统编程用） ； P2 口：一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动。 P3 口：一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入 口 使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL） 。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器时，P2 口送出高八位地址。 在这种应用中，P2 口使用很

30、强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址访问外部数据存储器 8 时，P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节 和一些控制信号。 端口引脚 第二功能： P3.0 RXD(串行输入口)； P3.1 TXD(串行输出口)； P3.2 INTO(外中断 0)； P3.3 INT1(外中断 1)； P3.4 TO(定时/计数器 0)； P3.5 T1(定时/计数器 1) ； P3.6 WR(外部数据存储器写选通)； P3.7 RD(外部数据存储器读选通) ； 此外，P3 口还接收一些用于 FLASH 闪存编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输

31、入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片 机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉 冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉 冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储 器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 FLASH 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲 （PROG） 。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位， 可禁止 ALE 操作。该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将

32、ALE 激活。此外， 该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 SEN：程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S52 由 外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲， 在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP：外部访问允许，欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H-FFFFH） ， EA 端必须保持低电平（接地） 。需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁 存 EA 端状态。如 EA 端为高电平（接 Vcc 端） ，CPU 则执行内

33、部程序存储器的指令。 FLASH 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使 用 12V 编程电压 Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 3.2 红外遥控简介 红外遥控使用方便，功能多目前已广泛应用在电视机、VCD、DVD、空调等 各种家用电器中，且价格便宜，市场上非常容易买到。如果能将遥控器上许多的按键解 码出来用作单片机系统的输入则解决了常规矩阵键盘线路板过大、布线复杂、占用 IO 口过多的弊病。而且通过使用遥控器，操作时可实现人与设备的分离，从而更加方 9 便使用。本设计采用 TC

34、9012 为编码芯片的遥控器。 3.2.1 编码格式 10 和 1 的编码 遥控器发射的信号由一串 0 和 1 的二进制代码组成不同的芯片对 0 和 1 的编码有 所不同。通常有曼彻斯特编码和脉冲宽度编码。TC9012 的 0 和 1 采用 PWM 方法编码， 即脉冲宽度调制。0 码由 0.56ms 低电平和 0.56ms 高电平组合而成脉冲宽度为 1.12ms1 码由 0.56ms 低电平和 1.69ms 高电平组合而成脉冲宽度为 2.25ms。在编写解 码程序时通过判断脉冲的宽度，即可得到 0 或 1。 2按键的编码 当我们按下遥控器的按键时，遥控器将发出一串二进制代码，我们称它为一帧数据

35、。 根据各部分的功能。可将它们分为 5 部分，分别为引导码、地址码、地址码、数据码、 数据反码。遥控器发射代码时均是低位在前。高位在后。由分析可以得到，引导码高 电平为 4.5ms，低电平为 4.5ms。当接收到此码时，表示一帧数据的开始。单片机可以准 备接收下面的数据。地址码由 8 位二进制组成，共 256 种。图中地址码重发了一次。主 要是加强遥控器的可靠性。如果两次地址码不相同，则说明本帧数据有错，应丢弃。不 同的设备可以拥有不同的地址码。因此，同种编码的遥控器只要设置地址码不同，也不 会相互干扰。图中的地址码为十六进制的 0EH(注意低位在前)。在同一个遥控器中所有 按键发出的地址码都

36、是相同的。数据码为 8 位，可编码 256 种状态，代表实际所按下的 键。数据反码是数据码的各位求反，通过比较数据码与数据反码可判断接收到的数据 是否正确。如果数据码与数据反码之间的关系不满足相反的关系则本次遥控接收有误， 数据应丢弃。在同一个遥控器上所有按键的数据码均不相同。数据码为十六进制的 0CH，数据反码为十六进制的 0F3H(注意低位在前)，两者之和应为 0FFH。 3.2.2 遥控信号的解码算法及程序编制 当遥控器无键按下。红外发射二极管不发出信号，遥控接收头输出信号 1。有键按下 时，0 和 1 编码的高电平经遥控头倒相后会输出信号 0。由于与单片机的中断脚相连，将 会引起单片机

37、中断(单片机预先设定为下降沿产生中断)。单片机在中断时使用定时器 0 或 定时器 1 开始计时，到下一个脉冲到来时，即再次产生中断时，先将计时值取出。清零 计时值后再开始计时，通过判断每次中断与上一次中断之间的时间间隔。便可知接收到 的是引导码还是 0 和 1。如果计时值为 9ms。接收到的是引导码，如果计时值等于 1.12ms，接收到的是编码 0。如果计时值等于 2.25ms接收到的是编码 1。在判断时间时， 应考虑一定的误差值。因为不同的遥控器由于晶振参数等原因，发射及接收到的时间也 会有很小的误差。在本设计中我们采用红外一体化接收头 HS0038，红外发射的信号编码 如图 3-2 所示。

38、 10 图 3-2 红外发射编码示意图 由图 3-2 可以看出，红外发射出的码通过 38K 载波，一体化的接收头信号端出的码 则通过内部电路解调并整形，输出的则是数据波形。利用这种性能可以做出红外遥控器 解码。 解码方法如下： (1) 设外部中断 0(或者 1)为下降沿中断，定时器 0(或者 1)为 16 位计时器初始值为 0。 (2) 第一次进入遥控中断后，开始计。 (3) 从第二次进入遥控中断起，先停止计时。并将计时值保存后，再重新计时。如果 计时值等于前导码的时间，设立前导码标志。准备接收下面的一帧遥控数据，如果计时 值不等于前导码的时间，但前面已接收到前导码，则判断是遥控数据的 0 还

39、是 1。 (4) 继续接收下面的地址码、数据码、数据反码。 (5) 当接收到 32 位数据时，说明一帧数据接收完毕。此时可停止定时器的计时，并 判断本次接收是否有效如果两次地址码相同且等于本系统的地址，数据码与数据反码 之和等 0FFH，则接收的本帧数据码有效。否则丢弃本次接收到的数据。 (6) 接收完毕，初始化本次接收的数据，准备下一次遥控接收。 3.3 44 矩阵键盘 由于本系统所用到的按键数量较多而不适合用独立按键式键盘，采用的是矩阵式按 键键盘。它由行线和列线组成，也称行列式键盘，按键位于行列的交叉点上，密码锁的 密码由键盘输入完成，与独立式按键键盘相比，要节省很多 I/O 口。 每一

40、条水平（行线）与垂直线（列线）的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通， 利用这种行列式矩阵结构只需要 N 条行线和 M 条列线，即可组成具有 NM 个按键的键 盘。 11 首先辨别键盘中有无按键按下，通过单片机 I/O 口向键盘送全扫描字，然后读入行线 状态来判断。方法是：向行线输出全扫描字 FFH，把全部列线置为低电平，然后将列线 的电平状态读入累加器 A 中。如果有按键按下，总会有一根行线电平被拉至低电平从而 使行线不全为 1。判断键盘中哪一个键被按下是通过将列线逐列置低电平后，检查行输入 状态来实现的。方法是：依次给列线送低电平，然后查所有行线状态，如果全为 1，则所 按下的键不在此列；

41、如果不全为 1，则所按下的键必在此列，而且是在与零电平行线相交 的交点上的那个键。接线如图 3-3。 图 3-3 行列式矩阵键盘电路示意图 本设计中使用的这个4*4键盘不但能完成密码的输入还能作特别功能键使用。按键的 操作面板如表3-1所示。 表3-1 按键操作面板示意表 048 159修改 26 删除 37 确定 3.4 步进电机 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制 系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经 12 济领域都有应用。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信 号，它就

42、驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是 以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确 定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调 速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的 特点，广泛应用于各种开环控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（vr） 、永磁式步进电机（pm） 、混合式 步进电机（hb）和单相式步进电机等。 本次设计选用的是感应子式四向四拍步进电机。 3.4.1 反应式步进电机原理 下面通过三相反应式步进电机原理来了解步进电机的一般

43、工作原理。 (1) 结构 如图3-4所示。电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线 依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以 表示） ，即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3，C与齿3向右错开2/3，A与齿5相对 齐， （A就是A，齿5就是齿1） 图 3-4 反应时步进电机结构 (2) 旋转 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐， （转子不受任何力以下 均同） 。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3，此时 齿3与C偏移为1/3，齿4与A偏移（-1/3）=2/3。如C相通电，A，B相

44、不通电，齿3 应与C对齐，此时转子又向右移过1/3，此时齿4与A偏移为1/3对齐。如A相通电， B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3这样经过A、B、C、A分别通电状态， 齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按 A，B，C，A通电，电机就每步（每脉冲）1/3,向右旋转。如按A，C，B，A 13 通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方 向由导电顺序决定。 不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC-CCA- A这种导电状态，这样将原来每步1/3改变为1/6。甚至于通过

45、二相电流不同的组合， 使其1/3变为1/12，1/24，这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出：电机 定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且导电 按一定的相序电机就能正反转被控制这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一 条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、 三、四、五相为多。 (3) 力矩 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量）当转子与定子错开一定角度产生 力F与（d/d）成正比 S 其磁通量=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比L 为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=N

46、I/R NI为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径 力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积 越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 3.4.2 感应子式步进电机特点 感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供 软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能， 因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其 自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式步 进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一

47、个四相电机可以作四相运行，也可以作 二相运行。 （必须采用双极电压驱动） ，而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运 行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= ,D= . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而 功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八 根引线（四相） ，这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联 使用。 3.4.3 感应子式步进电机分类 感应子式步进电机以相数可分为 ：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。 以机座号（电机外

48、径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号） 、 57BYG、86BYG、110BYG、 （国际标准） ，而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标 准。 14 3.5 LCD1602 显示器 现在的字符型液晶模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。1602 型 LCD 显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。1602 型 LCD 可以显示 2 行 16 个字符，有 8 位数据总线 D0D7 和 RS，R/W，EN 三个控制端口，工作电压为 5V， 并且具有字符对比度调节和背光功能。 LCD 器件引脚如图 3-5 所示。 图 3-5 1602LCD 引脚示

49、意图 显示地址如图 3-6 所示。 图 3-6 1602LCD 显示地址示意图 3.5.1 接口信号说明 1602 型 LCD 的接口信号说明如表 3-2 所示。 表 3-2 1602 型 LCD 的接口信号说明 编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1VSS电源地9D2Data I/O 2VDD电源正极10D3Data I/O 3V0液晶显示偏压信号11D4Data I/O 4RS数据/命令选择端 （H/L） 12D5Data I/O 5R/W读写选择端（H/L）13D6Data I/O 6E使能信号14D7Data I/O 7D0Data I/O15BLA背光源正极 15 8D1Data I/O16BLK背光源负极 3.5.2 主要技术参数 1602 型 LCD 的主要技术参数如表 3-3 所示所示。 表 3-3 1602 型 LCD 的主要技术参数 显示容量16X2 个字符 芯片工作电压4.55.5V 工作电流2.0mA（5.0V） 模块最佳工作电压5.0V 字符尺寸2.95X4.35(WXH)mm 3.5.3 基本操作程序 读状态：输入：RS=L，RW=L，E=H 输出：D0D7=状态字 读数据：输入