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1、基于单片机的远程控制作者： 刘嘉合作者： 高光杰 张志杰 张博晨指导教师：吴晶晶摘要：近年来由于电子信息科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高，人们对居住环境方便快捷的要求越来越高，智能住宅控制系统应运而生。智能住宅控制系统将现代电子技术、通讯技术、“物联网”控制技术及自动化技术有机融合，通过对智能家居照明系统的远程自动控制和管理，为用户提供安全舒适、高效便利的家居生活环境。本项目所设计的智能家居照明系统可以根据人们的需求，完成住宅照明系统的智能化控制。1.引 言随着物联网知识的普及以及技术的广泛推广和应用，物联网被越越来越多人所关注。智能家居照明系统是家居智能控制的重要部分，它主要包括一
2、个照明控制器，是整个系统的核心部分。它能控制整个照明系统中的所有的照明设备，通过控制器，可自由转换场景设定，同时该系统可以在一个房间控制全部的灯具，也可以远程通过因特网进行控制，创造适合的照明度且有效节约能源。我们通过使用家庭服务器，键盘，极大地提高了对照明控制系统的控制程度以及实现节能减排的最终目的，同时智能家居照明系统也使得家居生活变得更加舒适、便捷。2计算机通信及“物联网”通信21 计算机通信 随着多微机系统的广泛应用和计算机网络技术的普及，计算机的通信功能越来越显得重要。计算机通信是将计算机技术和通信技术的相结合，完成计算机与外部设备或计算机与计算机之间的信息交换，可以分为两大类：并行
3、通信与串行通信。并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送 , 并行通信控制简单、传输速度快，由于传输线较多长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在一定的困难。串行通讯传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备所以本设计采用串口与单片机进行通信1。2. 2 物联网通信近年来由于网络的普及和广泛的应用，在这个基础上产生了“物联网”。2 “物联网”是通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。“物联网”概念是在“互联网”概念的基础
4、上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。本设计就是基于以上两种理论进行设计的，通过计算机的串行通信，将智能家居照明系统的硬件电路与服务器进行连接，通过网络对连接的照明系统进行远程的信息交换和通信，以实现智能化识别、跟踪、监控和管理的目的。3.系统硬件设计3.1 基本功能该智能家居照明系统具有普通的照明控制功能外，还可进行调光，模式设定，提高家庭的生活质量，大大改善生活的品位。可通过键盘，因特网进行控制，提高照明的有效利用，效果明显。同时在夜间未能及时回家时，可通过因特网进行远程开灯，防止家里因无人而无灯，防止窃贼入室之隐患。同时本系统还具备家居环境温度的
5、采集与传输功能；预留了无线通信端口，可外接无线传输模块对系统进行远程操控。使系统更加完善。3.2 系统框图图1智能家居照明系统原理框图本系框图如图1所示，该产品主要是由单片机89S52来实现控制的，其结构主要由按键控制、服务器、电平变换电路、液晶显示电路、电源控制电路组成。其各主要部分的功能如下：按键控制：按下S1键可以选择相应的功能状态，S2、S3为菜单设置按键，可以对灯光场景等参数进行设置；服务器：用另一台电脑通过网络远程访问服务器以实现远程控制服务器。电平变换电路：由于单片机的输入、输出电平为TTL电平，与服务器（PC机）RS-232标准串行接口的电气规范不一致，因此要实现单片机与PC机
6、之间的数据通信，必须进行电平转换。液晶显示电路：采用12864液晶实时的将系统的工作状态与数据直观的显示出来。电源控制电路：通过单片机控制电源电路从而达到控制灯具的明暗。3.3原理电路设计及设计说明图2智能家居照明系统原理图 整个系统的原理图如图2所示，具体各模块的电路图及功能说明如下：3.2.1 按键控制电路：本设计采用键盘对整个系统进行设置，以达到智能控制的目的。在单片机中的键盘分为两种:一种是独立式,另一种是行列式3。由于本设计只需要进行简单的参数修改，为了节省单片机I/O资源所以本系统采用独立式的键盘，当有按键按下时电路原有的高电平转变成低电平单片机检测到这一变化并执行相应的程序，电路
7、有3个按键，一个用来进行上翻，一个用来进行下查，另一个用来进行选择，按键将外围硬件与单片机相连接已达到利用外围硬件控制电路的目的，按下S1键可以选择相应的功能状态，S2、S3为菜单设置按键，可以对系统功能进行设置。电路如图3所示。图3按键控制3.2.2电平变换电路：大多数PC机都有一个串行通讯端口RS-232，用于两台计算机间进行串行通讯。RS - 232通讯接口是一种标准化的串行接口，是为远程通讯连接终端设备与数据通讯设备定义的物理接口。RS-232采用非平衡连接(又称为单端线路)，在这个线路中，信号电压加到一条导线上，所有的信号电压都使用一个公共的接地线。为了提高抗干扰能力和增加传送距离，
8、RS-232的每个脚线的信号和电平规定采用负逻辑电平，DC(-15-5V)规定为逻辑“1”,DC(+ 5+15V)规定为逻辑“0”, DC(-5+5V)规定为过渡区。由于单片机的输入、输出电平为TTL电平，与 PC机RS-232标准串行接口的电气规范不一致，因此要实现单片机与PC机之间的数据通读，必须进行电平转换。一般常用的电平转换器件有MC1488、MC1489及MAX232等，但MC1488、MC1489需要12V电源，这对于不具备12V电源的单片机系统是非常不便的。故使用MAX232实现电平转换4。电路如图4所示。图4电平转换电路3.2.3液晶显示电路：在单片机显示电路中最为常用的是数码
9、管显示和液晶显示，因为数码显示的信息量比较单一而且还需外加相应的驱动电路这样就会加大电路设计与系统编程的不便，为了能更便捷更好的将数据实时的显示出来本设计采用12864点阵液晶显示5。 这样就能直观的了解到当前系统的工作状态和环境温度，为了节约单片机的管脚数量，本设计采用串行数据输入，使用12684点阵液晶显示，将单片机中输出的信号即系统状态和当前温度显示出来。显示电路原理图如图5所示。图5液晶显示电路3.2.4电源控制电路：本设计所控制的核心器件就是灯具，由于照明灯具采用交流220V供电，单片机所发出的控制信号只有几毫安，无法控制大电流高电压的设备6，所以在本设计中只能采用直流与交流分别控制
10、的方法故采用光耦与可控硅来实现控制，由于可控硅的触发电平很小单片机所发出信号经光耦完全能控制可控硅，当可控硅接到控制信号并导通灯具接通电源并点亮，因为可光耦很好的将直流与交流隔离开两种电源不会相互影响。电路原理图如图6所示。 图6电源控制电路4.系统软件设计本系统单片机部分是用Keil软件进行编写的，系统软件设计流程图如图7所示。图7系统软件设计流程图5软件操作步骤5.1 操作界面设计 为了能更好的通过互联网实现远程控制与数据的采集本系统用Visual Basic2005编写了服务端程序和客户端程序，将照明系统用串口数据线与服务器连接并接通电源，在分别将这两个应用程序安装到服务器和电脑上，安装
11、成功后出现的界面如图8、图9所示。通过设定服务端的监听端口号及通信端口以及本机的IP，即可通过客户端对服务端进行远程连接。图8 服务端操作界面图9客户端操作界面5.2使用要点首先确定监听端口号400并设定通信端口com1和输入本机IP地址:127.0.0.1（根据电脑IP地址来设定）。如图10所示。图10 服务端等待链接中将链接地址127.0.0.1和通信端400设置好，如图11所示。图11 客户端等待链接中点击监听选项，出现的界面如图12所示，这时灯具就会点亮。图12 链接成功6.系统的应用价值该项目创新点在于将现代电子技术、通信技术、智能控制技术及自动化技术有机融合，通过对智能安防系统的检
12、测和控制，为人民提供安全舒适、高效便利的生活工作环境。智能家居照明系统是电子信息技术的重要组成部分，它可以根据人们的需求，把日常生活中经常涉及的安防控制手段融合在一起，通过嵌入式系统接入到Internet交互通信完成家庭或办公场所的智能家居照明控制。通过嵌入式技术和互联网技术的结合，为生活提供了安全便捷的环境。7.结束语本设计的基于“物联网”控制的智能灯光照明系统的主控板由双路可调直流稳压电源供电，照明灯具由市电提供，用户可在远程通过互联网对自己家中的照明系统进行远程控制。该设计跟以往的智能灯光照明系统设计有所不同，本设计可以通过网络进行远程控制，不仅提高照明的有效性，同时还减少了不必要的资源
13、浪费。在夜间未能及时回家时，可通过因特网进行远程开灯，防止家里因无人而无灯，防止窃贼入室之隐患。本设计基本上完成了预定的目标，“物联网”是现在最热门的技术，本设计的这个智能照明系统虽然很简单，但是通过进一步开发可以控制更多的电子设备。例如，本系统具备功耗低的特点，供电部分还可以采用太阳能电池系统作为供电单元，使其具备自给能力。参考书目1冯博琴，吴宁微型计算机原理与接口技术M北京:清华大学出版社，2007。2 张飞舟，杨东凯，陈智物联网技术导论北京：电子工业出版社，2010。：3高吉祥等电子技术基础实验与课程设计（第二版）M北京：电子工业出版社，2005。4南建辉等MCS-51单片机原理及应用实例M北京：清华大学出版社，2003。5黄智伟等全国大学生电子设计竞赛训练教程M北京：电子工业出版社，2005。6夏路易等电路原理图与电路板设计教程Protel99M北京：希望电子工业出版社，2002。【支撑材料】大学生科技成果集结号 ISBN 978-7-200-08805-2 论文题目基于“物联网”的智能家居照明系统设计与实现
