青岛理工大学毕业设计（论文）
第2章 家庭控制器方案设计
2.1设计思路
根据任务书的要求，设计一个基于蓝牙的家庭控制器，可用于控制家电、门锁、灯光的电源开关及控制电灯的亮度；也可用于检测各路传感器信号，实现三表的数据抄送，并且具有吓阻、报警、语音服务等功能。要求能显示各路传感器信号。
红外戒烟雾、温度湿度、光照度数据采集部分 家电,门锁,灯光控制部分 水、电、煤气数据表部分 主控 制器 蓝牙 模块 蓝牙 模块 显示部分 计算机 语音服务 部分 键盘部分 显示部分
报警部分
图2.1 家庭控制器系统设计框图
根据前文的讨论，蓝牙无线通信技术最适合用于家庭控制系统中各信息终端之间数据传输，并且有不同的蓝牙模块可以选择。对于数据处理器部分来说，可以使用PC机编写VB程序实现数据的处理，但是其灵活性太差，经常受到其他条件的限制，不利于推广使用，因此这里使用单片机实现数据处理功能。因此用户
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只需要设计串口电路，就可以控制蓝牙模块实现数据传输功能。家庭控制器系统设计框架如图2.1所示。
2.2方案论证
本设计主要从以下几个方面来分析论证：蓝牙模块选择、显示器的选择、微处理器的选择、语音模块的选择和报警模块的选择。 2.2.1 蓝牙通信模块的选择
蓝牙模块采用了CSR公司的单芯片BC02。BC02内嵌BlueCore2芯片，并提供SPI、UART/USB、PIO、PCM接口。在天线和发射机输出端之间接入平衡-不平衡转换器。带通滤波器一般是无源器件,它的作用是滤除接收机不需要的频带内的信号，为低噪声放大器（LNA）提供选择性信号起到减小干扰的作用。BC02中采用了台湾ACX公司的集成带通滤波器和平衡不平衡转换器的器件FB2520，带通滤波器和平衡-不平衡转换器集成在一起集成度更高有效的减小了电路板的面积，该器件具有外型小巧，插入损耗低等优点，能够很好地完成平衡到不平衡端的转换和带通滤波的功能。用于GPS导航系统，水电煤气抄表系统，工业现场采控系统，可以与蓝牙笔记本电脑、电脑加蓝牙适配器、PDA等设备进行无缝连接
蓝牙模块主要有以下几个特点。
（1）采用CSR主流蓝牙芯片CSR BlueCore2,单片蓝牙系统，蓝牙V1.1协议标准（2）2.4GHz无线调频接收与基带传输，传输范围10米 （3）SMD类基本模组，内置陶瓷天线,可置表面 （5）板载闪存(8Mbits) （6）SPI接口可升级固件
（6）停止, 呼吸, 保持和睡眠，低耗电模式 （7）模块尺寸 27.5mm*15mm*3mm
（9）串口模块上底板带有RS232接口和TTL接口，任选一种接口使用，使用3.3至5V电源。串口对用户而言是透明的
（10）蓝牙芯片采用向前纠错编码，通信效率更高，自动跳频，抗干扰能力强 （11）工作电流：40mA休眠电流：小于1mA
（13）波特率为9600,19200，38400，57600，115200用户可设置
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2.2.2显示器的选择
一般可供选择的显示器有以下3种，下面分别做具体介绍。 1.VFD显示器
VFD显示器是由电子管发展过来的一种显示器件。它是真空二极管或三极管的一种改型。二极管的改型成为静态VFD，三极管的改型成为动态VFD。VFD显示器具有高清晰度、高亮度、宽视角、反应速度快和从红色到蓝色多种色彩等特点，显示效果好。当使用CIG（集成芯片玻璃）技术时，可集成VF驱动电路；具有可靠且使用寿命长等特点。但它需要5.5~6.3V的灯丝电压，150~450mA的灯丝电流，12~36V的阳极加速电压，15~36V的栅极电压。不考虑阳极和栅极电流，单灯丝功耗就大825mW，功耗相对来说较大，不适合在移动设备上使用。例外，它需要多级电压不同的供电电压，使用不方便。
2.LED显示器
LED显示器是由LED发光二极管发展过来的一种显示器件。具有高亮度、高宽视角、反映速度快、可靠性高、使用寿命长等特点、但LED数码管只能显示数字和极少数几个英文字符，显示反调。而LED点阵显示器虽然能显示各种信息，但它的体积较大，适合于广告牌等需要大面积显示的地方，不适合移动设备。况且动态扫描有可能同时被点亮，此时按每段10mA电流来算也有80mA，如同时点亮段数更多，则电流会更大。
3.LCD液晶显示器
LCD液晶显示器是利用光的偏振现象来显示的。一般也分为数字型LCD个点阵型LCD。前者用于显示简单字符，如时钟等；后者能显示各种复杂的图形和自定义的字符，因此应用比较广泛。LCD液晶器具有本身不发光、靠反射或透射其它光源发光的优点，同时具有功耗小、可靠性高、寿命长、体积小、电源简单等特点，非常适合于移动设备的使用。
本设计采用点阵型LCD液晶显示器CGM-12232。该显示器具有122*32点阵，不仅可以显示数字，还可以显示中文、英文甚至图片等，体积只有61mm*19 mm*5.7 mm,功耗仅为5V*2.5 mA=12.5 mW（不开背光）。 2.2.3 CPU的选择
由于该系统包含对很多传感器采集数据的采样与处理，其中包括接收中断，
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IO检测，数据串的打包与发送，蓝牙控制命令的接收、处理以及工作状态的发送，并且要使用蓝牙模块与之相连，所以要求主控制器拥有独立的标准串口，所以主控器的选择要考虑以下方面: 1)可以编程的IO口数量要充足，以满足传感器的扩展。2）指令的运算处理速度要快，以满足大量数据的采样与处理。3）要包含有足够的可编程的存储空间。4）要求有独立的串行口，以便和蓝牙模块、GSM模块通信。
根据本设计的要求，根据收集的资料，选用Atmel的AT89C52单片机作为主控制器。AT89C52单片机具有低电压供电和小体积等特点，和适合便携手持式产品的设计使用，系统可用两节电池供电。 2.2.4 语音模块的选择
语音模块采用ISD4004语音芯片，ISD4004语音芯片采用CMOS技术，内含晶体振荡其、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器机高密度多电平闪烁存储阵列等。因此只需要很少的外围就可构成一个完整的声音录放系统。ISD4004语音芯片带SPI接口，录放音时间长，印制好，不需A/D转换，可重估记录10万次，断电后仍可以保存数据100年，语音内容分段存储，程序可以选定人一段作为录音、放音的起始地址 2.2.5 报警模块的选择
热释电红外传感器RE200B对人体信号进行检测，红外传感信号专用处理芯片选用BISS0001芯片对所采集信号进行初步处理。人体具有约37摄氏度的恒定体温，所以会发出波长约10um左右的红外线。热释电红外传感器RE200B济源市靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。热释电红外传感器是一种新型敏感元件。制造热释电红外传感器的高热材料是一种广谱材料。它的探测波长范围为0.2~20um.为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片、此滤波片只允许某些波长范围的红外光通过，而阻止灯光、阳光和其它红外光通过。实际使用中热释电红外传感器前面必须安装菲涅尔透镜，可以提高传感器的灵敏度，扩大监视范围。它可以产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元件要求信号不断变化的特性。传感器的两个反向串联热释电元件轮流感受到运动物体，所以人体的红外辐射以红外脉冲的形式不断改变热释电元件的温度，使之输出一串脉冲信号，若人体在传感
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器前不懂则不会有输出。 2.2.6 软件方案的设计
在软件设计中遵循了模块化的设计思想，包括串口通信程序、传感器数据采集程序、继电器控制程序、语音服务程序、LCD显示程序等。串口通信程序主要完成接收计算机发送来的控制和检测命令，发送单片机处理后的数据给单片机；传感器数据采集程序对各路传感器信号进行采集，并且将采集结果送给LCD显示或启动报警；继电器控制程序是根据单片机的控制命令，控制各路电器的电源开光或电灯的亮度；语音服务程序是录入不同的声音或音乐，根据系统设计的模式，放出不同的语音；LCD显示程序。
在软件设计平台的选取方面，8051单片机是目前国内外工业测量控制领域使用极为广泛的一类8位微控制器，世界上许多软件公司还都致力于8051单片机高级语言编译器的开发研究。C语言是一种特别适合于开发计算机操作系统的高级语言，德国Keil公司在开发单片机C语言编译器方面取得了相当大的成功，从编译器、调试器、实时操作系统到集成开发环境，全面支持8051、251、166等单片机主流产品及其众多的派生系列。
Keil公司推出了一种全新的Windows集成开发环境uVision2, C51源程序经过优化编译后生成的代码，其效率接近与汇编语言生成的代码；支持所有8051系列单片机，提供对所有外围硬件部分的操作；无论在有无工作寄存器区转换的情况下，CX51都能产生快速中断代码；能够在整个应用程序中执行全局寄存器优化；所有应用工具均可产生详细警告信息和错误信息，帮助用户处理难于寻找的问题；支持再入功能和寄存器区的独立代码，便于中断服务程序和多任务应用程序的执行；采用分组方式执行代码分组和调试，用户程序代码可以轻松突破64KB空间的限制；文件查找功能，能在当前文件或全局文件中搜索指定的文本信息；集成仿真调试功能，允许在统一的uVision2环境下进入Debug调试器，提供纯软件模拟仿真调试（Simulator）和硬件目标版在线仿真调试（MONITOR-51），可以进行应用程序代码综合性能分析和代码覆盖率分析。
鉴于uVision2开发环境的优越功能，本文选用它来进行软件编写和调试。其界面如图2.2所示。在程序编译连接成功后，会生成与工程名字一样的HEX文件，此文件被许多的单片机支持，可以将该文件烧写到单片机中脱机运行。
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