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智能家居系统设计方案
摘要:本次参加电气学院电子设计大赛,我组所选题目为《智能家居系统设
计》,根据题目要求,我组采用模块细想设计电路:
1.温度采集模块
2.湿度采集模块
3.烟雾探测模块
4.火灾报警模块
5.亮度检测模块
6.温湿度调节模块
7.亮度调节模块
8.无线收发模块
9.显示模块
10.电源模块
采用了51单片机作为主控芯片。实现对各模块的数据采集和系统各部分的控制。
一、系统框架图:
1、节点采集模块框架图:
2、远程数据收发模块框架图:
二、各模块电路原理分析:
1.温度采集模块:
集成温度传感器是目前应用范围最广、使用最普及的一种全集成化传感器。
其种类很多,大致可分为以下5类:1、模拟集成温度传感器;2、模拟集成温度
控制器;3、智能温度传感器;4、通用智能温度控制器;5、微机散热保护专用
的智能温度控制器。
本模块考虑方案有两种:
1.采用热电阻温度传感器。
热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。现应用较多的
有铂、铜、镍等热电阻。其主要的特点为精度高、测量范围大。
现在应用较多的有铂、铜、镍等热电阻。但是热电阻在还原介质中温度性差,
不适合长期使用。
2采用DS18B20
DS18B20测量范围从-55℃~+125℃,-10~+85℃时测量精度为±0.5℃,测量分辨
率为0.0625℃,电源电压范围从3.3~5V。它支持“一线总线”的数字方式传输,
可组建传感器网络。而且,无需进行线性校正,使用非常方便,接口简单,成本
低廉。与传统的热敏电阻温度传感器不同,它能够直接读出被测温度,并且可根
据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式,可以分别在93.75ms
和750ms内将温度值转化9位和12位的数字量。它具有体积小、接口方便、传
输距离远等特点,内含寄生电源。
综合比较方案一二,方案一更具有实用性,所以我们选择方案二作为本设计
的温度采集模块。
DS18B20原理分析:
DS18B20内部结构主要由四部分组成:64位光刻ROM、温度传感器、非
挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如下:
DQ为数字信号输入/输出端;GND为电源地;VDD为外接供电电源输入端(在
寄生电源接线方式时接地)。
DS18B20依靠一个单线端口通讯。在单线端口条件下,必须先建立ROM
操作协议,才能进行存储器和控制操作。因此,控制操作必须首先提供下
面5个ROM操作指令之一:(1)读ROM,(2)匹配ROM,(3)有哪些信誉好的足球投注网站ROM,(4)跳过ROM,
(5)报警有哪些信誉好的足球投注网站。这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻ROM序列号,可以
在挂在一线上多个器件选定某一个器件,同时,总线也可以知道总线上挂有有多
少,什么样的设备。若指令成功地使DS18B20完成温度测量,数据存储在DS18B20
的存储器。一个控制功能指挥指示DS18B20的演出测温。测量结果将被放置在
DS18B20内存中,并可以让阅读发出记忆功能的指挥,阅读内容的片上存储器。
温度报警触发器TH和TL都有一字节EEPROM的数据。如果DS18B20不使用报警
检查指令,这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理
想的解决温度数字转换。写TH,TL指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完
[5]
成。通过缓存器读寄存器。所有数据的读写都是从最低位开始。
测温原理:
DS18B20的测温原理如图3.4所示,图中低温度系数晶振的振荡频率受温度
影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度
变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温
度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生
的脉冲信号进行减法计数当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1
计数器1的预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉
冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存
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