基于AVR技術(shù)的智能家居管理系統(tǒng)，包含原理圖、電路結(jié)構(gòu)

光敏電阻主要參數(shù)：

a）暗電阻 在不受光照射時的阻值稱為暗電阻，此時流過的電流稱為暗電流。

b）亮電阻 光敏電阻在受光照射時的電阻稱為亮電阻，此時流過的電流稱為亮電流。

c）光電流 亮電流與暗電流之差稱為光電流。

2.2.2 光敏電阻的基本特性

a）伏安特性在一定照度下，流過光敏電阻的電流與光敏電阻兩端的電壓的關(guān)系稱為光敏電阻的伏安特性。

b）光照特性 光敏電阻的光照特性是描述光電流I和光照強度之間的關(guān)系，不同材料的光照特性是不同的，絕大多數(shù)光敏電阻光照特性是非線性的。圖3.1.5為硫化鎘光敏電阻的光照特性。

c）光譜特性 光敏電阻對入射光的光譜具有選擇作用，即光敏電阻對不同波長的入射光有不同的靈敏度。光敏電阻的相對光敏靈敏度與入社波長的關(guān)系稱為光敏電阻的光譜特性，亦稱為光譜響應(yīng)。對于不同波長，光敏電阻的靈敏度是不同的，而且不同材料的光敏電阻光譜響應(yīng)曲線也不同。

通過對光敏電阻、光電池、光電二極管、光電三極管等光電傳感器的各種性能進行比較，以及通過分析光敏電阻的工作原理、基本特性，發(fā)現(xiàn)光敏電阻的光譜響應(yīng)峰值比較接近人的視覺敏感區(qū)555nm波長；以及當(dāng)光照強度減弱時，它的響應(yīng)時間相對增加，這對光敏電阻在光照強度變化進行檢測時輸出狀態(tài)保持相對穩(wěn)定十分重要，為避免光敏電阻受光面笑的光敏電阻件應(yīng)在教室周圍進行合理地分布，用于探測自然光的有無及強弱（可根據(jù)需要進行調(diào)整）。

2.2.3 光照監(jiān)測接口電路

光敏電阻與電阻R構(gòu)成反向比例放大電路。由于光敏電阻是敏感性元件，對光照強度、距離等有一定的敏感性，以及電源的噪聲等引起的各種干擾都會隨設(shè)備進入到單片機控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的干擾影響了需要采集的真實信號，給光敏電阻的前端供電加上穩(wěn)壓管，以避免電源的噪聲的影響獲取更接近真實的信號，單片機的模擬信號輸入端GM口。當(dāng)光敏電阻的阻值發(fā)生變化時，GM端上的應(yīng)發(fā)生變化，該信號被單片機的模擬通道GM采集，采集的是光敏電阻上的暗時，光敏電阻上的電壓值接近5V，光強時，大約0V，模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后0~255。

圖3.1.6中可知: I=Vcc（R+Rp），V=R*Vcc*（R+Rp）

（1）當(dāng)R>>Rp時，V=Vcc。因此光敏電阻電壓V近似等于Vcc。此時為恒壓偏置。

（2）當(dāng)R<（3）當(dāng)R=Rp時，表示負載匹配，探測器輸出功率最大。此時的工作狀態(tài)為恒功率偏置

2.3 溫度傳感器

本系統(tǒng)采用數(shù)字溫濕度傳感器DHT11。此傳感器包括一個電阻式測濕元件和一個NTC測溫元件。單線制串行輸出接口，單總線結(jié)構(gòu)輸出有效地節(jié)省用戶控制器的I/O口資源。40bit二進制數(shù)據(jù)輸出，其中濕度整數(shù)部分占1Byte，小數(shù)部分1Byte，溫度整數(shù)部分1Byte，小數(shù)部分1Byte。濕度為高16位。最后1Byte為校驗和。具體如表3.2所示：

表3.2 溫濕度傳感器DHT11輸出特性

計算方法為：

Humi（濕度）=bite 4.bite 3

Temp（溫度）=bite 2. bite 1

Jiaoyan( 校驗)=bite4+bite 3+bite 2+bite 1

DHT11的外形以及引腳排列如圖3.1.7所示：

圖3.1.7 DHT11外形引腳

DHT11的供電電壓為3.5~5.5V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間不要發(fā)送任何指令。電源引腳之間可增加一個瓷片電容用以去耦濾波。

DHT11與單片機的連接如圖3.1.8所示：

圖3.1.8 DHT11與單片機的連接圖

2.4 液晶顯示器

本系統(tǒng)采用LCD1602作為顯示器顯示輸出信息。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管相比，液晶顯示器模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點，而且外加驅(qū)動電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應(yīng)用設(shè)計中最常見的顯示器件了。LCD1602可以顯示2行16個漢字。

2.4.1 LCD1602的引腳功能

LCD1602模塊的引腳圖如圖3.1.9所示，其引腳功能如表：

（二）、控制子系統(tǒng)模塊

1）模塊概要

控制子系統(tǒng)模塊由RS-232串口通信、遙控器、鍵盤組成，實現(xiàn)PC機在線控制以及紅外遙控器和按鈕的實時控制。該子系統(tǒng)既可以通過PC機上位機上安裝與系統(tǒng)連接的控件，實現(xiàn)可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根接收數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)很簡單的遠程通信，該系統(tǒng)也可以通過遙控器發(fā)送紅外數(shù)據(jù)，通過紅外解碼，實現(xiàn)對家電的實時控制，又可以通過按鈕對家用電器實行控制。整體硬件框圖如圖3.2—1所示：

圖3.2—1 控制子系統(tǒng)模塊

2）單元模塊介紹

2.1 RS-232串口通信

RS-232的RS的英文意思就是Recommended standard的縮寫，意為推薦標準。C表示為此協(xié)議為第三版（1962年的版本）。PD0和PD1是ATmega16的兩根全雙工串行通信傳輸線，其中RXD為輸入線、TXD為輸出線。從理論上講，它是可以實現(xiàn)全雙工工作的，但CPU是不可能同時執(zhí)行“接收”和“發(fā)送”兩種指令的，因此該“全雙工”的定義只是對串行接口有獨立的接受通道和發(fā)送通道而言。RS-232與單片機的連接圖如圖3.2.2所示：

串口通信的概念就是串口按位（bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時用另一根接收數(shù)據(jù)。它很簡單實現(xiàn)遠距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時，規(guī)定設(shè)備線總長不得超過20米。并且任意兩個設(shè)備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達15米。典型地，串口用于ASCLL碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線（2）發(fā)送（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時在另一根線上接收數(shù)據(jù)。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗。對于兩個進行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配：

a 波特率:這是一個衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的bit的個數(shù)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個bit。當(dāng)我們提到時鐘周期時，我們就是指波特率。例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400,28800和36600.波特率可以遠遠大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設(shè)備的通信。

b 數(shù)據(jù)位：這是衡量通信中時機數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計算機發(fā)送一個信息包，時機的數(shù)據(jù)不會是8位的，表示的值是5、7和8位。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。例如，標準的ASCLL碼是0~127（8位）。如果數(shù)據(jù)使用簡單的文本（標準ASCLL碼），那么每個數(shù)據(jù)包使用7位數(shù)據(jù)。每個包指一個字節(jié)，包括開始/停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶檢驗位。由于實際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取，術(shù)語“包”指任何通信的情況。

c 停止位：用于表示單個包的最后一位。典型的值為1,1.5和2位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時的，并且每一個設(shè)備有其自己的時鐘，很可能在通信中兩臺設(shè)備間出現(xiàn)小小的不同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計算機校正時鐘同步的機會。適用于停止位的位數(shù)越多，不同時鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時也越慢。

d 奇偶校驗位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。有四種檢錯方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有檢驗位也是可以的。對于偶和奇校驗的情況，串口會設(shè)置檢驗位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶個或者奇哥邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)時011，那么對于偶校驗，校驗位是0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。如果是奇校驗，校驗位為1，這樣就有3個邏輯高位。高位和低位不真正的見車數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個位的狀態(tài)，有機會判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。

2.2 紅外遙控器

紅外線遙控就是利用波長為0.76～1.5μm之間的近紅外線來傳送控制信號的。其實現(xiàn)原理，是在遙控器的內(nèi)部芯片中存放了對應(yīng)電器可以解析的編碼，從而在使用中，可以和電器進行互相通信，具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠，功耗低，成本地，易實現(xiàn)等顯著優(yōu)點。

紅外遙控的發(fā)射電路是采用紅外發(fā)光二極管來發(fā)出經(jīng)過調(diào)制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接受二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發(fā)射器發(fā)射的紅外光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，再送后置放大器。

2.2.1 發(fā)射電路

發(fā)射機一般由指令鍵(或操作桿)、指令編碼系統(tǒng)、調(diào)制電路、驅(qū)動電路、發(fā)射電路等幾部分組成。當(dāng)按下指令鍵或推動操作桿時，指令編碼電路產(chǎn)生所需的指令編碼信號，指令編碼信號對載波進行調(diào)制，再由驅(qū)動電路進行功率放大后由發(fā)射電路向外發(fā)射經(jīng)調(diào)制定的指令編碼信號。

圖3.2.3 紅外遙控發(fā)射原理框圖

遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據(jù)編碼格式可以分成兩大類，這里我們以運用比較廣泛，解碼比較容易的一類來加以說明，現(xiàn)以日本NEC的uPD6121G組成發(fā)射電路為例說明編碼原理。當(dāng)發(fā)射器按鍵按下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征：

采用脈寬調(diào)制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0”；以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1”，其波形如圖3.2.4所示。