智能用电管理器毕业设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

智能用电管理器毕业设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

不 采用 此 方案。 方案二采用 半导体热敏电阻 热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（ 40～＋ 350℃ ）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。 虽然 传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件，热敏电阻成本低，但需要后续信号处理电路，而且热敏电阻的可靠性相对较差，测量温度的准确度低，检测系统的精度差。 所以不采用此方案。 方案 三采用 集成温度传感器 DS18B20 是 DALLAS(达拉斯 )公司生产的，体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高，附加功能强。 DS1820 最高 12 位分辨率，精度可达 177。 摄氏度，检测温度范围为 55℃ ～+125℃ ，适合于恶劣环境的现场温度测量。 此型号 集成温度传感器 可以采用。 LM35D 是精密集成电路温度传感器，线性好（ 10mV/℃ ），宽量程（ 0℃ — 100℃ ），它的输出电压与摄氏温度线性成比例，无需外部校准或微调来提供 177。 ℃的 常用的室温精度，编程时易于实现。 符合本系统的设计要求，所以此传感器比较可行。 AD590 具有较高精度和重复性（重复性优于 ℃ ）其良好的非线性可以保证优于 177。 ℃的测量精度，利用其重复性较好的特点，通过非线性补偿，可以达到 177。 ℃ 测量精度。 但是，由于 AD590 采集到的信号是电流信号，在将数据传给 A/D 前还要先把电流信号转变成电压信号，因此，用 AD590 来检测、采集温度的电路比较复杂。 而且，在高精度测量电路中，必须考虑 AD590 的输出电流不被分流影响。 因此，此型号 集成温度传感器 不被采用。 方 案 四采用 电阻式温度传感器 电阻式传感器广泛应用于测量 200～ 960℃ 范围内的温度。 铜热电阻主要应用于测量 50～ 150℃ 范围内的场合。 铜容易容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好而且电阻温度系数大，温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高。 但铜热电阻与铂热电阻相比，铜的电阻率低，因此铜电阻的体积较大。 而且铜易于氧化，一般只用于 150℃以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。 因精度不高且检测温度较低，所以不采用。 铂热电阻是目前公认的制造热电阻最好的材料，它性能稳定，重复性好，长时间稳定的复现性可达 104 K ，是目前测温复现性最好的一种温度计。 同时其测量精度高。 在氧化性介质中、甚至在高温下，其物理、化学性能都很稳定，其阻值与温度之间几乎成线性变化。 但其在还原性介质中，特别是高温易从氧化物中还原出来的气体所污染，改变它的电阻与温度关系，此外其电阻温度系数小，价格较高。 因此，主要作为标准电阻温度计和高精度温度测量。 所以铂热电阻可以作为此次温度检测电路的温度传感器。 人体检测电路的方案设计 方案一采用红外对管电路 针对一些红外接收管容易受到可见光的影响，从而改变其阻值，容易造成系统的 误判。 可以考虑采用上面的电路。 100－ 100k 欧姆，是红外接收管在不同光线条件下（室内－阳光直射）的阻值的大小。 在正常的光线下通过 IOA0 口 A/D 采集到一个电压值作为一个参考电压。 2020届毕业设计（论文） ７ 当随着光线变化时， IOA0 口读进来的电压值也就发生变化。 这个使用通过 IOA IOAIOA IOA7 依次选通，选择最接近参考值的电压作为判断电压。 该电路可以避免可见光带来的干扰，效果不错。 但是检测障碍物的距离在 0－ 15cm，引用占用 IO 口较多，操作较为复杂。 所以不采用此方案。 方案二采用 热释电红外 检测电路 热 释电红外 开关 电路在生活中应用很广，是实用的。 热释电红外开关是 BISS0001 配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成的被动式红外开关。 它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗衣机等装置，是一种高技术产品。 特别适用于企业，宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。 此电路具有以下特点： 低功耗、静态 功耗（ 50uA）；宽电压范围（ DC ）；可重复 /不可重复触发方式选择；使用简单、电源 + 信号输出；感应距离远，约 7米；感应角度为 110176。 所以此方案可采用。 方案三采用 超声波检测电路 超声波的应用领域非常广阔，比如军事上的声纳技术，工业上的无损探伤、测距、测厚，生物医学上的诊断和手术，农业上的超声育种、超声培苗、超声催产等。 超声波在空气中传播时，其能量的衰减与距离成正比，即距离越近信号越强，距离越远信号越弱，通常在 1mV～1V 之间。 超声波是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的 载体或媒介；超声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构。 超声波的特点 ： 超声波在传播时，方向性强，能量易于集中 ； 超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离 ； 超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息。 超声波检测的优点是穿透力强、设备轻便、检测成本低、检测效率高，能即时知道检测结果 (实时检测 )，能实现自动化检测和实现永久性记录，在缺陷检测中对危害性较大的裂纹类缺陷特别敏感等等。 所以， 超声波 检测电路 可以作为人体检测电路的一种方案。 无线收发模块的方案设计 伴 随着短距离、低功率无线数据传输技术的成熟， 无线 数据传输 被越来越多地应用到新的领域。 与有线通信方式相比，无线通信 以其不需铺设明线，使用便捷等 一系列优点， 在现代通信领域占据重要地位。 由于无线收发芯片的种类和数量比较多，无线收发芯片的选择在设计中是至关重要的，正确的选择可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。 选择无线收发芯片时应考虑需要以下几点因素：功耗、发射功率、接收灵敏度、收发芯片所需的外围元件数量、芯片成本、 数据传输是否需要进行曼彻斯特编码等。 方案一 采用 nRF401 无线收发芯片 nRF401是 Nordic公司研制的单片 uHF无线收发芯片，工作在 433MHZISM(Industrial Scientific and Medica1)频段。 nRF40 1芯片内包含有发射功率放大器 (PA)、低噪声接收放大器(LNA)、晶体振荡器 (OSC)、锁相环 (PLL)、压控振荡器 (VCO)、混频器 (MIXFR)、解调器 (DEM)等电路。 在接收模式中， nRF401被配置成传统的外差式接收机，所接收的射频调制的数字信 号被低噪声效大器放大，经混频器变换成中频，放大、滤波后进入解调器，解调后变换成 2020届毕业设计（论文） ８ 数字信号输出 (DOUT端 )。 在发射模式中，数字信号经 DIN端输入，经锁相环和压控振荡器处理后进入到发射功率放大器射频输出。 由于采用了晶体振荡和 PLL合成技木，频率稳定性极好；采用 FSK调制和解调，抗干扰能力强。 nRF401的 ANTI和 ANT2引脚是接收时低噪声接收放大器 LNA的输入，以及发送时发射功率放大器 PA的输出。 连接 nRF40 l的天线可以以差分方式连接到 nRF401，一个 50Q的单端天线也可以通过一个差分转换匹配网络连接到 nRF40l。 nRF401采用抗干扰能力强的 FSK调制方式， 并采用 PLL频率合成技术，频率稳定性好，发射功率最大可达 10dBm，接收灵敏度最大为一 105dBm，数据传输速率可达 20Kbps，工作电压在 +3～ 5V之间。 工作频率稳定可靠，外围元件少， 并可直接接单片机串 El， 便于设计生产，功耗极低，适合于便携式手持产品的设计，由于采用了低发射功率，高接受灵敏度的设计，满足无线管制要求，无需使用许可证，是目前低功率无线数传的理想选择。 因此， 无线收发模块可以采用 nRF401无线收发芯片。 方案二采用 CC1000无线收发芯片 CC1000是 Chipcon公司推出的单片可编程 R F 收发芯片，它基于 Chipcon’s Smart RF技术，可工作在 ISM频段 (300～ 1000MHz)。 CC1000集成了射频发射、射频接收、 PLL合成、 FSK调制解调、可编程控制等多种功能。 CC1000采用锁相环技术，发射频率是通过内部的频率合成器来配置的，可配置的范围为300～ l000MHz，适合应用跳频协议，一般可配出 10或 20个频点，该芯片灵敏度为一 109dBm，并可自动校准，可编程输出功率为一 2 0dBm ～ +10dBm，通信速率可达 78． 6Kbps。 CC1000的主要工作参数可由一个串行接口编程设定，使用非常方便并且具有灵活性。 CC1000芯片的外围元件较少，且对精度要求不高，并提供三种编码 方式与微控制器接口。 与 nRF401无线收发芯片 ， CC1000无线收发芯片 作为 无线收发模块 不如 nRF401效果好，所以不采用此芯片。 其他电路的方案设计 日历时钟电路： 采用 DS1302 实时日历芯片， 它是美国 DALLAS 公司推出的一款高性能、低功耗、带内部 RAM 的实时时钟芯片（ RTC），也就是一种能够为单片机系统提供日期和时间 的芯片。 可以对秒、分钟、时钟、小时、日期、星期、月、年信息，带闰年自动补偿。 最大可以计年的长度是 2100 年。 芯片具有带后备电池的 31B 的非易失性数据存储器。 报警电路：报警电路大体分为声报警、光报警和声光报警三种。 此次采用声光报警电路。 采用 LED 灯作为光报警，采用蜂鸣器或扬声器作为声报警。 显示方式：显示方式包括数码管显示、液晶显示屏显示、 LED 屏显示等。 因为需要显示汉字、数字、字母等。 液晶显示器具有功耗低、无辐射危险、平面直角显示以及影像稳定等，可视面积大，画面效果好，也可以显示汉字，分辨率高，抗干扰能力 强，显示内容多等特点。 所以采用液晶显示屏显示。 键盘电路：键盘分为 独立式键盘和 行列式键盘。 考虑到此电路具有的功能多，且操作繁多，经计算采用 4*4 行列式 键盘。 3 单元电路设计 MSP430 单片机最小系统 的设计 MSP430系列单片机种类很多，此次我选用 MSP430F169单片机。 因为 MSP430F169采用 2020届毕业设计（论文） ９ “冯诺依曼”结构， RAM、 ROM和全部外围模块都位于同一个地址空间内，最大寻址地址为 62KB (60 KB Flash , 2KB RAM)。 内部集成有 1个硬件乘法器、 1个精确的模拟比较器、 2个具有捕捉 /比较寄存器的定时器、 8路 12位 A/ D转换器、片内看门狗定时器、 2个串行通信接口以及 48个 I/ O引脚 , 每个 I/ O口分别对应输入、输出、功能选择、中断等多个寄存器，功能口和通用 I/O口可复用，增强了端口功能和灵活性 , 提高了对外围设备的开发能力。 MSP430F169是 FLASH存储器型单片机，具有良好的仿真开发技术，设置有 JTAG仿真接口和高级语言编译器。 在系统支持软件下，在线实现对目标系统的硬件调试及软件开发，包括汇编、 C语言、连接及动态调试，具有单步、多断点和跟踪，并且开放全部存储器、寄 存器，可以方便可靠地对系统进行硬件、软件开发。 最小系统主要由主控 MCU， 电源、复位电路、时钟电路、 JTAG调试电路 , 串行通讯等模块组成 , 与此同时还要设计 MCU时钟电路，电源电路和 JTAG调试电路。 时钟模块为 MCU提供时钟源， JTAG接口用于单片机程序调试和仿真 ； 串口 0 (USART0)通过 MAX232模块进行电平转换连接到 PC用于调试嵌入式软件；电源模块为 MCU和各外围模块提供电源。 下面我将对各模块电路进行设计。 电源模块的设计 在该系统中需要使用 5V和 ， 其中 MSP430F169及部分外围器件需要3. 3V电源 ， 另外部分需要 5V电源。 在本系统中 ， 以 5V 直流电压为输入电压 ,通过 AMS1117 – 将 5V直流电压转换成。 电源通过 AMS1117 – DC DC电压转换。 在电源模块中通过 3个电容进行电源稳压滤波 ， 为系统提供稳定的电源。 复位电路的设计 微控制器正常工作时该引脚将处于高电平才能正常工作。 在系统中 ， 复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位 ， 复位电路可由简单的 RC电路构成 ， 也可使用其他的相对较复杂 ， 但功 能更完善的电路。 在这里采用简单的由电阻、电容、二极管构成的 RC复位电路。 经使用证明 , 其复位逻辑是可靠的。 如图 2， 该复位电路的工作原理如下 ： 在系统上电时 ， 通过电阻 R1向电容 C1充电 ， 当 C1两端的电压未达到高电平的门限电压时。 RST端输出为低电平 ， 系统处于复位状态 ； 当 C1两端的电压达到高电平的门限电压时 ， RST端输出为高电平 , 系统进入正常工作状态。 当用户按下按钮 S1时 ， C1两端的电荷被泻放掉 ， RST端输出为低电平 ， 系统进入复位状态 ， 再重复以上的充电过程 , 系统进入正常工作状态。 晶振电路设计 MSP430系列单。