最新多功能电子保姆机的设计与实现Word格式.docx

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论文介绍了保姆机的研究背景，通过对555时基电路设计方案、FPGA设计方案以及单片机设计方案的比较，确定了单片机设计方案。

本设计以Atmega128单片机为核心，通过继电器控制家用电器定时工作，利用DS1302实时时钟日历芯片完成时钟/日历的基本功能，同时利用DS18B20温度传感器测量环境温度，并通过4位LED数码管进行时间和温度的显示。

本设计完成了电子保姆机硬件和软件的设计，并在开发板上对部分功能进行了调试，实现了电子保姆机的基本功能。

该电子保姆机可以应用于生活和工作中，也可通过改装，提高性能，增加新功能，从而给人们的生活和工作带来更多的方便。

关键词：

保姆机；

单片机；

温度传感器；

继电器

Multi-functionalelectronicnannyMachineDesignand

Implementation－TheDesignoftheHardware

Abstract

Withtheacceleratedpaceoflife,thedemandfornanniesisgreatlyincreasinginoursociety.Ifaintelligentnannymachineisdesigned,itwillbringmoreconveniencefor

people'

slife.Atpresent,thenannymachinewhichisonthesaleinthemarketisalmostmechanical,hasasinglefunction,andcontrolshouseholdappliancescanaccordingtothesettingtimeonlythroughthepower.

ThispaperintroducestheresearchbackgroudofthenannymachineandusestheSCMdesignschemethroughcomparing555designscheme,FPGAdesignschemeandSCMdesignscheme.Inthispaper,thenannymachine,whichisdesignedthroughusingelectrontechnology,hasmanyfunctions.ItnotonlycancontroltheHouseholdappliancesfromtimetotime,butalsocandisplaytime,temperatureandsoon.ThisdesigncompletesthehardwareandsoftwareoftheelectronicnannyMachine,debuggesapartoffunctionsontheboardandrealizesthebasicfunctionoftheelectronicnannyMachine.

ThedesignusesAtmega128asacore,controlshomeappliancesfromtimetotimethroughtheworkoftherelay,completesthebasicfunctionofclock/calendarthroughusingtheDS1302real-timeclock,measuresambienttemperaturebyusingtemperaturesensorDS18B20,andusesfourLEDdigitaltubefordisplaying.

Themachinecanbeappliedtothelifeandwork,canalsobemodifiedtoimproveperformance,andcanbeaddednewfunctionssothatitbringsmoreconveniencetothepeople'

slifeandwork.

KeyWord:

nannymachine；

single-ship；

temperaturesensor；

relay；

摘要I

第一章引言1

1.1多功能电子保姆机研究的背景和意义1

1.2电子保姆机的功能2

第二章电子保姆机设计方案分析3

2.1FPGA设计方案3

2.2NE555时基电路设计方案3

2.3单片机设计方案4

第三章基于单片机的电子保姆机硬件设计6

3.1单片机的选择7

3.1.1AVR单片机简介7

3.1.2ATMEGA128特点7

3.2时钟日历芯片DS13029

3.2.1DS1302简介9

3.2.2DS1302引脚说明10

3.2.3DS1302控制字和读写时序说明10

3.2.4DS1302片内寄存器12

3.3环境温度传感器选择13

3.3.1常用温度传感器比较13

3.3.2DS18B20简介14

3.3.3DS18B20内部结构15

3.4电子保姆机硬件电路设计17

3.4.1时钟电路设计17

3.4.2环境温度采集电路设计17

3.4.3显示电路17

3.4.4按键电路设计19

3.4.5闹铃电路设计20

3.4.6继电器控制电路设计21

3.4.7温度报警电路设计22

第四章电子保姆机软件设计23

4.1主程序设计23

4.2子程序设计23

4.2.1实时时钟日历子程序设计23

4.2.2环境温度采集子程序设计24

4.2.3显示子程序设计27

4.2.4闹铃控制子程序设计27

4.2.5继电器子程序设计28

第五章系统调试29

5.1硬件调试29

5.1.1单片机基础电路调试29

5.1.2显示电路调试30

5.1.3DS1302电路调试33

5.1.4继电器控制电路调试33

5.1.5DS18B20电路调试33

5.1.6温度报警电路调试34

5.2软件调试34

结论35

参考文献36

附录A程序37

附录B多功能电子保姆机硬件电路图49

致谢50

第一章引言

随着生活节奏地加快，社会对于保姆的需求量越来越大，若利用电子技术设计出一款电子化、数字化、智能人性化的多功能电子保姆机，将被广泛应用于生活和工作当中。

一.1多功能电子保姆机研究的背景和意义

20世纪末，电子技术获得了飞速的发展。

在其推动下，现代电子产品几乎渗透到了社会的各个领域，有力的推动和提高了社会生产力的发展与信息化程度，同时也使现代电子产品性能进一步提升，产品更新换代的节奏也越来越快。

保姆机对人们来说越发的珍贵，工作的忙碌性和繁杂容易使人忘记当前的时间，工作后的疲劳性，使人变得懒惰，回到家中什么都想要做好的如热水洗澡、吃香喷喷的饭菜等。

这样电子保姆机就发挥了很大的作用，例如：

例如经常出差或偶尔出门，这时一回到家就想洗热水澡，如果一直开着热水器会不停地加热，即不安全又费电，若有了多功能电子保姆机，就可以按照要求定时控制家用电器。

然而遇到重大事情的时候，一旦忘记时间，就会给自己或他人造成很大麻烦。

平时我们要求上班准时，约会或召开会议必然要提及时间；

火车要准点到达，航班要准点起飞；

工业生产中，很多环节都需要用时间来确定工序替换时刻。

所以说能随时准确的知道时间并利用时间，是我们生活和工作中必不可少的。

保姆机的核心是数字化的电子时钟。

想知道时间，手表当然是一个很好的选择，但是，在忙碌当中，我们还需要一个“助理”及时的给我们提醒时间。

所以，计时器最好能够拥有一个定时系统，随时提醒容易忘记时间的人。

最早能够定时、报时的时钟属于机械式钟表，但这种时钟受到机械结构、动力和体积的限制，在功能、性能以及造价上都没办法与电子保姆机相比【1】。

电子保姆机是通过电子钟采用电子电路实现对时、分、秒进行数字显示的计时装置，通过继电器控制家用电器。

广泛应用于个人家庭，车站，码头办公室等公共场所，成为人们日常生活中不可少的必需品。

由于数字集成电路的发展和石英晶体振荡器的广泛应用，使得数字钟的精度，远远超过老式钟表，钟表的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了钟表原先的报时功能。

诸如定时自动报警、按时自动打铃、定时广播、自动起闭路灯、定时开关烘箱、通断动力设备、甚至各种定时电气的自动启用等，所有这些，都是以钟表数字化为基础的。

因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的意义。

另外，温度实时显示系统应用同样越来越广泛，比如空调遥控器上当前室温的显示、热水器温度的显示等等。

医药卫生、工农业生产上也有很多场合需要测量环境温度。

如果能够在电子保姆机上附加温度采集、时钟日历的显示、闹铃功能功能，将使电子保姆机的应用更加广泛。

一.2电子保姆机的功能

电子保姆机是利用电子时钟精确计时定时的特点，继电器控制电器定时开关，以达到无人看管却能自动看护的“保姆”装置。

拥有时间精确、体积小、界面友好、可扩展性能强等特点，可广泛应用于生活和工作当中。

本设计电子保姆机所实现主要功能为：

（1）家用电器定时开关，控制家用电器；

（2）具有时间显示，24小时制；

（3）具有年、月、日显示；

（4）具有闹铃功能；

（5）具有环境温度采集和显示功能；

（6）掉电后无需重新设置时间和日期；

（7）温度报警。

第二章电子保姆机设计方案分析

电子保姆机是通过扩展电子钟的功能而形成的，其核心就是数字化的电子钟、通过读取电子钟的时间和设定时间相比较，继电器控制家用电器定时工作。

电子保姆机既可以通过纯硬件实现，也可以通过软硬件结合实现，其实现方案有多种，但通常有以下几种形式：

二.1FPGA设计方案

现场可编程门阵列（FieldProgrammableGateArray，FPGA），是20世纪70年代发展起来的一种可编程逻辑器件，是目前数字系统设计的主要硬件基础。

FPGA在结构上由逻辑功能块排列为阵列，并由可编程的内部连线连接这些功能块，来实现一定的逻辑功能。

可编程逻辑器件的设计过程是利用EDA开发软件和编程工具对器件进行开发的过程。

由于EDA技术拥有系统的模拟和仿真功能，可读性、可重复性、可测性非常好，所以利用EDA开发FPGA是目前比较流行的方式。

当然，有时根据需要，也会应用MAX+plus开发集成环境进行设计【2】。

正因为FPGA在设计过程中方便、快捷，而且FPGA技术功能强大，能够应用其制作诸如基代码发生器、数字频率计、电子琴、电梯控制器、自动售货机控制系统、多功能波形发生器、步进电机定位控制系统等。

二.2NE555时基电路设计方案

555定时