基于AVR技术的智能家居管理系统，包含原理图、电路结构

光敏电阻主要参数：

a）暗电阻 在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流。

b）亮电阻 光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流。

c）光电流 亮电流与暗电流之差称为光电流。

2.2.2 光敏电阻的基本特性

a）伏安特性在一定照度下，流过光敏电阻的电流与光敏电阻两端的电压的关系称为光敏电阻的伏安特性。

b）光照特性 光敏电阻的光照特性是描述光电流I和光照强度之间的关系，不同材料的光照特性是不同的，绝大多数光敏电阻光照特性是非线性的。图3.1.5为硫化镉光敏电阻的光照特性。

c）光谱特性 光敏电阻对入射光的光谱具有选择作用，即光敏电阻对不同波长的入射光有不同的灵敏度。光敏电阻的相对光敏灵敏度与入社波长的关系称为光敏电阻的光谱特性，亦称为光谱响应。对于不同波长，光敏电阻的灵敏度是不同的，而且不同材料的光敏电阻光谱响应曲线也不同。

通过对光敏电阻、光电池、光电二极管、光电三极管等光电传感器的各种性能进行比较，以及通过分析光敏电阻的工作原理、基本特性，发现光敏电阻的光谱响应峰值比较接近人的视觉敏感区555nm波长；以及当光照强度减弱时，它的响应时间相对增加，这对光敏电阻在光照强度变化进行检测时输出状态保持相对稳定十分重要，为避免光敏电阻受光面笑的光敏电阻件应在教室周围进行合理地分布，用于探测自然光的有无及强弱（可根据需要进行调整）。

2.2.3 光照监测接口电路

光敏电阻与电阻R构成反向比例放大电路。由于光敏电阻是敏感性元件，对光照强度、距离等有一定的敏感性，以及电源的噪声等引起的各种干扰都会随设备进入到单片机控制系统中，系统的干扰影响了需要采集的真实信号，给光敏电阻的前端供电加上稳压管，以避免电源的噪声的影响获取更接近真实的信号，单片机的模拟信号输入端GM口。当光敏电阻的阻值发生变化时，GM端上的应发生变化，该信号被单片机的模拟通道GM采集，采集的是光敏电阻上的暗时，光敏电阻上的电压值接近5V，光强时，大约0V，模数转换为数字量后0~255。

图3.1.6中可知: I=Vcc（R+Rp），V=R*Vcc*（R+Rp）

（1）当R>>Rp时，V=Vcc。因此光敏电阻电压V近似等于Vcc。此时为恒压偏置。

（2）当R<（3）当R=Rp时，表示负载匹配，探测器输出功率最大。此时的工作状态为恒功率偏置

2.3 温度传感器

本系统采用数字温湿度传感器DHT11。此传感器包括一个电阻式测湿元件和一个NTC测温元件。单线制串行输出接口，单总线结构输出有效地节省用户控制器的I/O口资源。40bit二进制数据输出，其中湿度整数部分占1Byte，小数部分1Byte，温度整数部分1Byte，小数部分1Byte。湿度为高16位。最后1Byte为校验和。具体如表3.2所示：

表3.2 温湿度传感器DHT11输出特性

计算方法为：

Humi（湿度）=bite 4.bite 3

Temp（温度）=bite 2. bite 1

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

DHT11的外形以及引脚排列如图3.1.7所示：

图3.1.7 DHT11外形引脚

DHT11的供电电压为3.5~5.5V。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态在此期间不要发送任何指令。电源引脚之间可增加一个瓷片电容用以去耦滤波。

DHT11与单片机的连接如图3.1.8所示：

图3.1.8 DHT11与单片机的连接图

2.4 液晶显示器

本系统采用LCD1602作为显示器显示输出信息。与传统的LED数码管相比，液晶显示器模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常见的显示器件了。LCD1602可以显示2行16个汉字。

2.4.1 LCD1602的引脚功能

LCD1602模块的引脚图如图3.1.9所示，其引脚功能如表：

（二）、控制子系统模块

1）模块概要

控制子系统模块由RS-232串口通信、遥控器、键盘组成，实现PC机在线控制以及红外遥控器和按钮的实时控制。该子系统既可以通过PC机上位机上安装与系统连接的控件，实现可以在使用一根线发送数据的同时用另一根接收数据，从而实现很简单的远程通信，该系统也可以通过遥控器发送红外数据，通过红外解码，实现对家电的实时控制，又可以通过按钮对家用电器实行控制。整体硬件框图如图3.2—1所示：

图3.2—1 控制子系统模块

2）单元模块介绍

2.1 RS-232串口通信

RS-232的RS的英文意思就是Recommended standard的缩写，意为推荐标准。C表示为此协议为第三版（1962年的版本）。PD0和PD1是ATmega16的两根全双工串行通信传输线，其中RXD为输入线、TXD为输出线。从理论上讲，它是可以实现全双工工作的，但CPU是不可能同时执行“接收”和“发送”两种指令的，因此该“全双工”的定义只是对串行接口有独立的接受通道和发送通道而言。RS-232与单片机的连接图如图3.2.2所示：

串口通信的概念就是串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根接收数据。它很简单实现远距离通信。比如IEEE488定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米。并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达15米。典型地，串口用于ASCLL码字符的传输。通信使用3根线完成：（1）地线（2）发送（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配：

a 波特率:这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率。例如如果协议需要4800波特率，那么时钟是4800Hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。通常电话线的波特率为14400,28800和36600.波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是GPIB设备的通信。

b 数据位：这是衡量通信中时机数据位的参数。当计算机发送一个信息包，时机的数据不会是8位的，表示的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。例如，标准的ASCLL码是0~127（8位）。如果数据使用简单的文本（标准ASCLL码），那么每个数据包使用7位数据。每个包指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶检验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。

c 停止位：用于表示单个包的最后一位。典型的值为1,1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。

d 奇偶校验位：在串口通信中一种简单的检错方式。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有检验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置检验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇哥逻辑高位。例如，如果数据时011，那么对于偶校验，校验位是0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位为1，这样就有3个逻辑高位。高位和低位不真正的见车数据，简单置位逻辑高或者逻辑低校验。这样使得接收设备能够知道一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。

2.2 红外遥控器

红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。其实现原理，是在遥控器的内部芯片中存放了对应电器可以解析的编码，从而在使用中，可以和电器进行互相通信，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，成本地，易实现等显著优点。

红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接受二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。

2.2.1 发射电路

发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制定的指令编码信号。

图3.2.3 红外遥控发射原理框图

遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类，这里我们以运用比较广泛，解码比较容易的一类来加以说明，现以日本NEC的uPD6121G组成发射电路为例说明编码原理。当发射器按键按下后，即有遥控码发出，所按的键不同遥控编码也不同。这种遥控码具有以下特征：

采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”，其波形如图3.2.4所示。