基于单片机远程控制系统的设计与实现电气自动化专业.docx

基于单片机远程控制系统的设计与实现 摘 要 本设计基于单片机和无线通信技术，利用手机APP实现远程设备的控制，系统包括手机APP端、无线通信模块。无线通信模块由单片机控制器、按键和无线发射器、显示器组成，其功能是通过接受来自手机APP不同的指令来实现不同设备的控制。手机APP通过WiFi或GPRS信号发送指令，具有较好的人机交互界面，可实现多机交互。系统的控制距离较远，应用方便，可用于对家庭电器远程控制，还可以对某些高危操作下的远程控制，以及户外远距离通信。 本设计描述了系统的主要部件组成及功能特性、系统的模块组成及系统的工作原理，控制程序及设计调试与操作。 关键词：51单片机；ESP8266无线设置；C语言；远程控制；手机APP Abstract This design is based on single-chip computer and wireless communication technology, using mobile phone APP to achieve remote device control, the system includes mobile phone APP, wireless communication module. The wireless communication module is composed of a single-chip controller, buttons, a wireless transmitter, and a display. Its function is to realize the control of different devices by receiving different instructions from the mobile phone APP. The mobile phone APP sends commands through WiFi or GPRS signals, and has a good human-computer interaction interface, which can realize multi-machine interaction. The control distance of the system is relatively long and the application is convenient. It can be used for remote control of home appliances, remote control under certain high-risk operations, and outdoor long-distance communication. This design describes the main components of the system and the functional characteristics of the system, the system components and the working principle of the system, control procedures and design debugging and operation. Keywords:51 SCM ;Remote Control; ESP8266 wireless settings; C language; Mobile APP 目 录 1.课题研究意义 1 1.1课题研究背景 ..1 1.2课题研究的意义 1 1.3本文的研究内容 1 2.主要部件概述 2 2.1 STC89c51单片机 2 2.1.1 STC89C51简介 2 2.1.2主要功能特性 2 2.1.3引脚结构图 3 2.2 1602液晶显示器 …………………3 2.2.1 液晶显示原理 4 2.2.2液晶显示器的分类 4 2.2.3液晶显示器的优点 5 2.3 ESP8266概述 5 2.3.1 Esp8266简介 5 2.3.2 ESP8266特点 5 2.3.4 ESP8266的应用 5 2.4供电方式 6 2.5 DHT11温度采集模块 6 2.6手机安卓APP 7 3.设计原理 7 3.1总设计原理 7 3.2 ESP8266无线通信设置 8 3.3 DC电源 9 3.4自锁开关 10 3.5 按键 10 3.6模块化设计 11 3.6.1用户人机交互界面 11 3.6.2红外遥控通信，无线通信 11 3.6.3解析无线数据信号，客户端和服务端的交互 12 3.6.4 多机和界面操作 12 4 设计调试与操作 13 4.1设计调试 13 4.1.1 硬件调试 13 4.1.2 软件调试 13 4.1.3整机调试 14 4.2 案例设计操作过程 14 5.设计总结 15 参 考 文 献 17 附 录 18 谢 辞 28 36 1.课题研究意义 1.1课题研究背景 这是一个智能化蓬勃发展的时代，科学技术是第一生产力，科技的力量是人们的生活质量改善的决定因素。高效率，节省时间，操作方便不仅是我们这个时代的主题，更是科学发展所追求的方向。随着科技高速发展，我们对于智能化生活的追求也随之增长。电子计算机的出现极大地丰富了这个世界的物质性和精神性，同时也大大的简化了世界。当然MCU系统也随之出现，并大量应用在生产生活之中，利用MCU控制，操作一些事务，劳动时间相对减少，劳动效率和精度随之提高。MCU的出现极大的改变了我们生产与生活方式。人们的生活与网络和智能越来越紧密联系在一起。物联网大量的应用在各行各业之中，在智能时尚、智能工农业、智能交通运输、智能物流、智能教育教学、智能家居等方面都有着非凡意义。而WiFi无线网络技术的应用，可以实现手机端对WiFi模块设备的控制，而且，可以通过手机和电脑对智能设备远程控制，多种多样的设备控制方式，操作相对简单。应用软件采用安卓系统编程，数据信息可视化程度高，应用软件人机交互良好，改善人机对话技术，可实现多机和界面直接操作，操作方便简单。同时，远程控制技术也在现代生活生产中发挥着无可比拟的作用。大到航空航天，武器设备，小到电器家具，教学设备，都有着远程控制的身影。 1.2课题研究的意义 随着现代科学技术的快速发展，电子科技智能化和生活水平不断进步提高。人们对于生活质量和科技服务的要求与向往也日益提高，不仅在功能上，人们更多开始追求服务，安全，人性化等方面，而科技也在一步步满足人们的各式各样的需求。 当我们出门在外，或者各种情况下不方便对被操作对象进行处理时，我们就会需要远程控制，比如出门在外监控家中情况，回家路上提前打开空调、照明；大棚温度采集并加热或者制冷，等等，都会需要运用远程控制技术。远程控制的优点主要在于不受时间和空间地点的约束，从而避免浪费必要资源。 1.3本文的研究内容 本设计是基于单片机的一套远程控制系统，它可以通过手机实现对温度进行采集显示并加以操作加热或制冷。因为手机几乎是现代人生活中不可缺少的电子产品，不像遥控一样专物专用。手机又有连接WIFI网络的功能，穿透能力比蓝牙要好，性能比红外稳定，又不必考虑直线传播。手机通过安装APP文件作为上位机控制软件，登陆服务器账号，连接主机（由STC89C51芯片组成）控制的ESP8266WIFI模块对其发送指令，进行连接。单片机接收到信号控制操作进行加热或者制冷。系统的主要设计框图如图1-1所示： DHT11温度采集 Esp8266无线模块 STC89C51单片机 手机APP模块 LCD1602液晶显示模块 USB充电模块 图1-1 设计框图 2.主要部件概述 2.1 STC89c51单片机 单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术将中央处理器CPU、只读存储器ROM、随机存储器RAM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块硅片上构成的单个微型计算机系统，广泛应用于工业控制领域。 8051单片机一般是对和MCS-51兼容的单片机的统称，题设要求使用8051开发平台，而在本设计中，采用8051系列中的STC89C51这一具体型号的单片机为开发平台，8951在我国单片机的教育教学，产品设计中使用更为普遍。 2.1.1 STC89C51简介 STC89C51单片机是采用8051核的ISP在线可编程芯片。兼容MCS-51指令集和80C51的引脚结构、支持在线编程功能、串口编程、集成Flash存储芯片和通用8位中央处理器，是高速度/低功耗的新一代8051单片机。 2.1.2主要功能特性 STC89C51的主要功能特性是：低成本，高性能；原有程序直接使用,硬件无需改动。如表2-1所示： 主要功能特性 兼容MCS51指令系统 4K可反复擦写Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 2个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 表2-1 主要功能特性 2.1.3引脚结构图 STC引脚结构图如图2-2所示： 图2-2引脚结构图 2.2 1602液晶显示器 在日常生活中，液晶显示器对于我们来说极为熟悉。液晶显示模块在智能手表、万年历、计算器，手机等电子设备中都发挥极其重要的作用，主要显示数字、专用符号和图形。在单片机的人机交互界面中，一般通过发光管、LED数码管、液晶显示器等方式对外输出。如图2-3所示： 图2-3 1602液晶显示屏 2.2.1 液晶显示原理 液晶显示屏的显示原理是利用它的物理特性，通过电压控制其显示区域，对其通电，从而显示出图形。液晶原理如2-2所示： 其引脚简介：液晶1接GND,液晶2接VCC；3脚是液晶的灰度调整，通常3脚与GND(地)之间的之间的电阻数值为200Ω~1.5kΩ，3脚和电源之间的阻值大约为10kΩ。液晶的4~14与单片机的I/O口相接。15脚(A)和16脚(K)分别是为背光的电源和地。液晶显示原理如图2-2所示： 图2-2 液晶原理 2.2.2液晶显示器的分类 液晶显示器主要按照显示方式、显示器色彩度、驱动方式进行分类。 如表2-3所示： 显示方式 显示器色彩度 驱动方式 段式 字符式 点阵式 黑白 多灰度 彩度 静态驱动 单纯矩阵驱动 主动矩阵驱动 表2-3 液晶显示器的分类 2.2.3液晶显示器的优点 当液晶显示器作为对外显示器件应用在单片机系统中时，有下列优点：体积小，重量轻，功耗低；画质高且不会闪烁；数字式接口，简单可靠。 2.3 ESP8266概述 2.3.1 Esp8266简介 ESP8266是一款高性能，低功耗的WiFi 模块，是专为物联网应用和移动设备而设计，可将用户的设备连接到Wi-Fi网络上，实现联网功能。ESP8266如图2-4所示： 图2-4 ESP8266 2.3.2 ESP8266特点 （1）32 位 Tensilica 处理器：ESP8266EX 内置超低功耗Tensilica L106 32位RISC 处理器CPU时钟速度最高可达160 MHz，支持实时操作系统 (RTOS)和Wi-Fi协议栈，可将高达 80% 的处理能力留给应用编程和开发。 （2）低功耗：ESP8266作为专门为可穿戴电子产品、移动设备和物联网应用而设计的产品，拥有多项专有技术，从而实现了超低功耗