基于51單片機(jī)的智能窗戶設(shè)計(jì)【摘 要】 隨著電子技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，智能窗已經(jīng)越來越多地被用到了現(xiàn)代智能化建筑中，提供住戶一個安全、方便的環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在未來的幾年內(nèi)，安裝智能窗的用戶將不斷增加。本次設(shè)計(jì)的智能窗戶系統(tǒng)能通過其數(shù)據(jù)檢測傳感電路不斷循環(huán)檢測室外濕度及溫度，當(dāng)室外濕度達(dá)到一定時（下雨時）窗戶自動關(guān)閉，防止潮濕空氣或雨水進(jìn)入房間；另外可設(shè)置自動關(guān)閉窗戶或開啟窗戶時間，到了設(shè)定時間會自動關(guān)閉或開啟窗戶；可設(shè)置是否自動根據(jù)濕度變化自動開啟關(guān)閉窗戶或者根據(jù)設(shè)置時間自動開啟或者關(guān)閉窗戶。【關(guān)鍵詞】智能窗戶； 單片機(jī)； 溫度檢測；濕度檢測；【Abstract】 With the development of electronic technology and the continuous improvement of peoples living standard, the intelligent window has been increasingly used in modern intelligent building, to provide a safe, convenient resident environment. According to statistics, in the next few years, the installation of smart windows users will continue to increase. The design of intelligent window system through the data detecting sensing circuit continuous detection of circulating outside humidity and temperature, when the outside humidity reaches a certain time ( when it rains ) close the window automatically, prevent the moist air or water into the room; also can be set to automatically close the windows or window opening time, to set the time automatically open or close the window; you can set whether to automatically according to the changes of temperature and humidity automatically open and close the windows or according to the set time automatically open or close the window; when the window outside the person near infrared alarm to be generated when the anti-theft function. Also can control the keyboard, directly control window switch, select the display parameter types.【Key words】 intelligent window single chip microcomputer temperature detection humidity detection 目錄第1章 緒論21.1 智能窗戶綜述21.2 智能窗戶研究現(xiàn)狀2第2章 設(shè)計(jì)的目標(biāo)任務(wù)42.1 本文主要工作設(shè)計(jì)42.2論文的要求與數(shù)據(jù)4第3章設(shè)計(jì)方案論證53.1 溫濕度檢測方案53.2 窗戶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案63.3 限位開關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案7第4章 硬件電路設(shè)計(jì)84.1 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)84.2溫濕度檢測電路設(shè)計(jì)84.3電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)114.4 顯示電路設(shè)計(jì)114.5時鐘電路設(shè)計(jì)124.6 光電開關(guān)電路設(shè)計(jì)134.7按鍵電路的設(shè)計(jì)14第5章 軟件設(shè)計(jì)145.1 主程序流程圖145.2 各部分子程序15第6章 系統(tǒng)組裝與調(diào)試196.1 基本電路板檢查196.2 主控模塊調(diào)試196.3 軟件調(diào)試196.4數(shù)據(jù)整理19結(jié)束語和致謝語21參考文獻(xiàn)22附（一）：原理圖23附（二）：PCB板24附（三）：程序25第1章 緒論1.1 智能窗戶綜述智能窗戶一般是指安裝了先進(jìn)的防盜、防劫、防雨系統(tǒng)技術(shù)的門窗。 起初智能窗戶在一些公共場所、高檔商品房、商場中運(yùn)用廣泛，但隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對安全、舒適、健康的生活需求變得日益迫切。而近年來，智能家居概念已經(jīng)逐漸深入到國民的生活之中，且不斷地影響著人們的思維。因此，眾多有能力的小區(qū)、別墅用戶已經(jīng)開始安裝使用智能家居系統(tǒng)，并嘗試智能化為家居生活帶來的安全、舒適和便利。智能窗戶提供住戶一個安全、方便的環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在未來的幾年內(nèi)，安裝智能窗的用戶將不斷增加。全自動智能窗戶要求遇刮風(fēng)或飄雨，窗戶會自動關(guān)閉；窗戶就自動打開；高高在上的天窗，也乖乖聽從指揮開啟閉合，免去攀高之累。最新科技的智能窗戶控制系統(tǒng)它由智能主控器、門窗控制器、門窗驅(qū)動器等組成，是智能居家的理想選擇。要求具備以下功能：安全 在工作日，上下班時間基本都是固定的。你可以設(shè)定窗戶開關(guān)的時間，上班時窗戶自動關(guān)閉下班時自動打開，方便安全。自動防風(fēng)防雨 居家過日子，忘記關(guān)窗是常有的事，每逢刮風(fēng)下雨身在外邊便叫苦不已?，F(xiàn)在，這款產(chǎn)品可以消除您的這個顧慮了,它外側(cè)裝有濕度傳感器，當(dāng)空氣里的濕度達(dá)到80%時濕度傳感器上就會有感應(yīng)，窗戶立即自行關(guān)閉，令您從此大膽出門無憂無慮。 節(jié)約能源當(dāng)室外的溫度超過30時能關(guān)閉窗戶并把空調(diào)打開，保持室內(nèi)室溫適宜。當(dāng)室外溫度下降到20時，窗戶自動打開并把空調(diào)關(guān)閉，保持室內(nèi)空氣清新，當(dāng)然這一動作是以外界沒有下雨為前提的。人性化增加手動開窗、關(guān)窗功能，是產(chǎn)品更人性化。1.2 智能窗戶研究現(xiàn)狀由于我國房地產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展，也帶動了我國門窗幕墻行業(yè)的迅速發(fā)展，一般來說，一個建筑物按面積推算，有10%是窗，15%是門，全國每年新建為20億平方米，門窗的需求量為5億多平方米。如再考慮到原有城鄉(xiāng)建筑的窗戶改制，每年窗戶的安裝量至少達(dá)到10億平方米。以每平方米窗戶50元計(jì)算，全國窗戶消費(fèi)需求空間為500億元，并且還有不斷擴(kuò)大的趨勢。如下圖所示： 圖1.1 2006年2009年我國窗戶需求量門窗是家庭智能化安全防范系統(tǒng)的一個重要組成部分，是一種智能化的控制系統(tǒng)，它由現(xiàn)代微型機(jī)、先進(jìn)傳感器（溫度傳感器、濕度傳感器等）、等一系列機(jī)械傳動裝置組成，是具有智能化、人性化、網(wǎng)絡(luò)化的高科技產(chǎn)品?？梢詫Υ皯暨M(jìn)行隨心所欲的控制和安全措施，它具有時尚、方便、安全等特點(diǎn)，使人們的家居環(huán)境得到較大的改善。再者通過我們的調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前整個市場上存在許多不足之處。當(dāng)前智能窗戶的功能還不是很完善，雖然市場上有下雨時能自動關(guān)窗的裝置，但在雨過天晴后并不能適時自動開窗。這就會讓主人在下班回家后覺得屋內(nèi)空氣不流通、不清新等。因此，我以這次畢業(yè)設(shè)計(jì)為契機(jī)，改進(jìn)了部分功能實(shí)現(xiàn)的方法，并增加了適時開窗的新功能，還把窗戶和空調(diào)相結(jié)合。力求整個裝置高效、簡潔、易實(shí)現(xiàn)并突出節(jié)能環(huán)保的理念。窗戶之所以能自動開閉，關(guān)鍵是長條形裝置內(nèi)的一些元件、溫濕度傳感器組成了一套智能控制系統(tǒng)，發(fā)揮著自動控制功能?！叭藗冊绯砍鲩T上班時還是晴空萬里，所以沒有關(guān)窗，下午突然下雨了，窗戶會自動關(guān)閉，不用擔(dān)心家中淋雨?！背俗詣娱_閉窗戶外，還可以通過遙控器來控制智能窗戶的開閉大小，不用走到窗前去關(guān)窗。智能窗戶的應(yīng)用越來越受廣大人民的歡迎，在許多大城市中，很多小區(qū)都實(shí)現(xiàn)智能化管理，其中智能窗戶的應(yīng)用相當(dāng)?shù)闹匾徊糠?。所以我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)選了這個我比較感興趣也很有現(xiàn)實(shí)意義的題目。第2章 設(shè)計(jì)的目標(biāo)任務(wù)2.1 本文主要工作設(shè)計(jì)2.1.1本設(shè)計(jì)的總體介紹(1) 智能窗戶:基于單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)出溫濕度檢測電路、電機(jī)驅(qū)動電路、時鐘電路、單片機(jī)、晶振和復(fù)位電路和控制電路等。（2)設(shè)計(jì)智能窗戶的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)。2.1.2設(shè)計(jì)的具體任務(wù)對智能窗戶的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，相應(yīng)的硬件電路和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，并做出控制系統(tǒng)，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的目的：溫度升高到超過預(yù)設(shè)值時，電機(jī)轉(zhuǎn)動關(guān)閉窗戶并把空調(diào)打開；若下雨窗外的濕度傳感器會感應(yīng)到并把窗戶關(guān)閉；通過按鍵可以設(shè)置自動開啟窗戶時間及自動關(guān)閉窗戶時間，到設(shè)定時間會自動關(guān)閉或開啟窗戶；可以設(shè)置根據(jù)溫濕度控制窗戶開關(guān)及根據(jù)時間開啟、關(guān)閉窗戶功能。2.2論文的要求與數(shù)據(jù)（1)完成該課題必須重點(diǎn)研究單片機(jī)控制、溫濕度采集、晶振和復(fù)位電路等關(guān)鍵問題和理論。（2)研究方案的設(shè)計(jì)、研究方法和手段要合理，符合理論與實(shí)踐的要求。第3章 設(shè)計(jì)方案論證智能窗戶的模型如下圖3.1，傳動機(jī)構(gòu)由皮帶、電機(jī)和定滑輪組成。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時，可移動窗扇向右移動至限位開關(guān)處電機(jī)停止。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時，可移動窗戶向左移動至限位開關(guān)處電機(jī)停止。圖3.1 智能窗戶的模型整個智能窗戶控制系統(tǒng)包括微處理器、溫濕度檢測電路、報(bào)警電路、 電機(jī)驅(qū)動電路等模塊組成。整個系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。STC89C52溫濕度傳感器器電機(jī)驅(qū)動電路按鍵LCD顯示電路時鐘顯示電路光電傳感器圖3.2 系統(tǒng)框圖3.1 溫濕度檢測方案方案一：溫度檢測采用熱電阻溫度傳感器。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測溫元件；現(xiàn)應(yīng)用較多的有鉑、銅、鎳等熱電阻；其主要的特點(diǎn)為精度高、測量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測量。濕度檢測使用濕敏電阻。方案二：我們采用數(shù)字溫濕度傳感器DHT11。DHT11 數(shù)字溫濕度 傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信 號輸出的溫濕度復(fù)合傳器 。 它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù) ，確保產(chǎn)品具有極 高可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測元件，并與一個高性能 8 位單片機(jī)相 連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個DHT11 傳感器都在極為精確的度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品 為 4 針單排引腳裝，連接方便。綜合來看DHT11集溫濕度檢測于一體，反應(yīng)快，單片機(jī)數(shù)字讀取數(shù)劇，利于數(shù)據(jù)采集，而起體積小，利于本次設(shè)計(jì)，所以選用第二種方案。3.2 窗戶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案窗戶的開關(guān)主要通過直流電機(jī)控制。方案一：直流電機(jī)驅(qū)動電路使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種驅(qū)動電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動。它的基本原理圖如圖2.1所示。 圖3.3 H橋電機(jī)驅(qū)動電路全橋式驅(qū)動電路的4只開關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)，S1、S2為一組，S3、S4 為另一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則 另一組必須關(guān)斷。當(dāng)S1、S2導(dǎo)通時，S3、 S4關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí) 現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動；當(dāng)S3、S4導(dǎo) 通時，S1、S2關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動。在窗戶動作的過程中，我們要不斷地使電機(jī)在四個象限之間切換，即在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就是在S1、S2導(dǎo)通且S3、Q4關(guān)斷，到S1、S2關(guān)斷且S3、 S4導(dǎo)通，這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在這種 情況下，理論上要求兩組控制信號完全互補(bǔ)，但是，由于實(shí)際的開關(guān)器件都存在開通和關(guān)斷時間，絕對的互補(bǔ)控制邏輯必然導(dǎo)致上下橋臂直通短路，比如在上橋臂關(guān)斷的過程中，下橋臂導(dǎo)通了。這個過程可用圖2.2說明。圖3.4 窗戶橋臂導(dǎo)通示意圖因此，為了避免直通短路且保證各個開關(guān)管動作之間的協(xié)同性和同步性，兩組控制信號在理論上要 求互為倒相的邏輯關(guān)系，而實(shí)際上卻必須相差一個足夠的死區(qū)時間，這個矯正過程既可以通過硬件實(shí)現(xiàn)，即在上下橋臂的兩組控制信號之間增加延時，也可以通過軟件實(shí)現(xiàn)。方案二：通過L6203集成塊控制直流電機(jī)。L6203是專用驅(qū)動集成電路，屬于 H橋集成電路，其輸出電流為2A，最高電流4A，最高工作電壓50V，可以驅(qū)動感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，電磁閥等，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動直流電機(jī)時，可以直接控制步進(jìn)電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。利用單片機(jī)輸入PWM波形控制使能端很容易改變直流電機(jī)速度，調(diào)速及控制方向容易，電路設(shè)計(jì)簡單。綜合來看L6203具有強(qiáng)驅(qū)動能力，體積小，電路設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)，故選用方案二。3.3 限位開關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案限位開關(guān)就是用以限定機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動極限位置的電氣開關(guān)。這種開關(guān)有接觸式的和非接觸式的。方案一：接觸式的比較直觀，機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動部件上，安裝上行程開關(guān)，和其相對運(yùn)動的固定點(diǎn)上安裝極限位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當(dāng)行程開關(guān)的機(jī)械觸頭碰上擋塊時，切斷了（或改變了）控制電路，機(jī)械就停止運(yùn)行或改變運(yùn)行。由于機(jī)械的慣性運(yùn)動，這種行程開關(guān)有一定的“超行程”以保護(hù)開關(guān)不受損壞。方案二：非接觸式的形式很多，常見的有干簧管、光電式、感應(yīng)式等，這幾種形式在電梯中都能夠見到。我這里選擇光電式，光電傳感器(ST178)是利用被檢測物體對紅外光束的遮光或反射，由同步回路選通而檢測物體的有無，其物體不限于金屬，對所有能反射光線的物體均可檢測。綜合來看光電式傳感器具有體積小，設(shè)計(jì)簡單，而且檢測的第4章 硬件電路設(shè)計(jì)4.1 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)主要有震蕩電路、復(fù)位電路、單片機(jī)和電源構(gòu)成。其中震蕩電路使用11.0592MHz的晶振配合兩個22p的諧振電容構(gòu)成，為單片機(jī)提供必要的系統(tǒng)時鐘。復(fù)位電路即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，也可實(shí)現(xiàn)人工手動復(fù)位。當(dāng)剛開始打開電源時，電容C1相當(dāng)于短路，單片機(jī)RST腳短時間內(nèi)處于高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位；同樣，當(dāng)SW鍵按下時，RST腳同樣為高電平，可以使單片機(jī)正常復(fù)位。以上三部分電路構(gòu)成了一個最小的單片機(jī)系統(tǒng)。圖4.1 最小系統(tǒng)電路4.2溫濕度檢測電路設(shè)計(jì)4.2.1數(shù)字溫濕度傳感器DHT11簡介DHT11 數(shù)字溫濕度 傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信 號輸出的溫濕度復(fù)合傳器 。 它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù) ，確保產(chǎn)品具有極高可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電 阻 式 感 濕元件和一 個 NTC 測元件，并與一個 高性能 8 位單片機(jī)相 連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個 DHT11 傳感器都在極為精確的度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。 單線制串行接口，使系統(tǒng) 集變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗， 信號傳輸距離可達(dá) 20 米以上， 使成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品 為 4 針單排引腳裝。 連接方便。4.2.2 DHT11工作原理由于采用DHT數(shù)字溫濕度傳感器，電路不用考慮A/D轉(zhuǎn)換，只需設(shè)計(jì)指定P1.4與數(shù)字傳感器相連，電路原理圖如圖4.3。圖4.2 DHT11與單片機(jī)的連接DHT11溫濕度傳感器性能說明：表4.1 DHT11溫濕度傳感器性能DHT11的數(shù)據(jù)讀?。?DATA 用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零。操作流程如下：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit,高位先出。 數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit校驗(yàn)和。數(shù)據(jù)傳送正確時校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bi溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)所得結(jié)果的末8位。 用戶MCU發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下，DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號，DHT11不會主動進(jìn)行溫濕度采集，采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。 總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待DHT11響應(yīng)，主機(jī)把總線拉低必須大于18毫秒，保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機(jī)的開始信號后，等待主機(jī)開始信號結(jié)束,然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號。主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后，延時等待20-40us后，讀取DHT11的響應(yīng)信號,主機(jī)發(fā)送開始信號后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。圖4.3 總信號表示方法總線為低電平，說明DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號后，再把總線拉高80us，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一bit數(shù)據(jù)都以50us低電平時隙開始，高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1。格式見下面圖示。如果讀取響應(yīng)信號為高電平，則DHT11沒有響應(yīng)，請檢查線路是否連接正常。當(dāng)最后一bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50us，隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。圖4.4 數(shù)字0信號表示方法 圖4.5 數(shù)字1信號表示方法4.3電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)L6203是專用驅(qū)動集成電路，屬于 H橋集成電路，其輸出電流為2A，最高電流5A，最高工作電壓48V，最高頻率100KHZ，可以驅(qū)動感性負(fù)載，如大功率直流電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，電磁閥等，特別是其輸入端可以與單片機(jī)直接相聯(lián)，從而很方便地受單片機(jī)控制。當(dāng)驅(qū)動直流電機(jī)時，可以直接控制步進(jìn)電機(jī)，并可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。為了避免電機(jī)對單片機(jī)的干擾，可對模塊加入光耦，進(jìn)行光電隔離，從而使系統(tǒng)能穩(wěn)定可靠的工作。圖4.6 L6203的管腳圖圖4.7 L6203的內(nèi)部框圖圖4.8 電機(jī)驅(qū)動的原理圖4.4 顯示電路設(shè)計(jì)顯示部分采用LCD12864作為顯示器件。LCD12864采用標(biāo)準(zhǔn)的20腳（有背光帶字庫），各引腳接口說明如表4-1所示。表4-1 LCD12864引腳說明128X64HZ 引腳說明引腳號引腳名稱方向功能說明1VSS-模塊的電源地2VDD-模塊的電源正端3V0-LCD驅(qū)動電壓輸入端4RS(CS)H/L并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選信號5R/W(SID)H/L并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口6E(CLK)H/L并行的使能信號；串行的同步時鐘714DB0DB7H/L數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)715PSBH/L并/串行接口選擇：H-并行；L-串行16NC空腳17/RETH/L復(fù)位 低電平有效18NC空腳19LED_A（LED+5V）背光源正極20LED_K（LED-OV）背光源負(fù)極邏輯工作電壓(VDD)：4.55.5V電源地(GND)：0V工作溫度(Ta)：-10 60(常溫) / -2070（寬溫）其中，VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。LCD12864與單片機(jī)的連接如圖3.11所示，其中，RT1電位器用來調(diào)節(jié)LCD的對比度，該對比度必須在LCD正常工作的時候調(diào)節(jié)到一個合適值。圖4.9 LCD12864電路原理圖4.5時鐘電路設(shè)計(jì)時鐘電路是利用單片機(jī)STC89C52控制串行實(shí)時時鐘芯片DS1302構(gòu)成的，實(shí)現(xiàn)計(jì)時的功能。時鐘芯片DS1302帶有后備電池，具備對后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力，保證電路斷電后仍保存時間和數(shù)據(jù)信息，這些優(yōu)點(diǎn)解決了目前常用實(shí)時時鐘計(jì)時不可靠等缺點(diǎn)。時鐘芯片DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含一個實(shí)時時鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信。實(shí)時時鐘/日歷電路提供秒、分、時、日、星期、月、年的信息，每個月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM標(biāo)志位決定采用24或12小時時間格式。DS1302與單片機(jī)之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需三根I/O線：復(fù)位（RST）、I/O數(shù)據(jù)線、串行時鐘（SCLK）。時鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá)31字節(jié)的字符組方式通信。DS1302工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時，功耗小于1mW。 圖4.10 DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖4.11 時鐘電路4.6 光電開關(guān)電路設(shè)計(jì) 光電開關(guān)電路是利用光電反射傳感器ST178來控制的。當(dāng)檢測到黑色帶時，輸出低電平電機(jī)轉(zhuǎn)動即窗戶運(yùn)動，當(dāng)檢測到白色帶時，輸出高電平電機(jī)停止轉(zhuǎn)動即窗戶停止運(yùn)動。4.6.1、ST178的底視圖和內(nèi)部電路如下圖：圖4.12 ST178的底視圖和內(nèi)部電路4.6.2、ST178的特點(diǎn)1采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。 2檢測距離可調(diào)整范圍大，4-10mm可用。3采用非接觸檢測方式。4.7按鍵電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的按鍵主要是用來設(shè)定開關(guān)窗的時間和是否要根據(jù)溫濕度情況和設(shè)定時間的情況來開關(guān)窗。圖4.13按鍵電路的原理圖第5章 軟件設(shè)計(jì)5.1 主程序流程圖本系統(tǒng)的MCU使用了ATMEL公司的低功耗單片機(jī)STC89C52。主程序中僅完成了系統(tǒng)的初始化和開始的顯示部分，然后就進(jìn)入待機(jī)模式。其他功能模塊都在中斷服務(wù)子程序中完成。當(dāng)產(chǎn)生中斷時，MCU被喚醒并執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，從中斷子程序返回后，系統(tǒng)又進(jìn)入到待機(jī)模式，并關(guān)閉顯示設(shè)備，節(jié)省電量。整個程序的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)在絕大多數(shù)時間都處于最低功耗狀態(tài)。整個程序用全部用C 語言編寫，使用模塊化的設(shè)計(jì)方法，把各個模塊相關(guān)的程序放在一個文件中，便于分塊調(diào)試和管理，縮短了調(diào)試周期，增加了程序的可移植性和可剪裁性。在主程序中，首先關(guān)閉了看門狗和總中斷，避免了在初始化過程中看門狗或其他中斷導(dǎo)致單片機(jī)復(fù)位，使初始化無法完成。初始化過程分模塊進(jìn)行，增加了程序的可讀性，而已便于分塊調(diào)試，縮短了調(diào)試周期。整個系統(tǒng)軟件需要對溫度傳感器DHT11、報(bào)警器、窗戶控制系統(tǒng)進(jìn)行管理。溫度傳感器DHT11為數(shù)字式溫度傳感器，直接與單片機(jī)的串口連接來讀取溫度。以上所有模塊均在主程序中完成初始化過程，系統(tǒng)流程圖如圖5-1所示。系統(tǒng)初始化中斷初始化溫濕度數(shù)據(jù)讀取有異常？處理N開始結(jié)束圖5.1 主程序流程圖5.2 各部分子程序5.2.1溫濕度檢測程序DHT11子程序是結(jié)合它的用戶使用資料編寫，主要完成的是初始化DHT11，從DHT11中讀出一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，向DHT11中寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，配置DHT11包括警報(bào)溫度的上限和下限、溫度轉(zhuǎn)換的精度，讀出Scrachpad存儲器中的九個字節(jié)的數(shù)據(jù)，讀出Rom中的64位Code值，對讀出的Scrachpad數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，然后根據(jù)讀出的數(shù)據(jù)得到測量出的十進(jìn)制溫度值。從DHT11中讀出九個字節(jié)數(shù)據(jù)的流程圖如圖5.2所示。初始化ROM指令讀取溫濕度Y儲存溫度N結(jié)束CRC校驗(yàn)圖5.2溫度讀取流程圖 DHT11數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)。為了解決單總線串行傳輸數(shù)據(jù)可能引起的錯誤，DHT11內(nèi)部具有產(chǎn)生CRC校驗(yàn)碼電路，這樣編程時可以通過對讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)碼，并用這個校驗(yàn)碼和獲得的數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)比較，若兩者相同則證明數(shù)據(jù)傳送沒有錯誤，從而驗(yàn)證通信過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，使采集溫度信號的可靠性得到保證。 CRC檢驗(yàn)的求法。M為一個k位長的信息幀。P為n+1位預(yù)先確定的用來生成校驗(yàn)碼的二進(jìn)制序列其最高位和最低位必須為1，DS18B20中使用的序列為：P 1 0011 0001。F為位FCS，即校驗(yàn)碼序列。T為k位被傳輸?shù)膸?。因?yàn)镕是接在M信息幀之后的，因此T=M 2 n (2 n 為2的n次方)中，M 2 相當(dāng)于M左移位，后面添個零。設(shè)M 2 除以P的商和余數(shù)分別是Q和R，則有M 2 =P Q+R即M 2 /P=Q+R/P若設(shè)T=M 2 +R，則T定能被整除。因?yàn)榘茨?的加減運(yùn)算相當(dāng)于異或運(yùn)算，故有T/P=(M 2 +R)/P=(M 2 )/P+R/P =Q+R/P+R/P=Q這樣一來，校驗(yàn)碼序列F就是M 2 除以P的余數(shù)R。通過計(jì)算可以得到 256個用于CRC檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)4。在本設(shè)計(jì)中，為了降低處理器的功耗，選用了查表法來進(jìn)行計(jì)算。其關(guān)鍵代碼如下：for(i=0;icrc_number;i+)checkdata=(checkdata8)crc_datai);CRC_CCITT_L=(unsigned char)(checkdata%256);CRC_CCITT_H=(unsigned char)(checkdata/256);5.2.2 電機(jī)控制系統(tǒng)窗戶控制系統(tǒng)主要包括開關(guān)窗戶的控制。夏天當(dāng)溫度傳感器檢測到室外溫度高于30時，P1.2=1、P1.1低電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)窗戶關(guān)閉到限位點(diǎn)時，電機(jī)停止。溫度傳感器檢測到室外溫度低于25時，P1.2=0、P1.1高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)窗戶開啟到限位點(diǎn)時，電機(jī)停止。電機(jī)反轉(zhuǎn)開窗電機(jī)正轉(zhuǎn)關(guān)窗是是開始溫度30?圖5.3 窗戶控制程序流程圖5.2.3LCD12864顯示程序設(shè)計(jì)LCD顯示程序最主要的部分就在發(fā)送命令和發(fā)送數(shù)據(jù)這兩個基礎(chǔ)程序。通過LCD的數(shù)據(jù)手冊，可知LCD時序圖如下。表5-1 LCD12864基本操作狀態(tài)表1. 讀操作時序根據(jù)LCD12864控制器的數(shù)據(jù)手冊，可以通過流程圖來得知LCD讀取數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)的時序及流程。如圖5.4所示。圖5.4 LCD12864讀操作時序2. 寫操作時序如圖圖5.5 LCD12864寫操作時序LCD寫操作包括寫數(shù)據(jù)和寫命令兩個部分構(gòu)成，當(dāng)RS=0時，為寫命令，當(dāng)RS=1時為寫數(shù)據(jù)。具體程序見附頁。 第6章 系統(tǒng)組裝與調(diào)試6.1 基本電路板檢查根據(jù)前面的研究完成各個電路模塊的原理設(shè)計(jì)并生成PCB圖，制作電路板，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試。（1）檢查印制板的印制線是否有斷路，是否有毛刺，是否與其它線或是焊盤粘連，焊盤是否有脫落，過孔是否有未金屬化現(xiàn)象等等。（2）先用萬用表復(fù)核目測中認(rèn)為可疑的連接或是接點(diǎn)，檢查它們的通短狀態(tài)是否與設(shè)計(jì)規(guī)定相符。再檢查各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象，如有再仔細(xì)檢查出并排除。短路現(xiàn)象一定要在器件安裝及加電前檢查出。（3）路接通電源后，用手摸一下芯片是否發(fā)熱，如果發(fā)熱，立即關(guān)掉電源，稍后再進(jìn)行再次檢測；如果沒有發(fā)熱，再測試芯片的VCC端電壓是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，接地端是否都接地。6.2 主控模塊調(diào)試在本次設(shè)計(jì)中，主控模塊是非常重要的部分，它不僅是本次設(shè)計(jì)的核心，在本次硬件調(diào)試中也遇到了問題，接上電源的時候，液晶顯示亮了，但沒有任何顯示，于是我做了如下的工作：(1)檢查電源是否通電，使用萬用表測試之后，主要測試各個芯片和液晶顯示是否正常通電，發(fā)現(xiàn)電壓、電流都是正確的；(2)液晶顯示通電但沒信號顯示，檢測發(fā)現(xiàn)是電位器燒壞了，換了一個好的。重新通電液晶正常顯示。6.3 軟件調(diào)試當(dāng)硬件制作完成后，軟件制作也是不可輕視的部分，是實(shí)現(xiàn)電路的功能的關(guān)鍵部分，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：（1）先進(jìn)行人工檢查。寫好程序后，不要立刻燒入單片機(jī)，先對紙面上的程序進(jìn)行人工檢查。由于采用C語言編程，所以要特別小心地檢查語法錯誤，如括號不配對，漏寫分號等，通過仔細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)并排除這些錯誤。（2）人工檢查無誤后，上機(jī)調(diào)試。在編譯時給出的語法錯誤的信息，根據(jù)提示的信息具體找出程序中錯誤之處并改之，從上至下逐一改正。應(yīng)當(dāng)注意的是：有的提示出錯行并不是真正出錯的行，如果在提示出錯的行上找不到錯誤的話，則應(yīng)該到上行再找。（3） 當(dāng)確認(rèn)程序無語法錯誤和邏輯錯誤時，通過直接下載到單片機(jī)來調(diào)試。采用的是自下到上的調(diào)試方法，即單獨(dú)調(diào)好每一個模塊，然后再連接成一個完整的系統(tǒng)調(diào)試。（4） 程序燒入單片機(jī)后，觀察各個部件的工作是否正常，功能是否實(shí)現(xiàn)。如不能正常工作，則繼續(xù)檢查程序中的相應(yīng)模塊，必要時從上到下重新檢查程序。 6.4數(shù)據(jù)整理1、當(dāng)外界濕度大于80%時，窗戶都是關(guān)閉的；2、當(dāng)外界溫度大于30時，窗戶關(guān)閉并開啟空調(diào)；3、當(dāng)外界溫度小于20時，窗戶開啟且關(guān)閉空調(diào)；4、在濕度小于80%且溫度小于30時，窗戶的狀態(tài)是保持原來的狀態(tài)。具體測得的數(shù)據(jù)如下表：溫度 濕度81%80%78%75%73%70%68%18關(guān)窗關(guān)窗開窗開窗開窗開窗開窗20關(guān)窗關(guān)窗開窗開窗開窗開窗開窗21關(guān)窗關(guān)窗保持保持保持保持保持25關(guān)窗關(guān)窗保持保持保持保持保持27關(guān)窗關(guān)窗保持保持保持保持保持30關(guān)窗關(guān)窗保持保持保持保持保持31關(guān)窗關(guān)窗關(guān)窗關(guān)窗關(guān)窗關(guān)窗關(guān)窗32關(guān)窗關(guān)窗關(guān)窗關(guān)窗關(guān)窗關(guān)窗關(guān)窗表6.1 相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)束語由于時間、試驗(yàn)條件以及個人能力的限制，本系統(tǒng)完成的并不夠理想，但是也已經(jīng)基本達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)目的。通過傳感器發(fā)出信號從而控制窗戶的開關(guān)達(dá)到空氣流通等實(shí)際效果，代替人為操作為生活提供一定的方便。采用溫濕度傳感器設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，這樣感應(yīng)的距離會比較理想，為家居安全提供一定的保障?？偟恼f畢業(yè)設(shè)計(jì)是考驗(yàn)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)通過搜集相關(guān)資料和撰寫論文對我來說是一次非常難得的鍛煉機(jī)會，可以說已經(jīng)囊括了大學(xué)期間大部分的知識，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐可以把所學(xué)的專業(yè)認(rèn)識充分運(yùn)用起來解決具體的問題，不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識,能夠使所學(xué)知識融會貫通。對于我來說這不僅僅是一次畢業(yè)設(shè)計(jì)，更重要的是在過程中提高了我學(xué)習(xí)的能力、解決問題的能力和實(shí)際工作的能力,這些技能和方法都會對將來的工作有很大的幫助?；仡櫰鸫舜萎厴I(yè)設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西。在設(shè)計(jì)和寫論文的過程中遇到很多問題，可以說得是困難重重，發(fā)現(xiàn)了自己還有很多的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如說三極管PNP管腳不懂怎么放置，不懂分得二極管的正負(fù)極，對C語言和單片機(jī)匯編語言掌握得不好。這次課程設(shè)計(jì)也讓我對以前所學(xué)過的知識有了溫故知新。本次設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了對智能窗戶的基本功能實(shí)現(xiàn)，完全可以作為一套簡易系統(tǒng)投入使用，但也存在著一些問題，比如溫度、濕度等采集點(diǎn)過于單一，可能會有漏報(bào)或誤報(bào)的情況；另外我們也可以在系統(tǒng)中加入防煤氣泄漏檢測和煙霧檢測等技術(shù)，以及防盜報(bào)警可以是模擬摘機(jī)報(bào)警系統(tǒng)等等。這些問題對我是一種激勵，我會在以后的工作和學(xué)習(xí)中更加努力。在制作的過程中，學(xué)會了單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，知道了單片機(jī)系統(tǒng)從需求分析，到方案設(shè)計(jì)，到電路圖，程序設(shè)計(jì)的整個流程。掌握了protel電路圖設(shè)計(jì)軟件，學(xué)會了使用溫是度傳感器多種傳感器的使用方法，掌握了電機(jī)驅(qū)動的方法。致謝語畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這段時間的設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)過程中，我得到了很多人的幫助，學(xué)到了很多東西。首先，感謝我的指導(dǎo)老師張士錢和其他指導(dǎo)和幫助過我的老師們。有了老師們的監(jiān)督和指導(dǎo)，讓我能夠很好地學(xué)習(xí)專業(yè)知識，培養(yǎng)自己的動手能力，這在畢業(yè)設(shè)計(jì)中發(fā)揮了非常重要的作用。在設(shè)計(jì)過程中，老師以自己精專的知識，不斷地啟發(fā)我，使我的設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行，也使得我自己的專業(yè)水平有很大程度的提高。再次，我要感謝同學(xué)對我?guī)椭椭笇?dǎo)，在設(shè)計(jì)中不懂的請教同學(xué)時，總是很熱心的幫我發(fā)現(xiàn)問題，尋找更好的解決辦法。最后，祝你們身體健康, 工作順利。參考文獻(xiàn)1 何立民.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996,35-482 松井邦彥.傳感器實(shí)用電路設(shè)計(jì)與制作M.北京:科學(xué)出版社,2005,107-1103 蘇家健.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)M.高等教育出版社 ,P54 黃繼昌.傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例A北京:人民郵電出版社，19985 DALLAS Semiconductor. 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