【正文】 ...........28參考文獻 .................................................................29致謝 .....................................................................30河南工業(yè)職業(yè)技術學院1基于 51 單片機控制的智能窗的設計機械電子工程專業(yè)學生 王 凱指導教師 侯建華摘要：我們現(xiàn)在使用的窗戶大部分采用人工關閉方式，不具有自動防盜、防雨、防煤氣中毒等人性化的功能；平時我們外出時經(jīng)常忘記關閉窗戶，遇上下雨時，雨水會進入室內(nèi)，對室內(nèi)的電器、擺設等物品造成不必要的損害。轉向的智能窗，從而可解決現(xiàn)實生活中存在的很多問題。但現(xiàn)在使用的窗戶大多數(shù)是單純的推拉式或平移式的，并且與自動控制毫不沾邊,更不用說智能化了。自動防雨：平時上班或臨時加班不能及時關窗、出門在外也總有忘記關窗的時候，遇到下雨時，濕敏傳感器檢測到下雨信息，單片機控制板控制電動機動作，窗門自動關閉，使您的家用設備遭雨水侵襲，解除您的后顧之憂。自動控制系統(tǒng)主要包括 AT89S51 單片機組成的中央控制器 ,數(shù)據(jù)檢測傳感電路, A/D 轉換器,窗驅動控制接口電路、窗驅動電路、步進電機等組成。同時為實現(xiàn)窗扇的旋轉在滑移槽一側各設計一轉軸槽。旋轉工作流程示意圖本設計窗扇可以具有180176?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了 SCM 與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。隨著微電子技術、IC 設計、EDA 工具的發(fā)展，基于 SOC 的單片機應用系統(tǒng)設計會有較大的發(fā)展。CHMOS 和 HMOS 工藝的結合。（3）低噪聲與高可靠性 為提高單片機的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標準的要求，各單片廠家在單片機內(nèi)部電路中都采用了新的技術措施。目前 供電的單片機已經(jīng)問世 [5]。它集 Flash 程序存儲器，既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中,ATMEL 公司的功能強大，低價 AT89S51 單片機可為您提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。+ 5 V1 M R R 1R 2光 敏 電 阻AP 2 . 1圖 31 光敏傳感器驅動電路圖 31 中，當外界環(huán)境光照強時，光敏電阻 R2 阻值較小，則 A 點電平較低；當外界環(huán)境光照弱時，光敏電阻 R2 阻值較大，則 A 點電平較高，將此電平送到單片機，由程序控制是否驅動電機開關窗。 YH42X 風速顯示器工作原理：風速顯示器對接收到的風速信息進行處理,換算轉化成實際風速風級顯示到對應的顯示器中,風速顯示器還可以針對預先設定的報警參數(shù),當風速超過其參數(shù)時觸發(fā)關窗信號，單片機接到信號處理后，通過驅動電路驅動電機，完成關窗動作。當一氧化碳接觸到工作電極時，即發(fā)生氧化反應，生成二氧化碳和氫離子，并產(chǎn)生電子，氫離子發(fā)生離子遷移，在對電極上接受電子，并與氧氣發(fā)生還原發(fā)應，生成水。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。由于本系統(tǒng)的控制時間允許，可選 8 位逐次比較式 A/D 轉換器。實際中采樣保持是做成一個電路。典型時鐘頻率為 640kHz，引腳排列如圖 37 所示。START：啟動轉換信號輸入端。REF()、REF(+)：參考電壓輸入端。 A/D 轉換器與單片機接口電路的設計 ADC0809 與 8051 單片機的硬件接口有3 種形式，分別是查詢方式、中斷方式和延時等待方式，本設計中選用中斷接口方式。由于 ALE 和 START 連在一起，因此 ADC0809 在鎖存通道地址的同時也啟動轉換。在設計電路時 ISD1420 的所有地址端、控制端必須可靠接高電平或低電平而不能懸空，否則可能出現(xiàn)停止播放的情況。選用 TDA2022 作為揚聲器驅動芯片的電路如圖311 所示。在近紅外區(qū)，它和可見光相鄰，因此具有可見光的某些特性，如直線傳播、反射、折射、衍射、可被某些物體吸收以及可以通過透鏡將其聚焦等。(2)紅外線為不可見光，具有很強的隱蔽性和保密性，因此在防盜，警戒等安全保衛(wèi)裝置中也得到了廣泛的應用。河南工業(yè)職業(yè)技術學院１８按 鍵 控 制 編 碼 調(diào) 制紅 外 接 收 解 碼(a)紅 外 遙 控 發(fā) 射 器 紅 外 發(fā) 射受 控 電 源 開 關（ b） 紅 外 遙 控 接 收 器圖 41 紅外線發(fā)射、接受系統(tǒng)組成框圖 成品紅外接收頭由于紅外發(fā)光二極管的發(fā)射功率一般都較?。?00mW 左右） ，所以紅外接收二極管接收到的信號比較微弱，PH30PH303 的最大接收距離一般在 5m。但使用時需注意成品紅外接收頭的載波頻率。CX20226 可用KA2184 直接代換，功能完全一樣。TE 為編碼、輸出啟動，低電平時 17 腳送出編碼數(shù)據(jù)。PT2272 一旦解碼成功，VT 端就會輸出一個“解碼有效”的正脈沖作為標志，同時 D0D5端送出與 PT2262 的 D0D5端相同的數(shù)據(jù)。PT2262 和 PT2272 除地址編碼必須完全一致外，振蕩電阻還必須匹配，否則接收距離會變近甚至無法接收 紅外遙控發(fā)射電路的設計圖 46 為紅外遙控發(fā)射電路原理圖，主要由編碼芯片 PT226四 2 輸入與非門7400、編碼開關 SWDIP紅外線發(fā)射器 PH30電阻、三極管、電容、極性電容、按鍵 SB 組成。在PT2272 的第 17 腳接一個有雙穩(wěn)態(tài)繼電器和其驅動電路組成的雙穩(wěn)電路，雙穩(wěn)電路原理圖如圖 48 所示。就一般窗戶而言，河南工業(yè)職業(yè)技術學院２３每扇窗扇質量 m 估算在 10Kg 左右，其重力約 為 ,由于此傳動帶動負載窗扇來回GN10滑動的過程為滑動摩擦，選摩擦因數(shù) ,所以施加在電機上的力約為:2.?f (51)F?力矩約為 (r 為齒輪半徑) T（52） ? = mN因此，采用 17HS5604 兩相混合式步進電機作為機械部分的驅動裝置，經(jīng)減速后帶動葉片轉動。PT2272 解碼器數(shù)據(jù)輸出端第 10～13 腳具有記憶保持功能，當有數(shù)據(jù)輸出時，此數(shù)據(jù)會保持直至電源關斷。可將這些信號加一級放大，便可驅動繼電器、功率三極管等進行負載遙控開關操縱。A 0～A 11的功能同 PT2262。PT2262 為編碼芯片，PT2262 外形圖如圖 44 所示。其中第 2 腳外接電阻與電容決定前置放大器的放大倍數(shù)，當?shù)?2 腳外接電阻由 減少到 0 時，靈敏度最高，遙控距離可達 12m，但易受干擾。紅外接收頭的引腳排列因型號不同而不盡相同，需參考廠家的使用說明。這種遙控電路使用配套的專用編譯碼器，因此制作起來比較方便。紅外線的波長遠小于無線電波的波長，所以，紅外遙控不會干擾其它家用電器，也不會影響近鄰的無線電設備。其中長波的波長最長，順序越來越短，X 射線的波長一般不超過1nm。若選用 1W 以下的揚聲器，用低電壓通用集成功率放大器 LM386 作為揚聲器的驅動芯片，其電路如圖 310 所示。 [10]特性：（1）使用簡單的單片錄放音電路（2）高保真語音/音頻處理（3）開關接口放音可以是脈沖觸發(fā)或電平觸發(fā)（4）錄放周期為 16 和 20 秒（5）自動功率節(jié)約模式（6）當一個錄音或放音周期結束后自動進入掉電狀態(tài)（7）掉電狀態(tài)的典型電流為 （8）零功率存儲（9）不需要電池備份電路（10）處理復雜信息可使用地址操作（11）100 年信息保存典型（12）片上時鐘（13）不需要編程器和開發(fā)系統(tǒng)（14）+5V 供電（15）提供裸片 DIP SOIC 封裝（16）提供工業(yè)級別溫度型號（40 到 85）系統(tǒng)的語音錄放電路如圖 39 所示。有地址鎖存器，所以通道地址由 P0 口的低 3位直接與 ADC0809 的 A、B、C 相連。在 START 下降沿后 10us 左右，轉換結束信號變?yōu)榈碗娖?，EOC 為低電平時，表示正在轉換，為高電平時，表示轉換結束。CLK：時鐘輸入端。ALE：地址鎖存信號輸入端。8路模擬開關控 制 電 路S A R樹 狀 開 關2 5 6 電 阻 階 梯三態(tài)輸出鎖存器比 較 器地址鎖存與譯碼器2 62 72 8123452 52 42 32 271 791 1 1 3 1 2 1 6I N 0I N 1I N 2I N 3I N 4I N 5I N 6I N 7A D D AA D D BA D D CA L EV C CG N D V R E F ( + )V R E F ( )O EE O C2 _ 12 _ 22 _ 32 _ 42 _ 52 _ 62 _ 72 _ 86 1 0S T A R TC L O C KV i nV s t1 41 581 81 92 02 1圖 36 ADC0809 內(nèi)部結構圖ADC0809 主要性能：（1）逐次比較型（2）CMOS 工藝制造（3）單電源供電（4）無需零點和滿刻度調(diào)整（5）具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器，輸出與 TTL 兼容（6）易與各種微控制器接口（7）具有鎖存控制的 8 路模擬開關（8）分辨率：8 位（9）功耗：15mW（10）最大不可調(diào)誤差小于177。把以一定時間間隔 T 逐點采集連續(xù)的模擬信號，并保持一個時間 t，使被采集的信號變成時間上離散、幅值等于采樣時刻該信號瞬時值的一組方波序列信號，即采樣信號。A/D 轉換器型號不同，轉換速度差別很大。熱釋電紅外傳感器是一種新型敏感元件。其性能和可靠性達到國內(nèi)或國外同類產(chǎn)品的水平，屬于氣體傳感器整機的核心部件 [3]。當風向標隨著氣流的運動而轉動時，風向軸帶動格雷碼盤同時轉動,從而輸出七位格雷碼信號，將機械位置信號轉換成光電脈沖信號，通過微處理器 CPU 記錄每秒種的產(chǎn)生的光電脈沖的個數(shù)，快速運算處理后即可的出氣流的運動速度。其中最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，本設計中采用光敏電阻與驅動電路來構成光敏傳感電路。本設計采用美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機 AT89S51。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在 3 至 6V 范圍內(nèi)工作。這類單片機的運算速度比標準的單片機高出 10 倍以上。采用雙極型半導體工藝的 TTL 電路速度快，但功耗和芯片面積較大。Philips 公司以其在嵌入式應用方面的巨大優(yōu)勢，將 MCS51 從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。其誕生于 20 世紀 70 年代末，主要經(jīng)歷了 SCM、MCU、SOC 三大階段。具體設計見圖 24 滑移槽設計圖與 25 步進電機滑槽設計裝配局部圖。P=πm==齒條：m=β=20176。 智能窗的總體構成本智能窗主要機械傳動部分和自動控制系統(tǒng)組成。1 總體方案的設計 本設計的主要任務和內(nèi)容自動開關窗：陽光明媚的早上光敏晶體管感光通過單片機控制板自動打開窗戶，更新室內(nèi)空氣；傍晚太陽落下時窗子自動關閉；自動防風：當風速超過 8m/s 時，風速傳感器檢測信號，單片機控制板使窗戶自動關閉。 ；51 SCM ；180 176。再者，現(xiàn)在使用的窗戶大多數(shù)是單純推拉式或平移式的，這給在樓層高的住戶擦拭玻璃帶來很大困難。為了防盜，我們一般在窗戶外面安裝防護欄，但如今很多城市為了美化市容通常不允許安裝防盜窗。 freedom of direction and relative rotation between the two sashes, in order to address the reality life of the aforementioned problems. The smart window design in line with safe, convenient, energy saving, the principle of humanity, can significantly improve modern life.Key words: Prevent rain，antitheft。單片機對信號進行運算，然后與由預先設置的參數(shù)臨界值相比較,從而作出開/關窗 的判斷,再結合窗狀態(tài)檢測電路所檢測到的當前窗狀態(tài),再輸出脈沖信號調(diào)整步進電機，完成下雨刮風自動關窗、室內(nèi)有害氣體超標自動開窗等。旋轉，便于高層住戶擦拭玻璃。圖 2—1 齒輪齒條傳動 齒輪齒條參數(shù)選擇 由于此傳動所帶負載不是很大，故齒輪齒條參數(shù)選取較為寬松，根據(jù)具體需要確定其主要參數(shù)為：齒輪：m= Z=20d=mz=30mmβ=20176。旋轉，特別將電機卡座設計成可上下移動的形式。它采用超大規(guī)模技術將具有數(shù)據(jù)處理能力的微處理器(CPU)、存儲器（含程序存儲器 ROM 和數(shù)據(jù)存儲器 RAM） 、輸入、輸出接口電路(I/O 接口)集成在同一塊芯片上，構成一個既小巧又很完善的計算機硬件系統(tǒng)，在單片機程序的控制下能準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當數(shù) Philips 公司。C