【文章內(nèi)容簡介】 this system also increased the function of manual open and close the window, make the system more humanized. Key words: smart home、 the intelligent window、 SCM、 the sensor 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1頁 共 61頁 1 緒論 課題設(shè)計背景 當(dāng)今世界 建筑 正朝著智能化方向發(fā)展，這種發(fā)展趨勢也正是人類社會 文明程度在一定歷史時期的體現(xiàn)。 多功能智能窗戶系統(tǒng)在我國還剛剛興起，但其發(fā)展前景廣闊，推廣和應(yīng)用多功能窗戶系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。 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。如果使窗戶具有一定的智能 ，如下雨則自動關(guān)、室內(nèi)有害氣體超標(biāo)則自動開、有盜賊入內(nèi)則自動報警等 ， 就會給人們的居家生活帶來諸多方便 ， 從而進(jìn)一步提高人們的生活質(zhì)量。沿著這樣的思路 ， 本文 設(shè)計了以 AT89S51 單片機(jī)為中央控制器的智能窗。 該智能窗系統(tǒng) 多功能智能窗 發(fā)展前景 多功能智能窗系統(tǒng)在我國還剛剛興起，但 其發(fā)展前景廣闊，推廣和應(yīng)用多功能智能窗 系統(tǒng)具有重要 的現(xiàn)實意義。 該產(chǎn)品可以形成大規(guī)模生產(chǎn)，普及全國市場，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。另外，該多功能智能窗還可以廣泛應(yīng)用于賓館、飯店、寫字樓、會議廳、學(xué)校、醫(yī)院等各種公共場所，因此該產(chǎn)品具有廣闊的市場前景。 其一，改變?nèi)藗兊纳罘绞?。單片機(jī)控制的多功能智能窗 有豐富的智能化功能，為家庭用戶營造了一個高效、舒適、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。 該多功能智能窗能自動識別室內(nèi)外環(huán)境并根據(jù)環(huán)境不同驅(qū)動電機(jī)正反轉(zhuǎn)，開啟或者閉合窗戶。 給人們?nèi)粘Ｉ顜順O大的方便。這些都將改變?nèi)藗儌鹘y(tǒng)的生活方式，并 提高了人們的生活質(zhì)量。其二，牽動一大批產(chǎn)業(yè)。單片機(jī)控制的多功能智能窗 產(chǎn)品面向家庭用戶，其應(yīng)用市場是龐大的，發(fā)展前景也是廣闊的，必將吸引大批各類企業(yè)介入， 從而牽動一大批產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其三，開拓一個嶄新的市場。多功能智能窗 系統(tǒng)牽動了許多的行業(yè) ，有利于其它相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。 本設(shè)計希望開發(fā)一種在普通窗的基礎(chǔ)上改進(jìn)的智能關(guān)窗裝置，該裝置裝有傳感器，能夠根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境自動實現(xiàn)開關(guān)窗 。 因此開發(fā)一款基于單片機(jī)的多功能智能 窗系統(tǒng)是很有必要的。 課題內(nèi)容及章節(jié)安排 本論文第一章主要介紹了本課題的設(shè)計背景以及多功能智能窗 的設(shè)計意義。第二章為本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，主要介紹了本系統(tǒng)要實現(xiàn)的內(nèi)容以及本系統(tǒng)的程序框圖。第三章主要是本系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分。該部分是本論文的核心部分，該章從各種傳感器的基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計 第 2頁 共 61頁 介紹、選型以及各個模塊電路的設(shè)計來進(jìn)行闡述。主要的電路設(shè)計有放大電路的設(shè)計、A/D 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計等。第四章主要本系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分，在此次設(shè)計中，系統(tǒng)的軟件部分先是分模塊編寫完成的。所有模塊軟件都編寫完成之后，再把各個模塊的程序綜合到一塊，進(jìn)行總程序的編寫。第五章是電路仿真部分。此次設(shè)計過程中，系統(tǒng)的仿真與系統(tǒng)的軟件編寫是同步進(jìn)行的。仿真也 是分模塊進(jìn)行仿真的，每編寫出一個模塊的程序，接著進(jìn)行仿真。最后根據(jù)總程序進(jìn)行整個系統(tǒng)的仿真。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3頁 共 61頁 2 總體方案設(shè)計 整體方案設(shè)計 該窗體能夠?qū)κ彝鉁囟?、雨水、風(fēng)壓等進(jìn)行 檢 測，并自動控制窗戶開閉，具有以下功能： （ 1）通風(fēng)換氣功能： 當(dāng)室內(nèi)的液化氣、天然氣等可燃?xì)怏w發(fā)生泄漏時，傳感器檢測到氣體信號時，單片機(jī)控制板控制報警蜂鳴器立即發(fā)出報警聲，接著電動機(jī)動作，打開窗戶將有毒氣體排到窗外，這樣既有效地防止人中毒，也能避免火災(zāi)、爆炸事故的發(fā)生。 （ 2）入侵報警功能：如果有人要強(qiáng)行從窗戶進(jìn)入室內(nèi)， 多功能 智能 窗便會 產(chǎn)生聲光報警，避免造成財產(chǎn)及安全損失。 （ 3）防雨功能： 平時上班或臨時加班不能及時關(guān)窗、出門在外也總有忘記關(guān)窗的時候，遇到下雨時，濕敏傳感器檢測到下雨信息，單片機(jī)控制板控制電動機(jī)動作，窗門自動關(guān)閉，使您的家用設(shè)備遭雨水侵襲，解除 戶主 后顧之憂。此功能特別適合高樓住戶。 （ 4）防風(fēng)功能：當(dāng) 風(fēng)速大于 8m/s時 ， 風(fēng)速傳感器檢測 風(fēng) 信號，單片機(jī)控制板使 窗戶 自動關(guān)閉。即使主人不在家，照樣將其看管得無微不至，為您營造一個干干凈凈的 環(huán)境 。 窗戶會自動關(guān)閉。 （ 5） 增加了手動 按鍵 ，實現(xiàn) 開窗、關(guān)窗功能 ， 使產(chǎn)品更具有人性化。 多功能 智能窗 主體構(gòu)成 該系統(tǒng)是基于 51 單片機(jī)控制多功能智能窗 的設(shè)計 ，能根據(jù)外界的天氣情況和室內(nèi)空氣情況來控制窗體的開啟和關(guān)閉。系統(tǒng)的主要模塊包括：有毒氣體檢測模塊、紅外防盜模塊、 濕度 檢測模塊、風(fēng)速檢測模塊、聲光報警模塊以及電機(jī)驅(qū)動模塊。 如果室內(nèi)發(fā)生煤氣泄漏， 而室內(nèi)人并沒有察覺煤氣泄漏，那將對人造成嚴(yán)重的生命危險 ， 因此 ， 本系統(tǒng)把有毒氣體檢測模塊優(yōu)先級設(shè)為最高。根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境的不同，綜合考慮，把紅外防盜模塊、防雨檢測模塊、防風(fēng)檢測模塊優(yōu)先級依次順序降低。 其系統(tǒng)框圖 如圖 21所示。 基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計 第 4頁 共 61頁 A T 8 9 S 5 1濕 度 檢 測 模 塊風(fēng) 速 檢 測 模 塊聲 光 報 警 模 塊直 流 電 機(jī) 模 塊紅 外 防 盜 模 塊L C D 1 6 0 2 模 塊有 毒 氣 體 檢 測 模 塊 圖 21 多功能智能窗系統(tǒng)框圖 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5頁 共 61頁 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度將更高、體積將更小、 功能 更強(qiáng) 。在單片機(jī)家族中， 80C51 系列是其中的佼佼者，加之 Intel公司將其 MCS – 51系列中的80C51 內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名 IC 制造廠商，如Philips、 NEC、 Atmel、 AMD、華邦等，這些公司都在保持與 80C51 單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了 80C51 的許多特性。這樣， 80C51 就變成有眾多制造廠商支 持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為 80C51 系列。 80C51 系列 單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。專家認(rèn)為，雖然世界上的 MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明， 80C51系列 可能最終形成事實上的標(biāo)準(zhǔn) MCU芯片 [6]。 本設(shè)計采用 美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī) AT89S51。其 片內(nèi)含 4K bytes的可系統(tǒng)編程的 Flash只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲器，既可在線 編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)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(qiáng)大，低價 AT89S51單片機(jī)可提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89S51 管腳圖如圖 31所示 圖 31 AT89S51管腳圖 主要性能參數(shù)： （ 1）與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 （ 2） 4K字節(jié)在系統(tǒng)編程（ ISP） Flash閃速存儲器 RST9XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC4012345(MOSI)6(MISO)7(SCK)8(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RO)1789S51基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計 第 6頁 共 61頁 （ 3） 1000次擦寫周期 （ 4） （ 5）全靜態(tài)工作模式： 0HZ33MHZ （ 6）三級程序加密鎖 （ 7） 128*8字節(jié)內(nèi)部 RAM32個可編程 I/O口線 （ 8） 2個 16位定時 /計數(shù)器 （ 9） 6個中斷源 （ 10）全雙工串行 UART 通道 （ 11）低功耗空閑和掉電模式 （ 12）中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng) （ 13）看門狗（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針 （ 14）掉電標(biāo)示和快速編程特性 （ 15）靈活的在系統(tǒng)編程（ ISP字節(jié)或頁寫模式） 管腳說明如下： P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL 邏輯電平。對 P0 端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位 地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 不具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外， /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入（ ）和定時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。在 flash 編程和校驗時， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 引腳號第二功能 ： T2（定時器 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7頁 共 61頁 SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為 輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 時， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3 口： P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1” 時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用。在 flash編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。 端口引腳第二功能 ： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時 /計數(shù)器 0) T1(定時 /計數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存編程和程序校驗的控制信號。 RST—— 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG—— 當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。 基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計 第 8頁 共 61頁 對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于 輸入編程脈沖（ PROG）。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 PSEN—— 程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 EA/VPP—— 外部訪問允許 ，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地