【文章內(nèi)容簡介】 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，單片機的集成度將更高、體積將更小、功能更強。在單片機家族中，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 系列單片機已成為單片機發(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 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 公司的功能強大，低價 AT89S51 單片機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RST9XALGND0P.()467EOVCMIKW基于單片機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） 的工作電壓范圍（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 ， 和 分 別 作 定 時 器 /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 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 器 周 期 以 上 高 電 平將 是 單 片 機 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 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 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 址 為 0000HFFFFH） ， EA 端 必 須 保 持 低 電 平 （ 接 地 ） 。 需 注 意 的 是 ： 如 果 加 密 位 LB1 被 編 程 ，復(fù) 位 時 內(nèi) 部 會 鎖 存 EA 端 狀 態(tài) 。 如 EA 端 為 高 電 平 （ 接 Vcc 端 ） ， CPU 則 執(zhí) 行 內(nèi) 部 程 序 存 儲 器 的 指 令 。 FLASH 存 儲 器 編 程 時 ， 該 引 腳 加 上 +12V 的 編 程 允 許 電 源 Vpp， 當(dāng) 然 這 必 須 是 該器 件 是 使 用 12V 編 程 電 壓 Vpp。 時鐘電路設(shè)計XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2 應(yīng)不接。因為一個機器周期含有 6 個狀態(tài)周期，而每個狀態(tài)周期為 2 個振蕩周期，所以一個機器周期共有 12 個振蕩周期，如果外接石英晶體振蕩器的振蕩頻率為 12MHZ，一個振蕩周為 1/12us，故而一個機器周期為 1us。如下圖 32 所示為時鐘電路圖。 YZ3f 圖 32 時鐘電路圖 復(fù)位電路設(shè)計單片機在時鐘電路工作以后, 在 RESET 端持續(xù)給出 2 個機器周期的高電平時就可華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第 9 頁 共 61 頁R320C4ufS15k7GNDVT以完成復(fù)位操作。復(fù)位方法一般有上電復(fù)位和外部手動復(fù)位兩種方式。 上電復(fù)位復(fù)位時在單片機接通電源時，對單片機的復(fù)位。在上電瞬間 RST 端與 VCC電位相同，隨著電容上電壓的逐漸上升，RST 端電位逐漸下降。上電復(fù)位所需的最短時間是震蕩器震蕩建立時間加 2 個機器周期。圖 33 為外部手動復(fù)位電路的電路示意圖。防盜報警系統(tǒng)設(shè)計此次采用的是外部手動按鍵復(fù)位電路。當(dāng)需要外部復(fù)位時，按下復(fù)位按鈕 S1 即可達(dá)到復(fù)位目的。 圖 33 外部手動復(fù)位電路圖 防盜報警電路設(shè)計 防盜報警設(shè)計思路該模塊設(shè)計整體思路如下：當(dāng)有陌生人企圖開窗侵入室內(nèi)偷盜時，該系統(tǒng)能夠通過傳感器識別出來，并向單片機發(fā)送信號，單片機經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，驅(qū)動聲光報警電路。從而避免造成財產(chǎn)及安全損失。 常見紅外傳感器介紹（1）紅外探測器：紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器，按照探測的機理的不同，可以分為熱探測器和光子探測器兩大類。熱探測器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使探測器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。檢測其中某一性能的變化，便可探測出輻射?；趩纹瑱C的多功能智能窗的設(shè)計第 10 頁 共 61 頁多數(shù)情況下是通過熱電變化來探測輻射的。當(dāng)元件接收輻射，引起非電量的物理變化時，可以通過適當(dāng)?shù)淖儞Q后測量相應(yīng)的電量變化。（2）紅外測溫產(chǎn)品：HEITRONICS 擁有 40 多年非接觸紅外測溫經(jīng)驗，50 多種紅外測溫儀和非接觸紅外測溫系統(tǒng)可滿足不同行業(yè)用戶的特殊需求,提供最優(yōu)非接觸紅外測溫解決方案。在高性能和高品質(zhì)的紅外測溫產(chǎn)品市場，來自德國的 HEITRONICS 以其在尖端領(lǐng)域應(yīng)用中良好的品質(zhì)紀(jì)錄，被廣泛公認(rèn)為是世界一流的紅外測溫產(chǎn)品供應(yīng)者而受到信任。HEITRONICS 系列產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于冶金、玻璃、造紙、紡織、橡膠、木材、制陶、塑料、涂層、瀝青、建筑、電子、 食品、石化、水泥等工業(yè)制造、科學(xué)研究和實驗領(lǐng)域。 (3)壓電傳感器壓電傳感器(Piezoelectric sensor)是一種典型的有源傳感器,它是以某些電介質(zhì)的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ),在外力作用下,電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷,從而實現(xiàn)外力與電荷量間的轉(zhuǎn)換