【導(dǎo)讀】用到了現(xiàn)代智能化建筑中，為住戶提供一個安全、方便的環(huán)境?，F(xiàn)在的自動控制系統(tǒng)已。庭安全智能窗系統(tǒng)，不僅能可靠的進(jìn)行日常的開關(guān)工作，以便人們能夠更安心的工作，還能識別盜情，發(fā)出警報，保證了居民生活的舒適和生命財產(chǎn)不受損失。未來的幾年的時間內(nèi)，安裝智能窗的用戶將不斷增加。共計5個傳感器，集成使用。據(jù)溫濕度來自動完成窗戶的開關(guān)，還能提醒住戶突發(fā)的煤氣泄漏險情和盜情。

　　

【正文】 智能，更加人性化。程序詳情見附錄 3。 程序設(shè)計的流程為：系統(tǒng)上電初始化， 顯示 芯片初始化， 顯示當(dāng)前的溫度和濕度，檢測可燃?xì)怏w，檢測盜情，檢測雨天，檢測大風(fēng)，檢測溫濕度， 返回。具體的程序設(shè)計流程圖如圖 31 所示。 圖 31 系統(tǒng)主程序流程圖 開始 程序初始化 讀取溫濕度 顯示溫濕度 按鍵是否觸發(fā) 是否泄漏可燃?xì)怏w 是否有盜情 關(guān)窗 開窗 是否雨天 是否大風(fēng) 溫濕度是否超標(biāo) 保持現(xiàn)狀態(tài) 是 是 是 是 是 否 否 否 否 否 否 是 是 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 19 頁 共 32 頁 執(zhí)行功能模塊 本系統(tǒng)中 溫濕度 測量是利用集成溫濕度的數(shù)字式傳感器 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)合傳感器，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)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機(jī)相連接。 DHT11 采用單總線數(shù)據(jù)傳輸格式，一次通訊時間 4ms 左右， 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)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。濕度采集程序流程圖如圖 32 所示。 圖 32 DHT11 程序流程圖 LCD1602 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，在執(zhí)行每條指令之前要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志 是否 為低電平， 若標(biāo)志為低電平 表示不忙，則此指令失效，要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，告訴模塊在 哪個位置 現(xiàn)實(shí)了字符。 1602 液晶顯示模塊可與單片機(jī)接口直接連接，無需再加驅(qū)動。 LCD1602 液晶顯示程序流程圖如圖 33 所示。 開始 初始化 DHT11 應(yīng)答脈沖 數(shù)據(jù)發(fā)送 數(shù)據(jù)接收 數(shù)據(jù)校驗(yàn) 是 否 返回 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 20 頁 共 32 頁 圖 33 LCD1602 液晶顯示程序流程圖 根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，測量轉(zhuǎn)速時，在非磁性的 扇葉 上 固定 一塊磁鋼，把霍爾傳感器的感應(yīng)面對準(zhǔn)磁鋼的磁極，并將其固定在機(jī)架上 .機(jī)器軸旋轉(zhuǎn)時，固定在轉(zhuǎn)盤上的磁鋼隨之旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鋼轉(zhuǎn)到傳感器的位置時，霍爾傳感器便輸出一個脈沖信號，經(jīng)施密特觸發(fā)器整型，送到單片機(jī) ， 轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈霍爾傳感器輸出一個脈沖信號，相鄰兩個脈沖之間的時間間隔為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一圈的時間，由此可計算出轉(zhuǎn)軸 的轉(zhuǎn)速 。再根據(jù)排風(fēng)扇在一定時間內(nèi)的轉(zhuǎn)速判斷是否為大風(fēng)天氣?；魻杺鞲衅鳈z測工作流程圖如圖 34。 圖 34 霍爾傳感器檢測工作流程圖 開始 LCD1602 初始化 數(shù)據(jù)和指令依次發(fā)送 控制顯示屏輸出字符 延時 開始 傳感器初始化 脈沖 輸入 脈沖信號轉(zhuǎn)化并輸出 轉(zhuǎn)速是否超標(biāo) 關(guān)窗動作 否 是 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 21 頁 共 32 頁 4 機(jī)構(gòu)設(shè)計 窗戶的設(shè)計 本次設(shè)計的窗戶采用了時下應(yīng)用最廣泛的推拉式窗戶，在這種窗戶上裝上本次設(shè)計的智能系統(tǒng)，有利于智能窗戶的利用和推廣。窗戶整體尺寸為 50*30*10，窗體圖 如圖41 所示。 圖 41 窗體圖 傳動模塊的設(shè)計 傳動模塊運(yùn)用了絲杠傳動，將絲杠固定于窗戶底座的內(nèi)側(cè)，將滑塊用金屬 片與窗扇金屬邊緣固定，絲杠轉(zhuǎn)動帶動滑塊運(yùn)動，窗扇也隨之運(yùn)動。傳動絲杠圖如圖 42 所示。 圖 42 傳動絲杠圖 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 22 頁 共 32 頁 5 系統(tǒng)調(diào)試 硬件電路調(diào)試 由于本此設(shè)計的智能窗系統(tǒng)是由多個模塊組成，最實(shí)用最安全的方法就是先測試每一個單體模塊是否可以正常工作，再逐步把調(diào)試范圍擴(kuò)大，確認(rèn)所有模塊都沒有問題之后，再將所有模塊組合起來合成最終模塊并進(jìn)行調(diào)試。這種方式可以減少失誤，也可以把失敗率降到最低 。 首先檢查接入的電源電壓是否在模塊的正常工作電壓范圍內(nèi)是最基本的做法 ， 接入電源后， 觀察有無異?，F(xiàn)象，包括有 無冒煙，是否有異常氣味，手摸元器件是否發(fā)燙，電源是否有短路現(xiàn)象等。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)立即切斷電源，待排除故障后才能再上電。然后測量電路總電源電壓和各器件的引腳的電源電壓，以保證元器件正常工作。 （ 1） 單片機(jī)最小系統(tǒng)的調(diào)試 單片機(jī)最小系統(tǒng)由： STC89C52RC，時鐘 電路 ，復(fù)位電路組成。將 +5V 直流電源 接入單片機(jī)最小系統(tǒng)， 使用萬用表直流電壓檔測試， 首先測試單片機(jī)電路是否已經(jīng)接通，檢測單片機(jī) VCC 腳和 GND 之間是否有 5V 電壓。然后檢測接入 12M 晶振的 X1， X2腳是否有 12MHz 方波信號輸出。若這兩項(xiàng)都正常， 則視為 單片機(jī) 最小系統(tǒng)工作正常。 （ 2） 溫濕度 模塊調(diào)試 對于 DHT11 溫濕度模塊的調(diào)試時候要特別小心，因?yàn)?DHT11 如果一旦電源的 VCC和 GND 接反就會導(dǎo)致傳感器燒壞，首先要確保電源兩極是否正確的接入模塊，檢測已經(jīng)正確接通之后，再對其進(jìn)行調(diào)試。單獨(dú)調(diào)試部分，由于設(shè)計模塊時已經(jīng)設(shè)計一個電源顯示燈，只需接入 5V 電壓時看到表示電源正常接通的綠燈亮起就表示此模塊電源部分正常。進(jìn)而接入單片機(jī)進(jìn)行調(diào)試，將 DHT11 的數(shù)據(jù)輸出端接到設(shè)定的 I/O 口，并接通電源，寫入程序后，啟動單片機(jī)電源，看 LCD1602 上是否正常顯示溫濕度，并按周圍溫濕度的變化而變化。若可以檢測并把數(shù)據(jù)輸出到單片機(jī)，則視為溫濕模塊工作正常。 （ 3） 煤氣傳感 模塊調(diào)試 由于煤氣傳感器模塊的電路設(shè)計比較人性化，并且本次設(shè)計只使用了煤氣傳感器輸出的數(shù)字信號，所以此模塊的調(diào)試也比較簡單。首先將模塊接入 5V 電源，如果電源指示燈發(fā)光，則表示電源部分正常，接著對著傳感器探頭攝入可燃?xì)怏w，如果此時感應(yīng)指示燈發(fā)光，則表示工作部分正常。經(jīng)過測試這兩項(xiàng)都正常，則視為煤氣傳感模塊正常工作。 （ 4） 人體紅外測試模塊 調(diào)試 此模塊要配合單片機(jī)和控制模塊上的報警系統(tǒng)來調(diào)試，將模塊調(diào)整為不可重復(fù) 觸發(fā)模式，此模塊輸出的信號為數(shù)字信號。首先將模塊的數(shù)據(jù)輸入口接入設(shè)定的單片機(jī) I/O口，并接通 5V電源。將測試程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)后啟動單片機(jī)，將模塊的探測頭對著人體，觀察報警系統(tǒng)是否啟動。若對著人體時，報警系統(tǒng)啟動，則視為此模塊工作正常。 （ 5） 雨滴傳感器模塊 調(diào)試 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 23 頁 共 32 頁 由于雨滴傳感器模塊的電路設(shè)計比較人性化，并且本次設(shè)計只使用了雨滴傳感器輸出的數(shù)字信號，所以此模塊的調(diào)試也比較簡單。首先將模塊接入 5V 電源，如果電源指示燈發(fā)光，則表示電源部分正常，接著在雨滴采集模塊上滴入水滴，如果此時感應(yīng)指示燈發(fā)光，則表示工作部分正常。經(jīng)過測 試這兩項(xiàng)都正常，則視為雨滴傳感模塊正常工作。 （ 6） 霍爾傳感器模塊調(diào)試 在給霍爾傳感器模塊接通電源后，看電源指示燈和感應(yīng)燈是否發(fā)光，電源燈和感應(yīng)燈要是都發(fā)光，表示電源正常， 把霍爾傳感器的感應(yīng)面對準(zhǔn)磁鋼的磁極 ，此時感應(yīng)燈熄滅，再把磁鋼移開，感應(yīng)燈恢復(fù)發(fā)光。上述現(xiàn)象的實(shí)現(xiàn)表示霍爾傳感器正常工作。 （ 7） 顯示系統(tǒng)調(diào)試 把 LCD1602 液晶顯示屏接入控制模塊，并把測試程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，接入電源，啟動單片機(jī)，看顯示屏上是否按照測試程序所要求輸出的字符顯示，則可測試得出顯示系統(tǒng)是否正常。 （ 8） 動力模塊調(diào)試 本次設(shè)計使用的 直流電機(jī)是額定電壓為 12V 直流減速電機(jī)，將 12V 電源接入電機(jī)，觀察電機(jī)是否正常轉(zhuǎn)動，再將電源反向接通，觀察電機(jī)是否反向轉(zhuǎn)動。接著用直尺測量絲杠的導(dǎo)程能否滿足窗戶完全開關(guān)的行程。手動轉(zhuǎn)動絲杠，確認(rèn)絲杠能正常轉(zhuǎn)動，觀察絲杠上的滑塊是否隨之移動。最后將直流電機(jī)與絲杠利用聯(lián)軸器連接，并給電機(jī)接入12V 電源，若電機(jī)可以帶動絲杠轉(zhuǎn)動，則動力模塊可以正常工作。 （ 9） 總電路調(diào)試 整板測試是在每個模塊電路調(diào)試沒有問題的情況之下， 使用單片機(jī)仿真軟件編寫出整個系統(tǒng)電路，進(jìn)行仿真，若仿真顯示此系統(tǒng)可以正常工作，再講 各個模塊電路連接到總控制電路之中，上電觀察整個系統(tǒng)是否正常工作，模塊電路之間是否有干擾、短路現(xiàn)象，而導(dǎo)致整個系統(tǒng)的功能受到影響。若系統(tǒng)工作正常，表明硬件調(diào)試成功。 如圖 41與 42 為硬件系統(tǒng)實(shí)體圖。 41 硬件系統(tǒng)實(shí)體圖正面 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 24 頁 共 32 頁 42 硬件系統(tǒng)實(shí)體圖背面 軟件程序調(diào)試 單片機(jī) 程序 的 編寫 通常有兩種方法，一是 匯編語言 ，二是 C 語言。匯編語言編寫的程序 條理清晰，但是編寫量大，程序 繁雜， 容易編寫出錯， 而且程序的 應(yīng)用移植性不好，通用性不高。 C 語言 編寫的程序比較簡潔明了 ， 應(yīng)用廣泛，有利于開發(fā) 者的使用和編寫，減少了在開發(fā)過程中的編寫錯誤， 程序移植性好。 在本次設(shè)計的單片機(jī)系統(tǒng)中， 采用 C語言編程，通過 Keil 編程軟件編譯 ,編寫完成過后，該程序可以進(jìn)行編譯檢測，檢測程序是否有誤，還會指出錯誤位置，減少編程失誤 。 程序編寫完成之后，將程序通過燒錄軟件寫入單片機(jī)，將所有模塊連接完成之后啟動系統(tǒng)，測試各個模塊是否正常工作，溫濕度是否正常采集之后在顯示屏上顯示；霍爾傳感器是否在一定時間內(nèi)輸出足夠的脈沖量會使窗戶自動關(guān)閉；煤氣傳感器感應(yīng)到可燃?xì)怏w后是否會啟動自動開窗和排風(fēng)并且啟動報警系統(tǒng)；人體紅外檢測傳感器感應(yīng)有 人的時候，電機(jī)是否轉(zhuǎn)動帶動窗戶關(guān)閉同時報警系統(tǒng)啟動。 如果測試后均無問題，則軟件調(diào)試結(jié)束。 仿真詳情見附錄 4。 （ 1） 性能分析 每個產(chǎn)品都會有它自身的優(yōu)點(diǎn)和缺陷， 本系統(tǒng)的設(shè)計中在溫濕度檢測模塊調(diào)試當(dāng)中，檢測濕度的傳感器 DHT11 的誤差是 5%RH~+%5RH,并且將溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD1602 液晶顯示屏的過程中也有一定的延遲時間， 這是由硬件的屬性決定了本身測量的精度 和傳輸速度 ，在軟件的幫助下也不能很好地得到提高，但是總的來說也達(dá)到了一定的設(shè)計精度要求 。本次設(shè)計實(shí)現(xiàn)了一個多功能系統(tǒng)集成在窗戶上， 在 整個設(shè)計 中 用到了五個 傳感器相互配合工作，實(shí)時應(yīng)對各種狀況的發(fā)生，當(dāng)兩種或多種狀況同時發(fā)生時，會根據(jù)優(yōu)先級智能分析，并作出相應(yīng)的動作。在使用的這五個傳感器中，只 用 只有 DHT11溫濕度傳感器使用了 AD 轉(zhuǎn)換， 其他傳感器只需要輸出數(shù)字信息， 簡化了電路的設(shè)計，節(jié)約 I/O 的使用， 使編譯的程序更加簡潔，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可行性 ， 減少了編寫錯誤的發(fā)生， 方便系統(tǒng)的調(diào)試和縮短了整個系統(tǒng)設(shè)計時間。 總體性能具有較強(qiáng)的實(shí)用性和智能性，也有一定的改善空間。 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )說明書 第 25 頁 共 32 頁 6 結(jié)論 本次設(shè)計完成的智能窗戶系統(tǒng)，從構(gòu)思到制作完成，每一步都是經(jīng)過慎重的思考 。在窗戶的選 型上，選擇了現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的推拉式窗戶；再研究對比了并推翻了好幾個傳動方案之后，才確認(rèn)直流電機(jī)加絲杠傳動是最合適的選擇；每一個所選用的傳感器模塊都是經(jīng)過對比同類產(chǎn)品，并綜合考慮了其性能，大小，以及性價比才確定選用。 本系統(tǒng)的的設(shè)計是以單片機(jī) STC89C52RC 為 控制 核心， 集成溫濕度檢測模塊，煤氣泄漏檢測模塊，人體紅外感應(yīng)模塊，雨滴傳感模塊，風(fēng)力檢測模塊等相互配合工作，通過多種傳感器模塊對外部情況的感應(yīng)，把感應(yīng)到的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)內(nèi)，再由單片機(jī)發(fā)出指令，控制輸出部分，如傳動系統(tǒng)，液晶顯示系統(tǒng)，報警系統(tǒng)。以此達(dá)到 智能控制窗戶，方便觀察溫濕度，險情報警等功能。 本系統(tǒng) 再完成了設(shè)計任務(wù)要求功能的前提下，又加入了溫濕度顯示，盜情警報 ， 和按鍵開關(guān)窗功能，使產(chǎn)品智能性