【導(dǎo)讀】用到了現(xiàn)代智能化建筑中，為住戶提供一個(gè)安全、方便的環(huán)境。現(xiàn)在的自動(dòng)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(shí)別盜情，發(fā)出警報(bào)，保證了居民生活的舒適和生命財(cái)產(chǎn)不受損失。未來的幾年的時(shí)間內(nèi)，安裝智能窗的用戶將不斷增加。共計(jì)5個(gè)傳感器，集成使用。據(jù)溫濕度來自動(dòng)完成窗戶的開關(guān)，還能提醒住戶突發(fā)的煤氣泄漏險(xiǎn)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(jì)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(cè)可燃?xì)怏w，檢測(cè)盜情，檢測(cè)雨天，檢測(cè)大風(fēng)，檢測(cè)溫濕度， 返回。具體的程序設(shè)計(jì)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(jì) (論文 )說明書 第 19 頁(yè) 共 32 頁(yè) 執(zhí)行功能模塊 本系統(tǒng)中 溫濕度 測(cè)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(hào)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)溫元件，并與一個(gè)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(shí)間 4ms 左右， MCU 發(fā)送一次開始信號(hào)后，DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)信號(hào)結(jié)束后， DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出 40bit 的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次 信號(hào)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(gè)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(shí)要先輸入顯示字符地址，告訴模塊在 哪個(gè)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(dòng)。 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(jì) (論文 )說明書 第 20 頁(yè) 共 32 頁(yè) 圖 33 LCD1602 液晶顯示程序流程圖 根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)，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(duì)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(shí)，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(shí)，霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，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(gè)脈沖信號(hào)，相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，由此可計(jì)算出轉(zhuǎn)軸 的轉(zhuǎn)速 。再根據(jù)排風(fēng)扇在一定時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速判斷是否為大風(fēng)天氣?；魻杺鞲衅鳈z測(cè)工作流程圖如圖 34。 圖 34 霍爾傳感器檢測(cè)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(shí) 開始 傳感器初始化 脈沖 輸入 脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化并輸出 轉(zhuǎn)速是否超標(biāo) 關(guān)窗動(dòng)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(jì) (論文 )說明書 第 21 頁(yè) 共 32 頁(yè) 4 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 窗戶的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的窗戶采用了時(shí)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(jì)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(dòng)模塊的設(shè)計(jì) 傳動(dòng)模塊運(yùn)用了絲杠傳動(dòng)，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(dòng)帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)，窗扇也隨之運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)絲杠圖如圖 42 所示。 圖 42 傳動(dòng)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(jì) (論文 )說明書 第 22 頁(yè) 共 32 頁(yè) 5 系統(tǒng)調(diào)試 硬件電路調(diào)試 由于本此設(shè)計(jì)的智能窗系統(tǒng)是由多個(gè)模塊組成，最實(shí)用最安全的方法就是先測(cè)試每一個(gè)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(cè)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(shí)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(cè)試， 首先測(cè)試單片機(jī)電路是否已經(jīng)接通，檢測(cè)單片機(jī) VCC 腳和 GND 之間是否有 5V 電壓。然后檢測(cè)接入 12M 晶振的 X1， X2腳是否有 12MHz 方波信號(hào)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(duì)于 DHT11 溫濕度模塊的調(diào)試時(shí)候要特別小心，因?yàn)?DHT11 如果一旦電源的 VCC和 GND 接反就會(huì)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(cè)已經(jīng)正確接通之后，再對(duì)其進(jìn)行調(diào)試。單獨(dú)調(diào)試部分，由于設(shè)計(jì)模塊時(shí)已經(jīng)設(shè)計(jì)一個(gè)電源顯示燈，只需接入 5V 電壓時(shí)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(dòng)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(cè)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(jì)比較人性化，并且本次設(shè)計(jì)只使用了煤氣傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)，所以此模塊的調(diào)試也比較簡(jiǎn)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(duì)著傳感器探頭攝入可燃?xì)怏w，如果此時(shí)感應(yīng)指示燈發(fā)光，則表示工作部分正常。經(jīng)過測(cè)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(cè)試模塊 調(diào)試 此模塊要配合單片機(jī)和控制模塊上的報(bào)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(hào)為數(shù)字信號(hào)。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(cè)試程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)后啟動(dòng)單片機(jī)，將模塊的探測(cè)頭對(duì)著人體，觀察報(bào)警系統(tǒng)是否啟動(dòng)。若對(duì)著人體時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，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(jì) (論文 )說明書 第 23 頁(yè) 共 32 頁(yè) 由于雨滴傳感器模塊的電路設(shè)計(jì)比較人性化，并且本次設(shè)計(jì)只使用了雨滴傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)，所以此模塊的調(diào)試也比較簡(jiǎn)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(shí)感應(yīng)指示燈發(fā)光，則表示工作部分正常。經(jīng)過測(cè) 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(duì)準(zhǔn)磁鋼的磁極 ，此時(shí)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(cè)試程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，接入電源，啟動(dòng)單片機(jī)，看顯示屏上是否按照測(cè)試程序所要求輸出的字符顯示，則可測(cè)試得出顯示系統(tǒng)是否正常。 （ 8） 動(dòng)力模塊調(diào)試 本次設(shè)計(jì)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(dòng)，再將電源反向接通，觀察電機(jī)是否反向轉(zhuǎn)動(dòng)。接著用直尺測(cè)量絲杠的導(dǎo)程能否滿足窗戶完全開關(guān)的行程。手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠，確認(rèn)絲杠能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察絲杠上的滑塊是否隨之移動(dòng)。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(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，則動(dòng)力模塊可以正常工作。 （ 9） 總電路調(diào)試 整板測(cè)試是在每個(gè)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(gè)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(gè)模塊電路連接到總控制電路之中，上電觀察整個(gè)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(gè)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(jì) (論文 )說明書 第 24 頁(yè) 共 32 頁(yè) 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(yǔ)言 ，二是 C 語(yǔ)言。匯編語(yǔ)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(cuò)， 而且程序的 應(yīng)用移植性不好，通用性不高。 C 語(yǔ)言 編寫的程序比較簡(jiǎn)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(cuò)誤， 程序移植性好。 在本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)系統(tǒng)中， 采用 C語(yǔ)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(cè)，檢測(cè)程序是否有誤，還會(huì)指出錯(cuò)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(dòng)系統(tǒng)，測(cè)試各個(gè)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(shí)間內(nèi)輸出足夠的脈沖量會(huì)使窗戶自動(dòng)關(guān)閉；煤氣傳感器感應(yīng)到可燃?xì)怏w后是否會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)開窗和排風(fēng)并且啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)；人體紅外檢測(cè)傳感器感應(yīng)有 人的時(shí)候，電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)窗戶關(guān)閉同時(shí)報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)。 如果測(cè)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(gè)產(chǎn)品都會(huì)有它自身的優(yōu)點(diǎn)和缺陷， 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中在溫濕度檢測(cè)模塊調(diào)試當(dāng)中，檢測(cè)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(shí)間， 這是由硬件的屬性決定了本身測(cè)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(jì)精度要求 。本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多功能系統(tǒng)集成在窗戶上， 在 整個(gè)設(shè)計(jì) 中 用到了五個(gè) 傳感器相互配合工作，實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)各種狀況的發(fā)生，當(dāng)兩種或多種狀況同時(shí)發(fā)生時(shí)，會(huì)根據(jù)優(yōu)先級(jí)智能分析，并作出相應(yīng)的動(dòng)作。在使用的這五個(gè)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(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)，節(jié)約 I/O 的使用， 使編譯的程序更加簡(jiǎn)潔，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可行性 ， 減少了編寫錯(cuò)誤的發(fā)生， 方便系統(tǒng)的調(diào)試和縮短了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)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(jì) (論文 )說明書 第 25 頁(yè) 共 32 頁(yè) 6 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)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(duì)比了并推翻了好幾個(gè)傳動(dòng)方案之后，才確認(rèn)直流電機(jī)加絲杠傳動(dòng)是最合適的選擇；每一個(gè)所選用的傳感器模塊都是經(jīng)過對(duì)比同類產(chǎn)品，并綜合考慮了其性能，大小，以及性價(jià)比才確定選用。 本系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)是以單片機(jī) STC89C52RC 為 控制 核心， 集成溫濕度檢測(cè)模塊，煤氣泄漏檢測(cè)模塊，人體紅外感應(yīng)模塊，雨滴傳感模塊，風(fēng)力檢測(cè)模塊等相互配合工作，通過多種傳感器模塊對(duì)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(dòng)系統(tǒng)，液晶顯示系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)。以此達(dá)到 智能控制窗戶，方便觀察溫濕度，險(xiǎn)情報(bào)警等功能。 本系統(tǒng) 再完成了設(shè)計(jì)任務(wù)要求功能的前提下，又加入了溫濕度顯示，盜情警報(bào) ， 和按鍵開關(guān)窗功能，使產(chǎn)品智能性