【正文】 中。早在 1938 年，有人提出過利用熱釋電效應(yīng)探測紅外輻射，但并未受到重視，直到六十年代，隨著激光、紅外技術(shù)的迅速發(fā)展，才又推動(dòng)了對(duì)熱釋電效應(yīng)的研究和對(duì)熱釋電晶體的應(yīng)用。感應(yīng)模塊原理圖如圖213所示。通過將人體紅外感應(yīng)模塊與單片機(jī)的 IO口相連，來實(shí)現(xiàn)人體紅外檢測：為高電平時(shí)，感當(dāng)對(duì)應(yīng) IO口應(yīng)到有人，此時(shí)關(guān)閉窗戶，防止室外人員進(jìn)入室內(nèi)。 人體紅外傳感器模塊的應(yīng)用分析與工作原理 本次設(shè)計(jì)需要用到人體紅外傳感器用于防盜系統(tǒng)，經(jīng)過與市面上的各種同類傳感器表，基于安裝位置，大小，和功能性的考慮選擇 HCSR501。本雨滴模擬模塊可以將雨滴以模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種方式輸入到單片機(jī)，模擬量信號(hào)可以識(shí)別雨滴的大小，便于分析雨情，但是編程復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy。 （ 3） 雨滴采集 模塊電路 雨滴模塊電路設(shè)計(jì)如圖 212 所示。此傳感器利用了水能導(dǎo)電的原理，設(shè)置了一個(gè)雨滴采集部分，雨滴采集部分是將導(dǎo)電金屬以條狀平行的形式鍍與雨滴采集板上面，并引出兩條導(dǎo)線連接至電路控制部分。 LM393 被設(shè)計(jì)成能直接連接 TTL 和 CMOS；當(dāng)用雙電源供電時(shí)，它能兼容 MOS 邏輯電路 —— 這是低功耗的 393 相較于標(biāo)準(zhǔn)比較器的獨(dú)特優(yōu)勢。它還有一個(gè)特性：即使是單電源供電，比較器的共模輸入電壓范圍接近地電平。 （ 2） 雨滴傳感器 原理介紹 本設(shè)計(jì)使用的雨滴傳感器的控制核心是 LM393 電壓比較器， LM393 是由兩個(gè)獨(dú)立的、高精度電壓比較器組成的集成電路，失調(diào)電壓低，最大為 。對(duì)雨天的識(shí)別效果比較明顯。 圖 211 風(fēng)力測試模塊電路圖 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 12 頁 共 32 頁 雨天檢測模塊 電路設(shè)計(jì)及其功能介紹 （ 1） 電路設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) 一般 市面上的雨滴傳感器有兩種，一種是集合式的雨滴傳感器模塊，這種模塊把雨滴采集部分和電路部分直接連接在一個(gè)板子上，缺點(diǎn)比較明顯，采集范圍小，而且容被雨水損壞電路。綠燈作為一個(gè)電源是指燈，紅燈作為脈沖信號(hào)指示燈，接入電源后，霍爾元件并未靠近磁鐵時(shí)，則紅燈保持發(fā)光狀態(tài)，當(dāng)扇葉帶動(dòng)磁鐵靠近霍爾元件，則紅燈熄滅，此時(shí)霍爾元件向單片機(jī)輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，單片機(jī)通過記錄在一定時(shí)間 內(nèi)接收到的脈沖信號(hào)判斷是否達(dá)到關(guān)窗動(dòng)作的條件。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器，它具有靈敏度高，線性度好，穩(wěn)定性高、體積小和耐高溫等特點(diǎn)，所以，在測量技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息處理等方面得到了廣泛的應(yīng)用，通常被用來測量位移、壓力、轉(zhuǎn)速等物理量。霍爾傳感器穩(wěn)定性高，反應(yīng)速度快，體積小，性價(jià)比高。 本設(shè)計(jì)的 風(fēng)力檢測 采用霍爾傳感器集成與單片機(jī)上，將信號(hào)磁鐵固定于排風(fēng)扇的扇葉上，并配合霍爾傳感器。但是有幾個(gè)缺陷：第一這些種類的風(fēng)速傳感器體型普遍較大，若要固定于窗體上則會(huì)占用很大的空間，會(huì)影響窗體的整體外觀。風(fēng)速 傳感器種類 有采用畢托管測風(fēng)速、熱線熱膜測風(fēng)速、機(jī)械式傳感器測風(fēng)速、超聲波測風(fēng)速和三杯式 風(fēng)速傳感器 測風(fēng)速 。如圖 210所示。另接一個(gè) 10K的可調(diào)電阻，用于調(diào)節(jié)檢測可燃?xì)怏w的靈敏度。還有一個(gè)模擬信號(hào)接口，一個(gè)數(shù)字信號(hào)接口。 MQ5 煤氣檢測模塊 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 29所示。當(dāng)檢測到的可燃性氣體濃度超出上限報(bào)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器發(fā)出聲音 和報(bào)警燈 報(bào)警 。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個(gè)用于信號(hào)取出， 2 個(gè)用于提供加熱電流。其具有對(duì)液化氣、天然氣、城市煤氣有較好的靈敏度；對(duì)乙醇，煙霧幾乎不響應(yīng)，具有優(yōu)良的抗干擾能力；有快速的響應(yīng)恢 復(fù)特性；有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；測試電路比較簡單等優(yōu) 點(diǎn)。如圖 28 所示。 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 9 頁 共 32 頁 圖 26 DHT11 結(jié)束時(shí)序圖 ④ DHT11 信號(hào)表示時(shí)序圖如圖 27 所示 圖 27 DHT11 信號(hào)表示圖 本模塊電路設(shè)計(jì) VCC 端供電電壓為 ，數(shù)據(jù)連接線長度小于 20米時(shí)，用 的上拉電阻，大于 20 米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適上拉電阻，通過上拉電阻使控制總線處在高電平狀態(tài)。當(dāng)最后一 bit 數(shù)據(jù)傳送完畢后， DHT11 拉 低總線 50us，隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。 圖 25 DHT11 寫時(shí)序圖 ③ DHT11 結(jié)束時(shí)序圖如圖 26 所示 總線為低電平 ,表明 DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào) ,DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后 ,再把總線拉高80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù) ,每一 bit 數(shù)據(jù)都以 50us 低電平時(shí)隙開始 ,高電平的長短決定了數(shù)據(jù)位是 0 還是 1。主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)等待 2040us 后，讀取 DHT11 的響應(yīng)信號(hào)，主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后 ，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。 圖 24 DHT11 讀時(shí)序圖 ② DHT11 寫時(shí)序如圖 25 所示 總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待 DHT11 響應(yīng)，主機(jī)把總線拉低必須大于 18 毫秒，保證 DHT11 能檢測到起始信號(hào)。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。單片機(jī)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)開始信號(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，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式： 8bit濕度整數(shù)數(shù) 據(jù) +8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit校驗(yàn)和。 ① DATA的通訊方式 DATA用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步、采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間 4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，小數(shù)部分用于擴(kuò)展，在本系統(tǒng)讀出為零。直接與微控制器的端口 。 引腳 4為 GND： 該引腳為接低端，接電源負(fù)極。 引腳 2為 DATA：該引腳為單總線串行數(shù)據(jù)傳輸腳。超小的體積、極低的功耗，其中信號(hào)傳輸距離可達(dá) 20米以上。 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 7 頁 共 32 頁 圖 22 單片機(jī)主控電路圖 溫 濕度模塊電路設(shè)計(jì)分析 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 ,傳感器內(nèi)部是由一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC測溫元件組成。 STC89C52RC采用 12MHZ 頻 率 的晶振 ，采用 +5V 的直流電源供電，根據(jù)單片機(jī)各個(gè)引腳功能， P0 口和 、 、 用于接 LCD1602 液晶屏； 與 用于連接限位開關(guān)； 用于連接包括三極管的蜂鳴器放大電路； 為人體紅外檢測傳感器數(shù)據(jù)接口； 為雨滴傳感器模塊數(shù)據(jù)接口； 為 DHT11 溫濕度顯示模塊數(shù)據(jù)接口； 為 MQ5 煤氣傳感器數(shù)據(jù)接口； 為霍爾傳感器模塊數(shù)據(jù)接口； 為報(bào)警燈接口； 和 分別是兩個(gè)排風(fēng)扇的控制接口； 和 是 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)據(jù)接口。引腳圖如圖 21 所示 。最高運(yùn)作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時(shí)器 ，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路， 3 個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 4 個(gè)外部中斷，一個(gè) 7 向量 4 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51 的 5 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工 串行口 。 STC89C52 使用經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機(jī)不具備的功能。 因此單片機(jī)芯片選擇方案二。 方案二：選擇 STC 公司 的 STC89C52RC 單片機(jī) STC89C52RC 是 STC 公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器， 可以使用 C 語言編寫的程序，是一款被廣泛使用的單片機(jī)，可查閱的資料豐富，方便單片機(jī)開發(fā)者使用，并且工作穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，價(jià)格便宜，性價(jià)比高。主程序在初始化完成后，循環(huán)執(zhí)行上述子程序，分別實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)功能。使用模塊化結(jié)構(gòu)形式是為了使程序的編寫、調(diào)試及控制變得更方便，也為了便于推廣到其他過程控制對(duì)象。 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用的是 C 語言編程，運(yùn)用 Keil uVision4 軟件平臺(tái)進(jìn)行編程及編程查錯(cuò)，再通過編程器下載程序。滿足本設(shè)計(jì)的要求。 （ 8）動(dòng)力模塊的方案設(shè)計(jì) 方案一： 直接采用單片機(jī)控制直流電機(jī)，這種方法比較簡單，但是工作起來不太穩(wěn)定，也只是能帶動(dòng)功率比較小，額定電壓小的小電機(jī)，并且不能很好的帶動(dòng)功率高的電機(jī)，帶動(dòng)窗戶移動(dòng)需要有一定扭矩的電機(jī)，單片機(jī) 5V 的電壓普遍不能很好的帶動(dòng)扭矩高的電機(jī)。這種方法可以在現(xiàn)在最廣泛使用的推拉式窗戶上，并且結(jié)構(gòu)簡單，絲 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 5 頁 共 32 頁 杠的放置方法可以根據(jù)需求放置，可以放在窗戶底下隱藏起來，不影響窗戶的外觀和性能，并且價(jià)格不高，適于廣泛應(yīng)用。這種方法結(jié)構(gòu)簡單，但是嚴(yán)重影響窗戶的外觀，而且會(huì)根據(jù)窗戶的大小在窗戶旁邊放置凸輪機(jī)構(gòu)，占用空間大，而且人也不方便在窗戶旁邊，大大減少了窗戶的功能性。 報(bào)警系統(tǒng)由蜂鳴器和一個(gè)紅色 LED 燈組成，當(dāng)有盜情或者煤氣泄漏險(xiǎn)情時(shí)，會(huì)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，蜂鳴器和 LED 燈會(huì)同時(shí)工作，發(fā)出警報(bào)，提醒屋內(nèi)的人有特殊狀況發(fā)生。 控制系統(tǒng)以 51 單片機(jī)為控制核心，是整個(gè)系統(tǒng)的控制中樞，接收傳感器輸入的信號(hào)，經(jīng)過處理，控制動(dòng)力模塊，使得窗戶可以完成自動(dòng)開關(guān)窗動(dòng)作，設(shè)置有兩個(gè)按鈕，可以利用這兩個(gè)按鈕實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開窗關(guān)窗的目的。 輸出 TTL 電平與單片機(jī)可直接相連等優(yōu)點(diǎn)，能夠較好的滿足我們的要求。左右的 HCSR501 人體紅外感應(yīng)模塊。 （ 5） 人體紅外檢測模塊 電路方案設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)中需要引入人體紅外檢測模塊以保證智能窗具有防盜的功能，為此，合適的人體感應(yīng)模塊以及模塊正確安裝的位置成為此部分的關(guān)鍵。對(duì)雨天的識(shí)別效果比較明顯。 （ 4） 雨天檢測 模塊電路方案設(shè)計(jì) 本模塊方案設(shè)計(jì)采用 雨滴傳感器模塊，市面上的雨滴傳感器有兩種，一種是集合式的雨滴傳感器模塊，這種模塊把雨滴采集部分和電路部分直接連接在一個(gè)板子上，缺點(diǎn)比較明顯，采集范圍小，而且容被雨水損壞電路。經(jīng)過霍爾傳感器和排風(fēng)扇的配合，可以識(shí)別大風(fēng)天氣，滿足設(shè)計(jì)條件。當(dāng)室外天氣為大風(fēng)時(shí)，風(fēng)吹動(dòng)排風(fēng)扇，扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)給霍爾傳感器輸入信號(hào) ，單片機(jī)根據(jù)霍爾傳感器輸入的脈沖數(shù)量計(jì)算，當(dāng)達(dá)到一定條件，識(shí)別為大風(fēng)狀況時(shí)，就自動(dòng)起開自動(dòng)關(guān)窗動(dòng)作。第二這些種類的風(fēng)速傳感器風(fēng)力測試儀價(jià)格都比較高，不符合設(shè)計(jì)的初衷。 這些傳感器可以直接使用，準(zhǔn)度也比較高。 （ 3） 風(fēng)力檢測 模塊電路方案設(shè)計(jì) 方案一： 采用市面上面的風(fēng)速傳感器， 風(fēng)速傳感器是 將空氣的流 動(dòng)速度變量轉(zhuǎn)換成有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)的裝置。 因此，在 煤氣泄漏檢測 模塊中 決定采用 MQ5 液化器煤氣傳感器模塊，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此模塊方便集成入單片機(jī)系統(tǒng)，可以通過把采集到的信號(hào)傳送到單片機(jī)，利用單片機(jī)來根據(jù)此模塊輸入的信號(hào)來控制動(dòng)力模塊使得窗戶和排風(fēng)扇自動(dòng)打開，排出有毒氣體。 方案二： MQ5液化氣煤氣傳感器 模塊 ， 它能迅速的感應(yīng)出周圍有無煤氣、天然氣等可燃?xì)怏w并迅速作出反應(yīng)，它對(duì)環(huán)境液化氣和城市 煤氣比較敏感，并且 它具有 較小的體積 ， 方便安裝于窗體上， 適合本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 因此， 在溫濕度檢測模塊，采用具有穩(wěn)定性高，響應(yīng)快，抗 干擾能力強(qiáng)，并且性價(jià)比極高的 DHT11 溫濕度傳感器，此款傳感器的測量范圍也符合此次設(shè)計(jì)測量室內(nèi)溫度的要求，故采用方案三 。每個(gè) DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。測量范圍： 濕度 2090%RH， 溫度 0~50℃ ， 傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測溫元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接。 方案二：采用溫濕度一體化傳感器 LTM8901，這款集成的溫濕度傳感器包括溫度檢測濕度檢測并連接有顯示屏顯示，精度和感應(yīng)速度也達(dá)到一定要求，集成性高，但是價(jià)溫濕度檢測模塊 煤氣泄漏檢測模塊 風(fēng)力檢測模塊 雨天檢測模塊 人體紅外檢測模塊 單片機(jī)控制模塊 LCD 顯示模塊 動(dòng) 力模塊 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 3 頁 共 32 頁 格也高，不符合性價(jià)比的要求。 電路圖見附錄 1。利用單片機(jī)對(duì)各個(gè)模塊的控制，使其相互配合工作，并通過