【正文】 書簽。 智能家居控制系統(tǒng)可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化功能可以提供遙控、家 電（空調(diào)，熱水器等）控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、窗 戶 自控、防盜報警、電話遠程控制、可編程定時控制及計算機控制等多種功能和手段。因智能家居控制系統(tǒng)布線簡單、功能靈活，擴展容易而被人們廣泛接受和應(yīng)用。 本 窗戶控制 系統(tǒng)不僅具有采集控制方便、簡單、靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高采各模塊和芯片的協(xié)調(diào)性，從而大大提高系統(tǒng)的可利用性。并且實現(xiàn)了學(xué)習(xí)型定時和自動控制功能，為控制家居設(shè)備提供了良好的基礎(chǔ)。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢下應(yīng)運而生的。隨著新技術(shù)和自動化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來越大，功能也越來越強，各種 傳感器都已經(jīng)標準化、模塊化，這給智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計提供極大方便。硬件部分由單片機擴展的外圍電路以及各種實現(xiàn)單片機系統(tǒng)控制東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告 6 功能的接口電路組成；軟件部分主要由單片機系統(tǒng)實現(xiàn)其特定控制功能的各種程序組成。同時，系統(tǒng)在針對人們一般需求的設(shè)計開發(fā)外，還提出多種解決方案，在考慮到經(jīng)濟性和簡便性的前提下，可以供日后對控制系統(tǒng)的功能進行擴展。系統(tǒng)的總體設(shè)計采用以直流減速電機作為單片機控制元件，執(zhí)行窗戶開閉的主要任務(wù)；以溫濕度傳感器、粉塵傳感器、雨滴傳感器作為檢測元件，以提供單片機外界環(huán)境的變化； ARM contextM4單片機作為主控制芯片，控制著整個系統(tǒng)的運行，此外，輔助以鍵盤和顯示電路，在各個電路模塊的配合下最終實現(xiàn)了自動窗戶控制系統(tǒng)的智能化要求。 （ 2）總體設(shè)計方案： 給出了智能窗戶控制裝置的總體方案設(shè)想，智能項目，和設(shè)計結(jié)構(gòu)規(guī)劃。 （ 4）軟件設(shè)計：介紹各個功能模塊的的設(shè)計流程以及設(shè)計思路。 設(shè)計思想及基本功能 該系統(tǒng)具有一般的窗戶控制系統(tǒng)的最基本的功能，即通過電動按 鈕來開閉窗戶，在此基本功能的前提下，本設(shè)計根據(jù)需求還設(shè)計了可以根據(jù)溫度、濕度、粉塵濃度和下雨量自動開閉窗戶的功能，在選取設(shè)計方案和采用元器件方面，該系統(tǒng)本著簡單實用經(jīng)濟的思想，盡量簡化電路設(shè)計，同時又能學(xué)到知識的目的來達到設(shè)計要求。 窗 戶 的 開、關(guān) 和停止功能可 由單片機輸出電平來控制 直流 電機的運轉(zhuǎn)以實現(xiàn)。 根據(jù)課題設(shè)計的要求和課題目標，制定出了系統(tǒng)的設(shè)計方案，并通過比較論證，選擇合適的器件。 系統(tǒng)組成 根據(jù) 智能窗戶 的功能要求，設(shè)計的 智能窗戶 主要由控制器、顯示模塊、驅(qū)動模塊、 傳感器檢測 模塊 、按鍵模 塊 以及電源模塊等組成。 圖 21 系統(tǒng)方框圖 方案論證與比較 方案一： 采用嵌入式處理器 （ ARM)作為控制器。 方案二： 采用 FPGA 或 CPLD 作為系統(tǒng)的控制器。不過這個控 制器成本高，引腳多， PCB 布線復(fù)雜。 AT89C51 單片機比較簡單可靠，編程容易。 但是為了能夠跟多的學(xué)習(xí) ARM 的單片機，且本人手上正好有 K60 的單片機所以為了學(xué)習(xí)選擇 方案 一 。 方案 一 ： 利用變壓器將 220V 市電降壓成 12V 交流電壓，通過橋式整流電路整流后再通過三端穩(wěn)壓器 7805 輸出穩(wěn)定的 5V 電壓，在經(jīng)過 芯片輸出穩(wěn)定的 電壓。 方案論證與比較 方案一 ：使用 1M歐姆， 1M長導(dǎo)線 通過測量導(dǎo)線電壓來確定窗位置，使用精度較高的金屬混合物電阻。 綜合考慮，根據(jù)實際情況，選擇 方案二 。 傳感器模塊 溫度傳感器模塊 方案 1 ：使用 PT100 溫度傳感器 PT100是鉑金屬正溫度系數(shù)熱敏傳感器，它測量溫度范圍大，價格便宜， PT100 溫度傳東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告 10 感器還具有抗振動、穩(wěn) 定性好、準確度高、耐高壓等優(yōu)點。 PT100輸出量為模擬量。現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 使用 PT100溫度傳感器要附加放大器電路和 AD轉(zhuǎn)換電路，成本高，占用電路板空間大，不宜 于設(shè)計開發(fā)。玻璃上的雨滴越多，反射回來的光線就越少。 綜合考慮，根據(jù)實際情況，選擇雨滴傳感器。雨滴傳感器性能優(yōu)異工作穩(wěn)定， 精度高，反映靈敏。 方案 2：使用 SMPWM01B檢測粉塵 通過對空氣中粉塵顆粒的質(zhì)量檢測來反應(yīng)當前空氣中的粉塵濃度，但是編程需要用到中斷，可能會給系統(tǒng)帶來負擔。 綜合考慮，根據(jù)實際情況，選擇 GP2Y1010AU0F 檢測粉塵，方便編程。 方案一：數(shù)碼管。從電氣上， 8 段數(shù)碼管又分為共陰和共陽兩種。數(shù)碼管顯示雖然簡單編程容易，但是它只能夠顯示簡單的數(shù)字和字母，而且功耗較大。但是編程 難度較高，亮度較低。 設(shè)計的方案論證與比較 方案一：購買 窗體 。但是這種窗戶價格很貴，而且還不一定由廠家愿意做，比較耗時。 綜上考慮， 為了能夠更多學(xué)習(xí)鍛煉自己的動手能力所以 選擇方案二。 L298N 是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它響應(yīng)頻率高，一片 L298N 可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。 方案 二 ：采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制 ， 采用繼電器對電動機的開或關(guān)進行控制，通過開關(guān)的切換對 滅火小車進行控制 。 綜上所述，選用方案 一 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告 12 第三章 單元電路設(shè)計 主控制器 單片機是指一個集成在一塊 芯片上的完整計算機系統(tǒng)。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。 早期的單片機都是 8 位或 4 位的。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機系統(tǒng)。隨著工 業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。隨著 INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用，32 位單片機迅速取代 16 位單片機的高端地位，并且進入主流市場?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告 13 小系統(tǒng) 圖 31 為 K60 封裝引腳圖 Kiis系列微控制器是飛思卡爾公司于 2021年下半年推出的基于 ARM CortexM4內(nèi)核的微控制器，是業(yè)內(nèi)首款 CortexM4 內(nèi)核芯片。 Kiis 微控制器系列融合了最新的低功耗革新技術(shù)，具有高性能、高精度的混合信號能力，寬廣的互連性，人機接口和安全外設(shè)。多個獨立的閃存模塊使同時進行代碼執(zhí)行和固件升級成為可能 ?可選的 16 KB 緩存用于優(yōu)化總線帶寬和閃存執(zhí)行性能 ?Flex 存儲器具有高達 512 KB 的 FlexNVM 和高達 16 KB 的FlexRAM。 FlexRAM 支持 EEPROM 字節(jié)寫 / 字節(jié)擦除操作，并且指示最大 EEPROM 空間 ?EEPROM 最高超過一千萬次的使用壽命 ?EEPROM 擦除/ 寫速度遠高于傳統(tǒng)的 EEPROM ?模擬混合信號： ?快速、高精度的 16 位 ADC、 12 位 DAC、可編程增益放大器、高速比較器和內(nèi)部電壓參考。 C 到 105 176。其電路原理圖如圖 32 所示。同時，在輸出端接上電容是為了除集成穩(wěn)壓器的輸出噪聲，特別是高頻噪聲。它是利用被檢測物對光束的遮擋，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無 其內(nèi)部電路如圖 311所示。電路圖如圖 312所示。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與卓越的長期穩(wěn)定性。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告 17 響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。校準系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測 信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達 20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。典型應(yīng)用電路如圖 321 圖 321 典型電路 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 ,一次通訊時間 4ms 左右 ,數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分 ,具體格式在下面說明 ,當前小數(shù)部分用于以后擴展 ,現(xiàn)讀出為零 .操作流程如下 : 一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為 40bit,高位先出。 用戶 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 ,等待主機開始信號結(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 ,用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù) .從模式 下 ,DHT11 接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集 ,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號 ,DHT11 不會主動進行溫濕度采集 .采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式電路連接如圖 322 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告 18 圖 322 雨滴傳感器 模塊 雨滴傳感器又叫雨滴檢測傳感器，用于檢測是否下雨及雨量的大小，廣泛用于汽車自動刮水系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)和智能天窗系統(tǒng)中。 由于這種傳感器比較貴，所以我就利用濕敏電阻加 LM393比較器做的一個簡易雨滴傳感器由于 AC 端是 R1 與濕敏電阻的分壓，當濕敏電阻發(fā)生改變時，同時改變 AC 電壓，通過 AD 口讀取 AC 電壓即可根據(jù)比例求出當前雨量和是否下雨。暗室內(nèi)的平行光與受光部的視野成直角交叉構(gòu)成靈敏區(qū)（圖中斜線部分）， 粉塵通過靈敏區(qū)時，其 90℃方向散射光透過狹縫射進來由光電倍增管接收并轉(zhuǎn)換成光電流，經(jīng)光電流積 分電路轉(zhuǎn)換成與散射光成正比的電信號，通過放大電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路輸入單片機，單片機計算出粉塵 的質(zhì)量濃度并顯示和信號輸出。模塊供電是 ，同時兼容 2種通信方式： 4線 SPI、IIC，通信模式的選擇可以通信兩個零歐電阻來跳選。 OLED屏具有多個控制指令，可以控制 OLED的亮度、對比度、開關(guān)升壓電路等指令。連接電路如圖 411所示 圖 411 電機驅(qū)動電路的設(shè)計 L298N 概述 CPU 輸出 PWM 信號 ,電壓為脈沖形式。使用電機驅(qū)動模塊的目的就是將 CPU 的輸出電流放大 ,從而獲得足夠大的力矩 ,驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。 L298N 為含有 15 個引腳的直插式芯片 ,其主要性能 : (1)體積小 (5mm)； (2)操作電壓范圍大 :操作電壓 Vs 范圍從 4~46V； (3)抗干擾能力強 :低于 的電壓均視為低電平 ,對噪聲有較強的抑制作用； (4)配備散熱片 ,減少溫度對電子元器件的影響； (5)邏輯電平 Vss 為 +5V； (6)工作效率高 :1 塊 L298N 可以驅(qū)動 2 臺電機 ,故每輛小車只需配備 1 塊 L298N； (7)輸出電流大 :L298N 可以將電流放大到 4A。 5， 7， 10， 12 腳接輸入控制電平，控 制電機的正反轉(zhuǎn)。表 是 L298N 功能邏輯圖。由表 1 可知 EnA為低電平時，輸入電平對電機控制起作用，當 EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eA3D a t e : 27 M a y 20 10 S he e t of F i l e : C : \ D oc u m e nt s a nd S e t t i ng s \ A dm i ni s t r a t o r \ 桌面 \ E x a m pl e s \ M yD e s i gn .dd bD r a w n B y :E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U280 5 1Y111 .05 9 2MC130pC230pV S S9VS4O U T 12O U T 23O U T 414O U T 313I S E N A1I S E N B15I N 15I N 27I N 310I N 412E N A6E N B11GND8L 29 8 N+C3 22uS1V C CV C C1234567111213