【正文】 ......................................... 19 附錄 2 焊接圖 ...................................................................................................... 20 附錄 3 程序 .......................................................................................................... 20 基于單片機的自動開關(guān)窗設(shè)計 1 1 緒論 課題的 背景 我國的改革開放，經(jīng)濟的飛速發(fā)展，使得人們物質(zhì)生活水平不斷提高，人們對生活中各種用品的要求也越來越高，例如不僅希望擁有舒適、溫馨的住所和汽車，而且對其安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。于是在社會各階層中，各種場所中智能窗系統(tǒng)的開發(fā)和制作日益被科研單位和生產(chǎn)廠家所重視。隨著電子通訊技術(shù)的快速發(fā)展，單片機以其具有價格低、體積小、集成度高、性價比高等優(yōu)點已 在工業(yè)控制、智能儀表、數(shù)據(jù)采集以及各種家用電器等方面得到了廣泛應(yīng)用。 現(xiàn)在 市場上 的 自動 關(guān)窗裝置 固 然品種功能 多樣 ，但主要應(yīng)用在 一些較為 高檔建筑和各種公共場所， 并且 主要 的都是和窗 框 一起定 制 ， 費用 比較高 與此 同時 不管 是老的還是新建的 住房事 先安裝的基本都 是 手動推拉窗， 基本沒有 人愿意把已安裝好的窗戶 拆 掉，更換成多功能 自動 窗。 嘉興學院南湖學院畢業(yè) 設(shè)計 2 自動 窗 發(fā)展現(xiàn)狀 一種能使室內(nèi)冬暖夏涼，又不影響光照亮度的“智能窗戶”，最近由美國伯克利勞倫斯國家實驗所研發(fā)成功。 智能窗戶的關(guān)鍵，是使用了一種合成的氧化銦錫納米晶 體新材料。這種納米晶體對光和熱的傳播，可以通過電壓來調(diào)節(jié)：在嚴寒天氣，可見光和近紅外光都可以通過，從而使熱量進入房間；而在酷暑季節(jié)，施加微弱電流可使窗戶依然能夠傳播可見光，卻會阻擋近紅外光，從而避免太陽的熱量進入房間。 與此有異曲同工之妙的，是英國工程師弗雷德里克玻璃夾層中充滿水而不是空氣。玻璃夾層中的水是通過一臺熱交換器循環(huán)的。據(jù)介紹，這樣動態(tài)性地改變紅外光和熱量的吸收，是一項重大技術(shù)創(chuàng)新。 韓國研究人員研制出一種新型智能窗戶，窗玻 璃能根據(jù)室外溫度不同變黑或變透明，起到隔絕熱量或增加室內(nèi)光線的作用。 該智能窗戶由韓國電子技術(shù)研究所的林浩蘇和崇實大學的曹鄭浩、金株勇共同研制。夏季室外溫度高，智能窗戶會變暗，以“反射大部份太陽光，防止建筑內(nèi)部受陽光照射而過熱” 。智能窗戶由完全不透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變成幾乎完全透明狀態(tài) 用時很短，只需要幾秒鐘時間。 英國材料專家斯蒂芬莫里斯說，如果新型智能窗戶真能迅速在不透明和透明之間轉(zhuǎn)換，那么它將為能源節(jié)約帶來福音。 基于單片機的自動開關(guān)窗設(shè)計 3 2 設(shè)計 的任務(wù) 與 特點 本設(shè)計的主要任務(wù) 對自動窗戶功能進行設(shè)計，相應(yīng)的硬件和系統(tǒng)軟件設(shè)計，并做出控制系統(tǒng)，從而達到設(shè)計的目的：能夠顯示設(shè)定值與當前值；當室外濕度和煙霧值大于設(shè)定值時，通過電機的動作實現(xiàn)關(guān)窗 。 本設(shè)計的特點 本系統(tǒng)主要由 多個傳感器的 傳感信號處理器芯片和單片機 AT89C5電機驅(qū)動芯片以及顯示電路等組成 ，具有以下特點： 可靠性高 ： 高可靠性是系統(tǒng)應(yīng)用的前提。因此，針對系統(tǒng)在具體使用過程中可能存在的情況根據(jù)理論原理對系統(tǒng)的設(shè)計方案深刻論證嚴格把關(guān)。在設(shè)計硬件時，盡量地做到簡化設(shè)計，減少元器件的使用數(shù)量，提高復(fù)用度。實現(xiàn)功能完備的同時，系統(tǒng)的操作使用上，盡量做到簡單、方便，高度的人性化。 模塊化設(shè)計 ： 根據(jù)本系統(tǒng)是用于 自動關(guān)窗 的這一應(yīng)用目的，系統(tǒng)盡量使用模塊化設(shè)計，實現(xiàn)模塊化積木式組合與拆分的功能，便于以后的升級換代，減少二次投資，可以滿足 家庭使用 的重要性和復(fù)雜度以及使用對象對功能和 價格的選擇。其 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 框圖如圖 。 89C52 主要功能特性 1) 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 2) 8kB 可反復(fù)擦寫 閃速只讀存儲器 ； 3) 32 個雙向 的 I/O 口； 4) 256x8 比特 內(nèi)部 隨機存儲器 ； 5) 有 3個 16 位 的 可編程定時 /計數(shù)器中斷； 中 央 控 制 器 驅(qū)動器 驅(qū)動器 驅(qū)動器 步進電機 煙霧傳感器 濕度傳感器 顯示電路 檢測電路 基于單片機的自動開關(guān)窗設(shè)計 5 6） 時鐘頻率 024 兆赫茲 ； 7） 2個串行中斷，可編程 UART 串行通道； 8） 2個外部 的 中斷源，共 8 個中斷源； 9） 2個讀寫中斷口線， 3級加密位； 10） 有 低功耗空閑 狀態(tài) 和掉電模式， 能將 軟件 設(shè)置 成 睡眠 狀態(tài)并能將其 喚醒 ； 11） 有 PDIP、 PQFP、 TQFP 及 PLCC 等幾種封裝形式，以 便能夠 適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 其特點包括主IC的內(nèi)部寄存器， RAM 和外部接口的初始化數(shù)據(jù)融合，收斂調(diào)節(jié)控制，收斂測試圖控制，紅外遙控信號的接收和解碼和紅外主板和 CPU 通信的功能組件。 RST/Vpd（ 9 腳）為 引導(dǎo)內(nèi)部 復(fù)位輸入端口， 在外部與 電阻電容組成 復(fù)位電路。 P0~P3 為可編程 的 通用 I/O 腳， 其功能用途由 軟件 定義，在本 次 設(shè)計中，P0 端口（ 32~39 腳） 和 P2 端口（ 21~28 腳）被定義為 1602 顯示器的 功能 實現(xiàn)控制端口 ，分別與 1602 顯示器 相應(yīng) 的 功能管腳相連， 10~13 腳定義為 按鍵 輸入端， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號 的 功能端口，連接主板 單片機 的相應(yīng)功能端，用于 檢測 當前制式 ， 會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。當其 作為輸出口 時，每位驅(qū)動 8 個 雙極型邏輯集成電路 ，對 其 寫 “1” 時，可 當做 高阻抗輸入端 來使 用。在Flash 編程 時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校 正檢 驗時，輸出指令字節(jié)， 校正檢 驗 時，要求外接電阻 并 上拉 。對 其 寫 “1” ，通過內(nèi)部 自帶 的上拉電阻把端口拉到高電平， 這 時可作輸入口。與89C51 不同 的 是， 和 還可 以 分別 當做 定時 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和輸入（ ） 見表 ， 在 閃存 編程和程序 校正檢驗 期間，P1 接收低 8 位 的 地址。對 其 寫 “1” ，通過 自帶 的上拉電阻 將 端口拉到高電平， 這 時可 將其 作輸入口， 當 作 為 輸入口 來 使用時，因為內(nèi)部 有 上拉電阻， 當外部信號引腳被拉低 時會輸出一個電流 (IIL)。在訪問 8 位地址的外部 的 數(shù)據(jù) 存儲器 （如 實現(xiàn) MOVX RI 指令）時， P2 口輸出 P2 鎖存器 中 的內(nèi)容。 P3 是 擁 有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。對 其 寫入 “1” 時， 通過 內(nèi)部上拉電阻拉 將電平變成 高 電平 并可作為輸入端口。 P3 口除了作為 普通 的 I/O 口線外，更重要的是它的第二 作用見表 ， P3 口還 可以 接收一些用于 閃速存儲器 編程 和程序 校正檢驗 的 控制信號 。 在 振蕩器 進行 工作時， 只要 RST引腳 出現(xiàn)兩個 及以上 機基于單片機的自動開關(guān)窗設(shè)計 7 器周期 的 高電平 就 將 單片機 復(fù)位。 通常 情況下， ALE 以 時鐘 的 振蕩頻率的 1/6固定的 輸出 脈沖信號，因此它可 用于 對外輸出時鐘 信號 或用于定時。對 閃存 存儲器 編程期間， 這個 引腳 還 被當做 輸入編程 的 脈沖（ PROG）。 這個 位置位 以 后，只有一條 MOVX 指令 和 MOVC 指令才能 夠 將 ALE 啟動 。 PSEN 程序儲存 使能 （ PSEN）輸出是外部程序 存儲器 的讀選通 脈沖 信號，當AT89C52 由外部 程序 memory取指令（或數(shù)據(jù)）時， 在一個 機器周期 中 PSEN 有兩次是 有效 的 ，即輸出兩個脈沖 信號 。 EA/VPP 外部訪問允許。如 EA 端接 Vcc 端， CPU 就會 執(zhí)行內(nèi)部 程序 memory 中的指令。 XTAL1 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 在 AT89C52 片 內(nèi) memory 中， 80HFFH 的 共 128 個單元 是 SFR 并 不是 所有的地址都被定義，從 80H— FFH 只有一 小 部分 是 被定義 的 ，還有 一部分 并 沒有 被 定義。這些 地址 單元在將來的 使用 中可能 會有 新的功能，在這種情況下，復(fù)位后這些 地址 單元 中數(shù)據(jù) 總是 為 “0” 。 當一條指令訪問 的地址為 7FH 以上的內(nèi)部單元時，指令中 所 用 到 的 尋址方式 是 有區(qū)別 的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高 128 字節(jié) RAM 還是訪問 SFR。 定時器 0和定時器 1： AT89C52 的 定時器 0 和定時器 1 的工作方式與 AT89C51 相同。如果 想用 74LS373對電機進行 驅(qū)動 ， 那么 必須 要有 許多寄存器 的配合 才能 夠 驅(qū)動 電機 ， 因此考慮 使用 ULN2020芯片 來驅(qū)動步進電機。每一對達林頓都串聯(lián)一個 ，在 5V工作電壓下與 TTL和 CMOS電路直接相連，可以直接處理需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。 電機驅(qū)動的關(guān)鍵要點就是 準確 控制電機旋轉(zhuǎn)的角度。正 轉(zhuǎn)和 反 轉(zhuǎn)控制程序根據(jù)控制脈沖序列 的要求 ，使用相應(yīng)的系統(tǒng)模型，并確定 是否大幅度轉(zhuǎn)向， 使 用 改 變脈沖寬度 的方式來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速 。 一般都是用邏輯電路來對 步進電機 進行 脈沖控制 ，單片機控制 電機時， 電機的運行方式、方向及轉(zhuǎn)速 通?？梢酝ㄟ^編寫相應(yīng)的程序 由 I /O口輸出脈沖 信號 來決定。時，外 部 所 能看到 到的設(shè)備才轉(zhuǎn)動 1176。 圖 電機驅(qū)動原理圖 基于單片機的自動開關(guān)窗設(shè)計 9 DHT11 傳感器 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款 復(fù)合傳感器 。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC測溫元件。 采用 單 總 線 串行接口，使系統(tǒng)變得 簡便而 快捷。產(chǎn)品 采用 4 針單排 的引腳封裝 形式，在使用中 方便 連接 ，其 管腳如表 。傳感器 在得 電后，要等待 1s 以 達到 穩(wěn)定 的 狀態(tài)。 DATA 用于 中央處理器 與 DHT11之間的 信息傳送 和 通訊 ,一次通訊 周期 4ms左右 ,數(shù)據(jù) 由 小數(shù)部分和整數(shù)部分 兩部分組成 ,具體 傳送 格式 如下 說明 .操作流程如下 : 一次完整的數(shù)據(jù) 總長度 為 40字節(jié) ,高位 數(shù)據(jù) 先出。 正確 的數(shù)據(jù)它的 校驗和數(shù)據(jù)等于 “8 字節(jié) 濕度整數(shù) 部分數(shù)據(jù) +8字節(jié) 濕度小數(shù) 部分 數(shù)據(jù) +8字節(jié) 溫度整數(shù) 部分 數(shù)據(jù) +8字節(jié) 溫度小數(shù) 部分 數(shù)據(jù) ” 的 結(jié)果的 最后 8位。 MQ2 煙霧傳感器 MQ2 氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的 SnO2。這種 氣體 傳感器可 以 測 出 多種 危險 氣體，是一中符合不同場所應(yīng)用的 成本 低效果理想的 傳感器，其基本測試電路如圖 所示。其中 VH 用于 對 傳感器 進行加熱使其能夠正常的工 作 。這種傳感器具有 一定 的極性， VC 只能使用 直流電源 供電 。 ADC0832 ADC0832 是一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。學習并使用 ADC0832 可是使我們了解 A/D 轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機技術(shù)水平的提高。 芯片A/D的 轉(zhuǎn)換時間僅為 32μS， 通過雙輸出數(shù)據(jù)檢驗 ，以減少 轉(zhuǎn)換過程中 數(shù)據(jù)誤差 。 通常 情況下 ADC0832 有 4根數(shù)據(jù)線與 單片機的接口 相連接 。 在將要 進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，須先將 CS 使能端 的電平變?yōu)?低 而且要一直維持這種 低電平 狀態(tài)等 到轉(zhuǎn)換完全 才可改變 。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。 基于單片機的自動開關(guān)窗設(shè)計 11 LCD1602 液晶顯示 1602 液晶 顯示 ，它是一種專門用來顯示 簡單數(shù)據(jù)的 點陣 型液晶模塊。1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 圖 1602管腳圖 1602 的管腳功能如下 ： 第 1 腳： VSS 為 接地端 。 第 3 腳： V0 用來調(diào)節(jié)對比度 ， 為了更好的顯示字符可以連接一個 10K 的滑動變阻器來進行對比度的調(diào)節(jié)。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能端 ,高電平（ 1）時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。 第 15～ 16 腳： 或空腳背景電源 。 4 軟件設(shè)計 主程序流程圖 本系統(tǒng)的 單片機 使用了 ATMEL公司的低 功耗單片機 STC89C52。當產(chǎn)生中斷時， 單嘉興學院南湖學院畢業(yè) 設(shè)計 12 片機 被喚醒并執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，從中斷子程序返回后，系統(tǒng)又進入到待機模式。 整個系統(tǒng)軟件需要對溫度傳感器 DHT1 MQ2煙霧 傳感器 、窗戶控制系統(tǒng)進行管理。 以上所有模塊均在主程序中完成初始化過程 ，系統(tǒng)流程 圖如圖 。 大于設(shè)定值 開始 結(jié)束 N Y 系統(tǒng)初始化