【正文】 作，打開窗戶將有毒氣體排到窗外，這樣既有效地防止人中毒，也能避免火災、爆炸事故的發(fā)生。旋轉，便于高層住戶擦拭玻璃。其中，機械傳動部分要由窗框、窗扇、齒輪齒條等。其整體結構如圖 11 所示。通過學習機械設計知道，齒輪齒條傳動傳動較為準確、可靠，并且機械效率高 [18]，因此，選定齒輪齒條傳動能滿足智能窗傳動任務的要求。圖 2—1 齒輪齒條傳動 齒輪齒條參數選擇 由于此傳動所帶負載不是很大，故齒輪齒條參數選取較為寬松，根據具體需要確定其主要參數為：齒輪：m= Z=20d=mz=30mmβ=20176。P=πm== 窗框與窗扇的結構設計 窗框結構設計 此窗框是在常規(guī)窗框的基礎上進行的更改設計，在窗框上下兩側各開一道滑移槽，使窗扇開關窗時在滑移槽內滑動實現關窗。其具體設計見圖 13 窗框結構圖。具體設計見圖 23。旋轉，特別將電機卡座設計成可上下移動的形式。圖 24 滑移槽設計圖河南工業(yè)職業(yè)技術學院5 圖 25 步進電機滑槽設計裝配局部圖 180176。旋轉功能，此設計解決了樓層高的住戶擦拭玻璃困難的問題。圖 26 180176。它采用超大規(guī)模技術將具有數據處理能力的微處理器(CPU)、存儲器（含程序存儲器 ROM 和數據存儲器 RAM） 、輸入、輸出接口電路(I/O 接口)集成在同一塊芯片上，構成一個既小巧又很完善的計算機硬件系統(tǒng)，在單片機程序的控制下能準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規(guī)定的任務。1）SCM 即單片微型計算機（Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結構。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上，Intel 公司功不可沒。3)MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當數 Philips 公司。4)單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了 SOC 化趨勢。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng) [4]。CMOS 芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細管理狀態(tài)。CMOS 電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。隨著技術和工藝水平的提高，又出現了 HMOS（高密度、高速度 MOS）和 CHMOS 工藝。目前生產的 CHMOS 電路已達到 LSTTL 的速度，傳輸延遲時間小于 2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于 TTL 電路。（2）高性能化 主要是指進一步改進 CPU 的性能，加快指令運算的速度和提高系統(tǒng)控制的可靠性?，F指令速度最高者已達 100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒） ，并加強了位處理功能、中斷和定時控制功能。由于這類單片機有極高的指令速度，就可以用軟件模擬其I/O 功能，由此引入了虛擬外設的新概念。（4）低功耗化 單片機的功耗已從 Ma 級，甚至 1uA 以下；使用電壓在 3 至 6V 之間，完全適應電池工作。但在需要復雜控制的場合，該存儲容量是不夠的，必須進行外接擴充。目前，單片機內 ROM 最大可達64KB，RAM 最大為 2KB（6）低電壓化 幾乎所有的單片機都有 WAIT、STOP 等省電運行方式。低電壓供電的單片機電源下限已可達 1 至 2V。 AT89S51 單片機簡介 隨著半導體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機的集成度將更高、體積將更小、功能更強。這樣，80C51 就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展出上百品種的大家族，現統(tǒng)稱為 80C51 系列。專家認為，雖然世界上的 MCU 品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，80C51 系列可能最終形成事實上的標準 MCU 芯片 [6]。其片內含 4K bytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存儲技術生產，兼容標準 8051 指令系統(tǒng)及引腳。主要性能參數：（1）與 MCS51 產品指令系統(tǒng)完全兼容（2）4K 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）Flash 閃速存儲器（3）1000 次擦寫周期（4） 的工作電壓范圍（5）全靜態(tài)工作模式：0HZ33MHZ（6）三級程序加密鎖（7）128*8 字節(jié)內部 RAM32 個可編程 I/O 口線（8）2 個 16 位定時/計數器（9）6 個中斷源（10）全雙工串行 UART 通道（11）低功耗空閑和掉電模式（12）中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)（13）看門狗（WDT）及雙數據指針（14）掉電標示和快速編程特性（15）靈活的在系統(tǒng)編程（ISP字節(jié)或頁寫模式） 數據檢測傳感器的選擇 數據檢測傳感模塊組成 根據該設計的功能要求數據檢測傳感系統(tǒng)由四個部分組成： 1)光度傳感電路； 2)風速傳感電路；3）濕度傳感電路；4)有害氣體傳感電路；5) 紅外防盜傳感器。它是實現自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié) [9]。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。電路圖如圖 21 所示。風速傳感器風速傳感器是將空氣的流動速度變量轉換成有一定對應關系的輸出信號的裝置。在本設計中采用風杯式 —YH12X 風速傳感器，產品見圖 32。風向測量采用進口紅外光電管,格雷碼盤等器件。計算原理如下：每秒種產生光電脈沖的個數：n 齒輪的圓周半徑 ： R (m)河南工業(yè)職業(yè)技術學院9齒輪的總個數： N風杯軸承的傳動系數：η風杯的線速度 : V 1(m/s)風速：V （m/s）風速的計算公式為： ?V?(31)風杯的轉動線速度： NnR36021?(32)可通過轉換處理將數據以其他形式輸出，傳遞給其他智能設備。濕度傳感器Honeywell 公司的 HIH3610 濕度傳感器是為大批量 OEM 設計，具有濕度儀表級測量性能，低成本，SIP 封裝。特點：濕度傳感器 HIH3610 主要性能： （1）熱固性聚合物電容濕度傳感器，帶集成信號處理電路 （2）3 針可焊塑封 （3）寬量程：0～100％RH 非凝結，寬工作溫度范圍–40～85℃（4）高精度：177。該產品具有結構緊湊，體積小，功耗低，測量精度高，穩(wěn)定性好，壽命長等優(yōu)點。（1）檢測原理：本傳感器元件采用的是定電位電解原理，組成主要由三個電極組成，電極材料是河南工業(yè)職業(yè)技術學院10貴金屬催化劑，主要是鉑黑，其中各電極的作用如下：工作電極（W）：一氧化碳氣體的氧化，對電極（C）：氧氣的還原，對電極（R）：為工作電極提供恒定電位。電極反應如下。（2）技術指標：表 31 MY1000 技術性指標 范圍參數檢測范圍 0 至 1000ppm相對誤差 177。熱釋電紅外傳感器 PIS209S 就是靠探測人體發(fā)射的 10μm 左右的紅外線而進行工作的。制造熱釋電紅外傳感器的高熱材料是一種廣譜材料，它的探測波長范圍為 ～20μm。此濾波片只允許某些波長范圍的紅外光通過，而阻止燈光、陽光和其它紅外光通過。菲涅爾透鏡是一種由塑料制成的特殊設計的光學透鏡，它可以將人體輻射的紅外線聚焦到熱釋電紅外傳感器上，從而提高傳感器的靈敏度，擴大監(jiān)視范圍。傳感器的兩個反向串聯的熱釋電元件輪流感受到運動物體，所以人體的紅外輻射以紅外脈沖的形式不斷改變熱釋電元件的溫度，使之輸出一串脈沖信號，若人體在傳感器前不動則不會有輸出，信號放大電路如圖 34 所示： [1]　L M 3 2 4L M 3 2 4++P I S 2 0 9 SDSG1M1 U F1M0.01UF0 . 0 1 U F0 . 0 1 U F4 7 K1 0 K10K2 M4 1 M47UF1 0 U F10KV o u t圖 34 熱釋紅外傳感器放大電路 A/D 轉換電路的設計 A/D 轉換器的選型 [8]轉換速度是指完成一次 A/D 轉換所需時間的倒數，是一個很重要的指標。通常，8 位逐次比較式 ADC 的轉換時間為 100us 左右。 位數的選擇A/D 轉換器的位數決定著信號采集的精度和分辨率。對于該 8個通道的輸入信號，8 位 A/D 轉換器，其精度為 %?? (41)輸入為 0～5V 時，分辨率為 (42)—A/D 轉換器的滿量程值Fsv—ADC 的二進制位數N河南工業(yè)職業(yè)技術學院１２量化誤差為 (43)VvQNFs )1(52)1(8????ADC0809 是 TI 公司生產的 8 位逐次逼近式模數轉換器，包括一個 8 位的逼近型的ADC 部分，并提供一個 8 通道的模擬多路開關和聯合尋址邏輯，為模擬通道的設計提供了很大的方便。 ADC0809 內部功能與引腳介紹 [16]把連續(xù)變化量變成離散量的過程稱為量化，也可理解為信號的采樣。采樣保持為了能不失真的恢復原模擬信號，采樣頻率應不小于輸入模擬信號的頻譜中最高頻率的兩倍，這就是采樣定理，即Fs2Fimax（1）由于 A/D 轉換需要一定的時間，所以在每次采樣結束后，應保持采樣電壓在一段時間內不變，直到下一次采樣的開始。（2）量化與編碼 模擬信號經采樣保持電路后，得到了連續(xù)模擬信號的樣值脈沖，他們是連續(xù)模擬信號在給定時刻上的瞬時值，并不是數字信號。以上為 A/D 轉換的一般步驟，在本電路中由ADC0809 芯片完成 內部結構及主要性能ADC0809 八位逐次逼近式 A／D 轉換器是一種單片 CMOS 器件，包括 8 位模擬轉換器、8 通道轉換開關和與微處理器兼容的控制邏輯。其內部結構如圖 26 所示。1LSB（最低有效位）（11）轉換時間 128 微秒（12）轉換精度：% ADC0809 沒有內部時鐘，必須由外部提供，其范圍為 10～1280kHz。河南工業(yè)職業(yè)技術學院１３1234567891 01 11 21 32 82 72 62 52 42 32 22 12 01 91 81 71 61 51 4 I N 3 I N 4 I N 5 I N 6 I N 7 S T A R T E O C D 3 O E C L K V c c R E F ( + ) G N D D 1 I N 2 I N 1 I N 0 A B C A L E D 7 D 6 D 5 D 4 D 0 D 2 R E F ( )ADC0809圖 37 ADC0809 引腳圖IN0～IN7：8 個通道的模擬量輸入端，可輸入 0～5V 待轉換的模擬電壓。三態(tài)輸出，D7 是最高位，D0 是最低位。當 CBA=000 時，IN0 輸入；當 CBA=111 時，IN7 輸入。該信號在上升沿處把 ABC 的狀態(tài)鎖存到內部的多路開關的地址鎖存器中，從而選通 8 路模擬信號中的某一路。從 START 端輸入一個正脈沖，其下降沿啟動 ADC0809 開始轉換。EOC：轉換結束信號輸出端。OE：輸出允許端。ADC0809 的典型時鐘頻率為 640kHz，轉換時間約為 100μs。ADC0809 的參考電壓為＋5V。ADC0809 使用＋5V 單一電源供電。在 START 上升沿時，所有的內部寄存器清零，在下降沿時，開始進行 A/D 轉換，此期間 START 應保持低電平。OE 為低電平時，D0～D7 為高阻狀態(tài)，OE 為高電平時，允許轉換結果輸出。由于 ADC0809 無片內時鐘，時鐘信號可由單片機的 ALE 信號經 D 觸發(fā)器二分頻后獲得。該題目中單片機時鐘頻率采用 6MHz, 二分頻后為 500Hz,符合 ADC0809 對頻率的要求。其對應關系如下表所示。表 33 地址通道對應關系地址碼A B C河南工業(yè)職業(yè)技術學院１４控制信號：將 作為片選信號，在啟動 A/D 轉換時，由單片機的寫信號和 控制 ADC 的地址鎖存和啟動轉換。在讀取轉換結果時，用單片機的讀信號 和 引腳RD經或非門后，產生正脈沖作為 OE 信號，用一打開三態(tài)輸出鎖存器。P 1 . 0 1 R X D P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3 2 3 4 5P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7 T X DI N T 0I N T 1 T 0 6 7 8 R S T 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4