【正文】 2 為 ADC0832 芯片引腳說明表 。 表 22 ADC0832型號芯片管腳說明表 引 腳 符號 功能說明 1 CS_ 低電平芯片使能，片選使能。 2 CH0 作為 IN+/使用，模擬輸入通道 0。 3 CH1 作為 IN+/使用，模擬輸入通道 1。 4 GND 芯片的參考零電位（地） 。 基于 單片機(jī)的多功能智能窗的 設(shè)計 11 表 21 1602 管腳說明表 5 D1 數(shù)據(jù)信號輸入。 6 D0 數(shù)據(jù)信號輸出。 7 CLK 芯片 的時鐘輸入。 8 REF /VCC 參考電壓輸入。 軟件設(shè)計方案 本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用分塊設(shè)計，有 89C52RC芯片、溫濕 度傳感模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊、煙霧光敏傳感模塊等組成的。軟件設(shè)計 分成各個模塊的程序，有主程序控制 需要是通過調(diào)用的方式顯現(xiàn)其功能 。 軟件 主程序如圖 26所示 。 福州大學(xué) 至誠 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 開 始L C D 1 6 0 2 初 始 化且 關(guān) 閉 窗 戶串 口 初 始 化關(guān) 閉 定 時 器 ， 進(jìn) 入 時 間和 其 他 模 擬 量 的 初 始 化手 動 按 鍵窗 戶 開 啟 或 開 啟按 鍵 掃 描步 進(jìn) 電 機(jī) 運(yùn) 行按 鍵 是 否 按 下保 存 設(shè) 定 值調(diào) 用 A D C 轉(zhuǎn) 化（ 亮 度 和 溫 濕 度 的 轉(zhuǎn) 化 ）模 擬 量 超 出設(shè) 定 值步 進(jìn) 電 機(jī) 做出 相 應(yīng) 的 動 作E N D步 進(jìn) 電 機(jī) 運(yùn) 行是 否 有 紅外 感 應(yīng)關(guān) 窗 并 報 警NNYY 圖 26 軟件主程序圖 基于 單片機(jī)的多功能智能窗的 設(shè)計 13 系統(tǒng)特點(diǎn) 從整體上看，多功能智能窗的系統(tǒng)主要是通過采集溫濕度的模塊進(jìn)行模擬量傳遞 ， 通過時間設(shè)定和無線遙控手動開關(guān)來實(shí)現(xiàn)開關(guān)窗，使用戶體會到智能化的生活，而且通過觸動紅外傳感模塊報警保證私有財產(chǎn)的安全。 創(chuàng)新性：窗戶的開或關(guān)是通 過外部的多個傳感器和單片機(jī)的配合實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)有物體碰觸紅外傳感器 時，環(huán)境異常蜂鳴器發(fā)出警報來提醒室內(nèi)的主人環(huán)境異常 ， 及時作出處理，這樣 使 人們 能夠 在更加 安全的 環(huán)境下 生活。 科學(xué)性：在過去，家里的窗戶都是 通過 人工去開啟或是關(guān)閉， 在主人外出 的情況下，像煤氣泄漏或有濃煙、下雨、有小偷等等其他意外發(fā)生時 ， 則無法及時開啟或自動的關(guān)閉窗戶，可能給 用戶 造成損失，而現(xiàn)在多功能智能窗戶就能 及時的解決這一類困擾 人 們很久的問題，它可以符合客戶的 很多 需求，而且 當(dāng) 意外出現(xiàn)時，也 能夠 過應(yīng)付自如。 先進(jìn)性： 能夠通過各個傳感器對環(huán)境模擬進(jìn)行檢測，同時單片機(jī)作出處理，屏幕顯示環(huán)境參數(shù)，結(jié)合檢測模塊，窗戶實(shí)現(xiàn)自動開啟或自動關(guān)閉的功能。而且可以通過遙控控制器開關(guān)窗。不同的芯片相互通信。 單片機(jī)是該系統(tǒng)的核心控制器，該芯片相對而言 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且可靠性高，處理能力快，簡單好用。 可以說，不管是部分還是整體，設(shè)計的多功能智能窗的系統(tǒng)可能存在不足，但是也有自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢 。 本章小結(jié) 本章對此次設(shè)計中所需要的 功能提出了不同的實(shí)現(xiàn)方案并加以比較和選擇，選定了以STC89C52RC 芯片為主控芯片， DHT11 溫濕度探測器模塊， ULN2021 芯片來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)做出相應(yīng)的動作，紅外檢測開關(guān)通過蜂鳴器 進(jìn)行警報模塊。然后分別詳細(xì)介紹各模塊的功能及引腳連接等，使系統(tǒng)方案更具備理論依據(jù)，系統(tǒng)設(shè)計更具有可靠性和可行性。 福州大學(xué) 至誠 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 14 第 3 章 硬件電路的設(shè)計 單片 機(jī)的最小系統(tǒng) 首先要制作一個支持主控芯片正常工作的核心工作系統(tǒng)，并且可以穩(wěn)定工作。需要具備供電源供電、晶振電路、復(fù)位電路等模塊組成，其各個模塊具體如下。 介紹單片 機(jī)的接口 STC類的 51單片機(jī)封裝和其他系列單片機(jī)大同小異，都是 40引腳，工作電壓為 5V，同時還增加了具有 IIC總線功能的串行口。其單片機(jī)引腳圖如圖 31所示。 圖 31 單片機(jī)引腳圖 在實(shí)際制作時，可以靈活選擇 I/O口來方便布線和放置器件， 但是要 注意 的 一點(diǎn)是： 如有 利用到中斷和定時器功能時，應(yīng)該盡可能避免把功能口作為普通口進(jìn)行使用，否則 可能導(dǎo)致該設(shè)置 中斷或者定時事件 的誤發(fā)生 。 基于 單片機(jī)的多功能智能窗的 設(shè)計 15 復(fù)位電路 在復(fù)位端口通過接一個電阻連到電源。通過按下電源開關(guān)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位。 RST引腳是單片機(jī)的復(fù)位信號端 口。復(fù)位電路主要由芯片內(nèi)和芯片外兩個部分組成，先是由芯片的外部電路發(fā)出復(fù)位信號傳輸?shù)接|發(fā)器，再由芯片內(nèi)部電路對觸發(fā)器輸出的信號進(jìn)行采樣，最后得到的就是內(nèi)部復(fù)位需要的信號，復(fù)位信號的有效電平為高電平，有效時間能持續(xù) 24個振蕩脈沖周期以上 [8]。 因此采用如圖 32的復(fù)位電路。復(fù)位 是單片機(jī)的初始化操作， 在單片機(jī)執(zhí)行的過程中，一旦 發(fā)生復(fù)位，單片機(jī)重置運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)段都要 從 0000H單元開始執(zhí)行操作。 圖 32 復(fù)位電路圖 振蕩的時鐘電路 在單片機(jī)的 XTAL1和 XTAL2引腳接上晶體振蕩器和電容 ，晶體振蕩器和電容是定時控制元件，就可以構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，而且在單片機(jī)的內(nèi)部有一個高增益反相放大器，晶體振蕩器和微調(diào)電容通過跨接在 XTAL1和 XTAL2之間，給單片機(jī)提供頻率和極穩(wěn)定的振蕩信號 [8]。 本設(shè)計的振蕩電路使用 ，外接兩個電容使其構(gòu)成起振。一般選擇電容值的大小的范圍為 1030pF， 因為，電容對系統(tǒng)的震蕩穩(wěn)定性和快速性起到很重要的作用。因此， 本設(shè)計選擇 22pF的電容。 另外需要特別注意一點(diǎn)，那就是單片機(jī)的工作頻率是有范圍的，最大也只能達(dá)到24MHz，一般情況下 我們都是選用 12MHz的晶振來完成。 福州大學(xué) 至誠 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 如圖 33的復(fù)位電路圖。 采用 ，第一點(diǎn)是在調(diào)試 的 時候因為要通過串口上傳到電腦上觀察傳輸情況，為了讓波特率吻合，因此選擇了該晶振。第二點(diǎn)是為了方便調(diào)試時使用。 圖 33 晶振電路圖 步進(jìn)電機(jī) 模塊接口 電機(jī)接 的 線圖如圖 34 所示。 通過 單片機(jī)的 I/O 輸出脈沖序列和方向控制信號，達(dá)林頓陣列復(fù)合管的做成五線四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片，通過芯片來放大功率，作為驅(qū)動電機(jī)需要的電流和電壓。帶減速器的步進(jìn)電機(jī) 速度相對 不帶減速器 更快， 力矩 更 大 。 步進(jìn)電機(jī)由ULN2021 大功率達(dá)林頓陣列芯片驅(qū)動，通過端口的安裝，可以實(shí)現(xiàn)直插運(yùn)行。 C2104VCCGND1 23 45 67 89 1011 1213 1415 16U112345678J212345J1VMN1N2N3N4VMVCCVCCOUT1OUT2OUT3OUT4 圖 34 步進(jìn)電機(jī)接線圖 A/D 轉(zhuǎn) 化模塊的接口 如下圖 35 所示，通過 ADC0832 芯片把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量。傳輸數(shù)據(jù)獨(dú)立且傳輸速度快和穩(wěn)定性好特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)雙數(shù)據(jù)傳輸誤差小。 基于 單片機(jī)的多功能智能窗的 設(shè)計 17 圖 35 AD5C0832 原理圖 本章小結(jié) 古人曰：工欲善其事必先利其器。因此制作成功關(guān)鍵是單片機(jī)能正常工作。本章中，闡述了單片機(jī)工作原理以及制作最小系統(tǒng)版的一些注意事項，在制作過程中必須確保每一步都是正確的，才能接著制作下面一 步。通過開發(fā)板燒寫程序到芯片里面。接著介紹了煙霧傳感模塊和溫濕度傳感模塊還有步進(jìn)電機(jī)模塊的接口電路，為后面介紹如何多功能智能窗的功能實(shí)現(xiàn)做下鋪墊。 福州大學(xué) 至誠 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 18 第 4 章 軟件設(shè)計 本章以流程圖為主要說明方式系統(tǒng)地介紹各個模塊的軟件流程。 模塊的程序設(shè)計如下： (1) 溫濕度傳感器模塊，通過溫濕度的采集，處理數(shù)據(jù)的子程序； (2) 按鍵掃描模塊，掃描按鍵來調(diào)整設(shè)定值； (3) LCD 顯示模塊； (4) 主程序模塊，包括了端口初始化，以及各項 子 程序之間的調(diào) 用 等。 系 統(tǒng)軟件設(shè)計方案 單片機(jī)計算機(jī)系統(tǒng)簡介 從組成和功能上看，單片機(jī)具有將組成 計算機(jī)的主要基本部件全部都集中嵌入一起的結(jié)構(gòu)特征。構(gòu)成了一臺集成了 CPU、存儲器、定時器和 I/O接口等部分，是具有特殊功能的單片微型計算機(jī) [9]。 CPU的功能是控制指令的讀出、譯碼和執(zhí)行，并且對指令的執(zhí)行過程進(jìn)行實(shí)時控制。最后根據(jù)其執(zhí)行結(jié)果判斷是否要考慮分支轉(zhuǎn)移。 控制器各功能所示： (1) 指令寄存器：用來存放指令操作碼的專用寄存器； (2) 指令譯碼器：取出指令并譯碼，分析各種操作； (3) 定時控制邏輯電路 ：計算機(jī)控制的各組成部件，是通過發(fā)出一系列指令的定時控制信號，以其來分配各部件進(jìn)行相應(yīng)的工作來執(zhí)行指令 [10]； (4) 程序 計數(shù)器：把下一條指令存放在該計數(shù)器上； (5) 條件轉(zhuǎn)移的邏輯電路：主要通過控制程序，來把程序進(jìn)行轉(zhuǎn)移。 控制器把指令逐條取出，然后進(jìn)行譯碼。依據(jù)定時控制邏輯電路發(fā)出定時控制信號，來控制指令的執(zhí)行。另外需要特別注意的是，若是對于運(yùn)算指令，還要在程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器 PSW 中將運(yùn)算結(jié)果特征送入。 把編寫好的程序通過單片機(jī)開發(fā)板 來 燒寫入單片機(jī)， 其中程序 的燒寫 可擦除 單片機(jī) 反復(fù)使用 ， 可以根據(jù) 自己的需要 重新編程 ， 重新燒錄程序 。用戶根據(jù)需要對相應(yīng)的功能編寫相應(yīng)的程序以實(shí)現(xiàn)高效率和高可靠性。同時，它是一種在線實(shí)時控制計算機(jī)，而且單片 機(jī)具備較強(qiáng)的抗干擾能力 [11]。 基于 單片機(jī)的多功能智能窗的 設(shè)計 19 單片機(jī)計算機(jī)系統(tǒng)的客戶端應(yīng)用 通過 計算機(jī)控制完成指定動作的命令稱之為指令。不同的指令所對應(yīng)的動作不同，產(chǎn)生的功能也就不相同。在種類繁多的單片機(jī)世界里，它所謂的指令系統(tǒng)也琳瑯滿目。提供單片機(jī)完成某一特定的任務(wù)，需要將完成的操作編成一系列指令，并且這些指令都必須符合單片機(jī)的指令格式，這些指令所構(gòu)成的集合就是所謂的程序 [12]。 RAM 中片內(nèi)和片外兩部分組成的 [13]。通過 /EA 引腳所接的電平可是 CPU訪問片內(nèi)還是片外存儲器，當(dāng) /EA 為低電平時，則系統(tǒng)將會執(zhí)行片外程序 存儲器程序；當(dāng) /EA 為低電平時，系統(tǒng)將會先執(zhí)行片內(nèi)程序 [14]。如果 PC 值超過片內(nèi) ROM 的容量時，就會自動跳到RAM 空間執(zhí)行。 C 語言在單片機(jī)的程序設(shè)計 中的 運(yùn)用是最為 普遍 的 ?；趩纹瑱C(jī)芯片和 C 語言來編寫該程序。通過對系統(tǒng)所需功能進(jìn)行分析理解，設(shè)計算法，畫出程序流程圖，接著在 Keil4上編寫程序，不斷進(jìn)行調(diào)試驗證 [15]。整個過程合理利用單片機(jī)運(yùn)行機(jī)制使整個程序思路清晰，具備穩(wěn)定與可靠的功能，并且大大降低了系統(tǒng)出錯率。 溫濕度傳感器程序設(shè)計 在整體系統(tǒng)中，溫濕度模塊是作為探測器使用的，通過編寫程序設(shè)置 溫濕度的初值，本設(shè)計中設(shè)定溫度上限初值為 38℃ ，濕度上限初值為 85%，通過傳感器探測來環(huán)境判斷模擬量變化是否超過設(shè)定值，一旦超過事先設(shè)置好的范圍，則判定為環(huán)境異常。 程序設(shè)計過程如圖 41 所示。 福州大學(xué) 至誠 學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 20 參 數(shù) 初 始 化相 應(yīng) 的 模 擬 動 作判 斷 環(huán) 境 是 否 符 合模 擬 量 與設(shè) 定 值 比 較開 始采 集 模 擬 量設(shè) 定 模 擬 量 的 初 值結(jié) 束 圖 41 溫度模塊流程圖 LCD1602 模塊 的設(shè)計 LCD1602 主要包括寫命令，寫數(shù)據(jù) 2 個步驟組成。 寫指令：輸入： RS=L， R/W=L，指令碼； D0—D7，高脈沖： E：輸出：數(shù)據(jù)： D0—D7。 寫數(shù)據(jù)：輸入 ： RS=H， R/W=L，數(shù)據(jù)； D0—D7，高脈沖： E：輸出：無。 如圖