畢業(yè)論文-基于單片機(jī)的智能窗戶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

大連東軟信息學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）論文題目論文題目：基于單片機(jī)的智能窗戶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系所：電子工程系專業(yè)：電子信息工程（嵌入式系統(tǒng)工程方向）學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：導(dǎo)師職稱：教授完成日期：2014年5月2日大連東軟信息學(xué)院DalianNeusoftUniversityofInformation大連東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要④P3口的P3.0~P3.7引腳（10~17腳）：8位通用輸入/輸出端口，具有第二功能。4.2.5復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是將程序計(jì)數(shù)器PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化外，當(dāng)程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，也須重新啟動(dòng)單片機(jī)，使其復(fù)位。單片機(jī)復(fù)位后，除P3~P0的端口鎖存器被設(shè)置成FFH、堆棧指針SP設(shè)置成07H和串行口的SBUF無(wú)確定值外，其它各專用寄存器包括程序計(jì)數(shù)器PC均被設(shè)置成00H。片內(nèi)RAM不受復(fù)位的影響，上電后RAM中的內(nèi)容是隨機(jī)的。記住這些特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)，對(duì)熟悉單片機(jī)操作，簡(jiǎn)短應(yīng)用程序中的初始化部分是十分必要的。單片機(jī)的復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位操作要求接通電源后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。圖4.10（a）所示為最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路。上電瞬間由于電容C上無(wú)儲(chǔ)能，其端電壓近似為零，RST獲得高電平，隨著電容器C的充電，RST引腳上的高電平將逐漸下降，當(dāng)RST引腳上的電壓小于某一數(shù)值后，單片機(jī)就脫離復(fù)位狀態(tài)，進(jìn)入正常工作模式。只要高電平能保持復(fù)位所需要的時(shí)間（約兩個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。相比于圖4.10(a)，4.10(b)所示的電路只是增加了外接二極管VD和電阻R。其優(yōu)越性在于停電后，二極管VD給電容C提供了快速放電通路，保證再上電時(shí)RST為高電平，從而保證單片機(jī)可靠復(fù)位。正常工作時(shí)，二極管反偏，對(duì)電路沒影響。斷電后，VCC逐漸下降，當(dāng)VCC=0時(shí)，電容C通過VD迅速放電，恢復(fù)到無(wú)電量的初始狀態(tài)，為下次上電復(fù)位做好準(zhǔn)備。(a)(b)圖4.10上電自動(dòng)復(fù)位電路手動(dòng)按鍵復(fù)位要求在電源接通的條件下，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位，如圖4.11所示。其工作原理為：復(fù)位鍵按下后，電容C通過R2放電，放電結(jié)束后，RST引腳的電位由R1和R2分壓決定，由于R2<<R1，因此，RST引腳為高電平，單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，松開按鍵后，電容充電，RST上的電位降低，經(jīng)過一定的延時(shí)，單片機(jī)就脫離復(fù)位狀態(tài)，進(jìn)入正常工作模式。R2的作用在于限流，避免按鍵按下的瞬間電容C放電產(chǎn)生火花，保護(hù)按鍵的觸點(diǎn)。圖4.11手動(dòng)按鍵復(fù)位電路系統(tǒng)上電運(yùn)行后，若需要復(fù)位，一般是通過手動(dòng)復(fù)位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通常采用手動(dòng)復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位結(jié)合。復(fù)位電路雖然簡(jiǎn)單，但其作用十分重要。一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，首先要檢查是否能復(fù)位成功。初步檢查可用示波器探頭監(jiān)視RST引腳，按下復(fù)位鍵，觀察是否有足夠幅度的波形輸出（瞬時(shí)的），還可以通過改變復(fù)位電路阻容值的方法進(jìn)行檢測(cè)。4.2.6電機(jī)控制電路由于單片機(jī)的IO口輸出驅(qū)動(dòng)電流能力有限，因此，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)采用的是ULN2003芯片驅(qū)動(dòng)。ULN2003是大電流驅(qū)動(dòng)陣列,多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/50V。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列,由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下:ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連,可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。ULN2003是高壓大電流HYPERLINK"/view/749110.htm"達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。其電路圖如圖4.12所示。圖4.12電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖4.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件可以分為溫濕度讀取、MQ-2的檢測(cè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、傳感器信號(hào)處理這四個(gè)模塊。如圖4.13所示。圖4.13系統(tǒng)軟件模塊圖4.3.1溫濕度的讀取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，具體格式在下面說明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)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。通訊過程如圖4.14所示圖4.14通訊過程圖總線空閑狀態(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(cè)到起始信號(hào)。DHT11接收到主機(jī)的開始信號(hào)后，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束，然后發(fā)送80us低電平響應(yīng)信號(hào)。主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)等待20-40us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。4.3.2MQ-2的檢測(cè)由于MQ-2傳感器的輸出是數(shù)字量輸出，當(dāng)傳感器檢測(cè)到濃度高的煙霧氣體時(shí)，其輸出端口電平為低，否則為高，因此，單片機(jī)主要檢測(cè)IO端口的電平狀態(tài)即可。MQ-2傳感器的參數(shù)如表4.1所示。表4.1MQ-2傳感器參數(shù)4.3.3電機(jī)的驅(qū)動(dòng)對(duì)于直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)采用的通過單片機(jī)的IO口控制ULN2003的輸入口，ULN2003的輸出口連接到直流電機(jī)。當(dāng)IO口輸出高電平時(shí)，直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，否則不轉(zhuǎn)動(dòng)。4.3.4傳感器信號(hào)處理在接通電源模式下單片機(jī)處于空閑狀態(tài)，當(dāng)溫濕度傳感器或煙霧傳感器檢測(cè)到異常信號(hào)時(shí)向單片機(jī)發(fā)出高電平，高電平時(shí)使得單片機(jī)被喚醒執(zhí)行電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)程序。

第5章系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)5.1系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)5.1.1設(shè)備初始化系統(tǒng)上電之后執(zhí)行此段初始化程序。其實(shí)現(xiàn)代碼如下：voidMax232Int(){ PCON=0x00;//SMOD=0 TMOD=0x20;//設(shè)置T1為工作方式2 TH1=0xfd;//波特率為9600 TL1=0xfd; SM0=0; SM1=1; //方式1,8位 EA=1; //是開啟總中斷 ES=1; //是開啟串口中斷 TR1=1; //定時(shí)器1允許 REN=1; //允許接收}5.1.2溫濕度讀取本系統(tǒng)的溫濕度讀取是靠傳感器讀取溫濕度的值然后傳遞給單片機(jī)，進(jìn)而通過與閾值的比較后得出是否控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的功能。其實(shí)現(xiàn)代碼如下：voidRH(void){ unsignedcharU8temp; //主機(jī)拉低18msP2_0=0; Delay(180); //延時(shí)函數(shù) P2_0=1; //總線由上拉電阻拉高主機(jī)延時(shí)20us Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); //主機(jī)設(shè)為輸入判斷從機(jī)響應(yīng)信號(hào)P2_0=1; //判斷從機(jī)是否有低電平響應(yīng)信號(hào)如不響應(yīng)則跳出，響應(yīng)則向下運(yùn)行 if(!P2_0) { U8FLAG=2; //判斷從機(jī)是否發(fā)出80us的低電平響應(yīng)信號(hào)是否結(jié)束 while((!P2_0)&&U8FLAG++); //等待P2_0變高 U8FLAG=2; //判斷從機(jī)是否發(fā)出80us的高電平，如發(fā)出則進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài) while((P2_0)&&U8FLAG++); //數(shù)據(jù)接收狀態(tài) COM(); //每調(diào)用一次COM（），就會(huì)讀取一位數(shù)值 U8RH_data_H_temp=U8comdata; COM(); U8RH_data_L_temp=U8comdata; COM(); U8T_data_H_temp=U8comdata; COM(); U8T_data_L_temp=U8comdata; COM(); U8checkdata_temp=U8comdata; P2_0=1; //數(shù)據(jù)校驗(yàn)狀態(tài)U8temp=(U8T_data_H_temp+U8T_data_L_temp+U8RH_data_H_temp+U8RH_data_L_temp); if(U8temp==U8checkdata_temp) { U8RH_data_H=U8RH_data_H_temp; U8RH_data_L=U8RH_data_L_temp; U8T_data_H=U8T_data_H_temp; U8T_data_L=U8T_data_L_temp; U8checkdata=U8checkdata_temp; } }}5.1.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)論是開窗還是關(guān)窗，都要保證窗戶轉(zhuǎn)動(dòng)固定的角度。采用直流電機(jī)無(wú)法精確控制，只能采用步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的打開和關(guān)閉。其實(shí)現(xiàn)代碼如下：unsignedcharF_Rotation[4]={0x10,0x20,0x40,0x80};//正轉(zhuǎn)表格unsignedcharB_Rotation[4]={0x80,0x40,0x20,0x10};//反轉(zhuǎn)表格voidMain_Delay(unsignedinttime) //聲明一個(gè)無(wú)符號(hào)的int函數(shù){ unsignedinti; for(;time>0;time--) //循環(huán)函數(shù) { for(i=0;i<200;i++) { } }}voidTDelay(unsignedinti) //延時(shí){ while(--i);}voidOpenTheDoor(void) //開窗{ unsignedinti; bFlagCloseDoor=0; for(i=0;i<1010;i++) { P2=B_Rotation[i%4]; TDelay(800); }}voidCloseTheDoor(void) //關(guān)窗{ unsignedinti; if(!bFlagCloseDoor) { bFlagCloseDoor=1; for(i=0;i<1010;i++) { P2=F_Rotation[i%4]; TDelay(800); } } }5.2系統(tǒng)集成與調(diào)試5.2.1焊接根據(jù)原理圖，購(gòu)買所需元器件，在已經(jīng)做好的PCB板上焊接元件。元器件清單如表5.1所示。表5.1元器件清單焊接先焊有源器件，再焊接無(wú)源器件，然后按照由低到高的順序焊接元器件。電路板如圖5.1所示。系統(tǒng)整體如圖5.2所示。圖5.1電路板圖5.2系統(tǒng)整體圖片5.2.2程序燒寫STC單片機(jī)具有通過串口編程功能，簡(jiǎn)單到通過串口3三根線就能將程序燒錄到單片機(jī)內(nèi)，這大大的方便了開發(fā)人員，省去了昂貴復(fù)雜的編程器，在調(diào)試程序時(shí)也可將內(nèi)部數(shù)據(jù)直接通過串口發(fā)送到PC上觀看，一些不太復(fù)雜的程序甚至可以省掉仿真器。目前大部分的計(jì)算機(jī)都不帶串口，這里還得介紹一下一個(gè)小轉(zhuǎn)換工具，可將PC上的USB口轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的TTL電平。插入硬件后提示安裝驅(qū)動(dòng)，完成后查看PC上設(shè)備管理器，端口中會(huì)多出一個(gè)串口，這里是COM6，記住這個(gè)串口號(hào)，下面給單片機(jī)燒錄是要用。圖5.3為TTL小板實(shí)物圖。圖5.3串口實(shí)物圖（1）現(xiàn)在對(duì)應(yīng)的單片機(jī)型號(hào)，這里為STC89C52RC。（2）打開編譯過的需要寫入單片機(jī)內(nèi)的程序，類型都是以.bin和.Hex結(jié)尾的文件。（3）選擇連接的串口號(hào)，就是上邊在設(shè)備管理器里看到的COM6。（4）選擇通訊波特率，波特率為9600。（5）最后一項(xiàng)就是燒錄了，一定記住要先點(diǎn)擊“下載”，然后再給單片機(jī)目標(biāo)板供電。

第6章系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，它在設(shè)計(jì)中占據(jù)重要的位置，對(duì)設(shè)計(jì)可靠性保證具有極其重要的意義。6.1測(cè)試概述在系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)上已經(jīng)避免了很多可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的輸入輸出，但是很難考慮周全，如果不經(jīng)過周全的測(cè)試，將會(huì)造成難以想象的后果。因此，系統(tǒng)測(cè)試是軟硬件開發(fā)為保證系統(tǒng)質(zhì)量而必須進(jìn)行的工作。6.2測(cè)試用例整體系統(tǒng)測(cè)試如表6.1所示。表6.1整體系統(tǒng)測(cè)試編號(hào)測(cè)試項(xiàng)操作步驟預(yù)期結(jié)果輸入數(shù)據(jù)實(shí)際結(jié)果結(jié)果比較說明001系統(tǒng)開機(jī)將TTL小板接到電腦USB口系統(tǒng)工作指示燈亮起無(wú)指示燈亮起符合002復(fù)位模塊按下【復(fù)位】按鍵系統(tǒng)初始化，窗戶打開無(wú)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，窗戶打開符合003溫度傳感模塊對(duì)溫濕度傳感器吹氣吹氣使周圍氣溫降低，窗戶自動(dòng)關(guān)閉無(wú)窗戶關(guān)閉符合004濕度傳感模塊對(duì)溫濕度傳感器哈氣哈氣使周圍濕度升高，窗戶自動(dòng)關(guān)閉無(wú)窗戶關(guān)閉符合005煙霧傳感模塊用打火機(jī)對(duì)準(zhǔn)煙霧傳感器煙霧濃度提升，窗戶自動(dòng)關(guān)閉無(wú)窗戶關(guān)閉符合

第7章結(jié)論根據(jù)學(xué)校和網(wǎng)上所學(xué)到的知識(shí)，運(yùn)用單片機(jī)和電路的一些基本知識(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的自動(dòng)關(guān)窗系統(tǒng)。它實(shí)現(xiàn)了低溫關(guān)窗、雨天關(guān)窗、煙霧關(guān)窗的功能。從整個(gè)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)過程可以看出，此方案的原理簡(jiǎn)單，使用常用芯片，元器件數(shù)量少，所需成本低廉。本設(shè)計(jì)也存在很多缺陷，比如不能根調(diào)節(jié)溫度和濕度，這就不能在一些特殊的地方使用。在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還可以添加一些功能，比如風(fēng)速檢測(cè)，這樣可以是窗戶再刮風(fēng)的時(shí)候自動(dòng)關(guān)閉。再比如，還可以添加一個(gè)顯示屏來(lái)顯示外界溫度和濕度，這樣能讓用戶知道外面的溫度和濕度。如果進(jìn)一步深化還可以定時(shí)開關(guān)窗的功能，這樣能更好的方便用戶了。此智能窗戶系統(tǒng)性能穩(wěn)定、實(shí)用性廣泛。智能窗戶系統(tǒng)提高了人類生活的品質(zhì)，它的自動(dòng)化程度高，人性化強(qiáng)，通過各種傳感器檢測(cè)各種信號(hào)再經(jīng)過單片機(jī)處理輸出，實(shí)現(xiàn)雨天自動(dòng)關(guān)窗、溫度降低自動(dòng)關(guān)窗、沙塵天氣自動(dòng)關(guān)窗等功能，一定程度上解決了外界環(huán)境給人們?nèi)粘Ｉ钪械暮芏酂?。目前可?yīng)用于智能大廈、高級(jí)公寓、酒店和別墅等現(xiàn)代化程度較高的場(chǎng)合。相信隨著人們對(duì)生活水平的不斷追求，它將被越來(lái)越多的家庭所接受，它將被應(yīng)用到更廣泛的場(chǎng)合。

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