基于單片機(jī)控制的多功能窗的設(shè)計(jì)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)聊城大學(xué) 本科生畢業(yè)論文題目:基于單片機(jī)控制的多功能窗的設(shè)計(jì)專業(yè)代碼:作者姓名：李鵬學(xué)號(hào)：?jiǎn)挝唬何锢砉こ虒W(xué)院指導(dǎo)教師：張開明2013年5月20日摘要我們現(xiàn)在使用的窗戶大部分采用人工關(guān)閉方式，不具有自動(dòng)防盜、防雨、防煤氣中毒等人性化的功能；平時(shí)我們外出時(shí)經(jīng)常忘記關(guān)閉窗戶，遇上下雨時(shí)，雨水會(huì)進(jìn)入室內(nèi)，對(duì)室內(nèi)的電器、擺設(shè)等物品造成不必要的損害。晚上睡覺時(shí)我們通常把窗戶關(guān)死，一旦燃?xì)獍l(fā)生泄漏，由于室內(nèi)不透氣造成窒息中毒致殘、致死的事件時(shí)有發(fā)生。為了防盜，我們一般在窗戶外面安裝防護(hù)欄，但如今很多城市為了美化市容通常不允許安裝防盜窗。再者，現(xiàn)在使用的窗戶大多數(shù)是單純推拉式或平移式的，這給在樓層高的住戶擦拭玻璃帶來(lái)很大困難。本文借助三維建模軟件Solidworks、單片機(jī)、電子電路及傳感器的知識(shí)設(shè)計(jì)了可以實(shí)現(xiàn)清晨自動(dòng)開窗、防雨、智能防盜和可燃性氣體泄漏時(shí)報(bào)警并開窗，以及實(shí)現(xiàn)窗扇180°轉(zhuǎn)向的智能窗，從而可解決現(xiàn)實(shí)生活中存在的很多問題。本智能窗的設(shè)計(jì)本著安全、方便、節(jié)能、人性化的原則進(jìn)行，可使現(xiàn)代生活顯著提高[7]。關(guān)鍵詞：防風(fēng)雨、防盜；51單片機(jī)；窗扇的180°旋轉(zhuǎn)；智能，智能窗；傳感器;聲光報(bào)警。AbstractWenowusethewindowsclosedmostoftheartificialmeans,doesnothaveautotheft,rain,wind,anti-gaspoisoningandotherpersonalizedfeatures;normallyclosedweoftenforgetwhentheygooutthewindow,encounteredbadweather,sandandrainwillentertheroom,andindoorappliances,furnishingsandotheritemscausingunnecessarydamage.Usuallyatnightwhenweclosedthewindows,oncethegasleak,poisoning,suffocationcausedbyindoorairtightdisabled,thefrequentoccurrenceofdeath.Forsecurity,weusuallyinstallthefenceoutsidethewindow,butnowmanyofthecitiestobeautifythecityusuallydonotallowtheinstallationofsecuritywindow.Moreover,thewindowsaremostlyusedpush-pullorpan-style,givingthefloorahighhouseholdcleaningglassmoredifficult.Wedesignedthesmartwindowcanbeachievedearlyinthemorningautomaticallyopenthewindow,automaticwind,rain,smartsecurityandcombustiblegasleakalarmwindow,andtheachievementoftheoverallwindowsash180°freedomofdirectionandrelativerotationbetweenthetwosashes,inordertoaddresstherealitylifeoftheaforementionedproblems.Thesmartwindowdesigninlinewithsafe,convenient,energysaving,theprincipleofhumanity,cansignificantlyimprovemodernlife.Keywords:Preventrain，anti-theft;；51SCM；180°rotate.Casement；Intelligentwindow.目錄前言……………11、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)………………12、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)………………22．1系統(tǒng)所需元器件的選擇……………………22．2語(yǔ)音報(bào)警電路……………………22．3可燃性氣體和煙霧檢測(cè)電路………………42．4防盜檢測(cè)電路………………62．5驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制電路……………63、系統(tǒng)的程序流程圖………74、程序清單…………………85、結(jié)論………………………196、參考文獻(xiàn)………………207、致謝………………………21基于單片機(jī)控制的多功能窗的設(shè)計(jì)前言當(dāng)今世界建筑正朝著智能化方向發(fā)展，這種發(fā)展趨勢(shì)也正是人類社會(huì)的文明程度在一定歷史時(shí)期的體現(xiàn)。但現(xiàn)在使用的窗戶大多數(shù)是單純的推拉式或平移式的，并且與自動(dòng)控制毫不沾邊,更不用說(shuō)智能化了。如果使窗戶具有一定的智能,如下雨則自動(dòng)關(guān)、室內(nèi)有害氣體超標(biāo)則自動(dòng)開、有盜賊入內(nèi)則自動(dòng)報(bào)警等,就會(huì)給人們的居家生活帶來(lái)諸多方便,從而進(jìn)一步提高人們的生活質(zhì)量。再者，這給在樓層高的住戶擦拭玻璃帶來(lái)很大困難。沿著這樣的思路,我們?cè)O(shè)計(jì)了以AT89S51單片機(jī)為中央控制器的智能窗。該智能窗能通過其數(shù)據(jù)檢測(cè)傳感電路不斷循環(huán)檢測(cè)室內(nèi)濕度、有害氣體(如媒氣)濃度等信號(hào)，經(jīng)處理后傳入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，然后與由預(yù)先設(shè)置的參數(shù)臨界值相比較,從而作出開/關(guān)窗的判斷,再結(jié)合窗狀態(tài)檢測(cè)電路所檢測(cè)到的當(dāng)前窗狀態(tài),再輸出脈沖信號(hào)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)，完成下雨刮風(fēng)自動(dòng)關(guān)窗、室內(nèi)有害氣體超標(biāo)自動(dòng)開窗等。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)該系統(tǒng)是基于51單片機(jī)控制的智能窗系統(tǒng)，能根據(jù)外界的天氣情況和室內(nèi)的氣體情況來(lái)控制著窗戶的開啟和關(guān)閉。系統(tǒng)主要的模塊包括：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、可燃性氣體和煙霧檢測(cè)模塊、風(fēng)雨檢測(cè)模塊、紅外線防盜探測(cè)模塊、語(yǔ)音播放模塊，穩(wěn)壓模塊，按鈕模塊等。本系統(tǒng)有以下幾個(gè)控制要求：1)、當(dāng)外界刮大風(fēng)下大雨時(shí)，風(fēng)雨傳感器檢測(cè)到這一下風(fēng)雨信號(hào)（相當(dāng)于觸發(fā)開關(guān)）并將信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)控制著電機(jī)及時(shí)關(guān)閉窗戶并報(bào)警，藍(lán)燈閃爍。防止雨水進(jìn)入室內(nèi)損壞室內(nèi)的裝飾和物品，此后每過5分鐘重新檢測(cè)，如果無(wú)風(fēng)無(wú)雨窗戶自動(dòng)打開。2)、當(dāng)室內(nèi)可燃性氣體、煙霧等超過一定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，窗戶自動(dòng)打開，并啟動(dòng)排氣扇進(jìn)行排氣，紅燈頻繁閃爍，且此優(yōu)先級(jí)最高，同時(shí)報(bào)警器也會(huì)響起來(lái)提醒主人危險(xiǎn)的存在，防止煤氣中毒或火災(zāi)事故的發(fā)生。3)、當(dāng)窗戶外有人駐留時(shí)，阻斷了紅外線探測(cè)器的發(fā)射接收通路，窗戶會(huì)立刻關(guān)閉并發(fā)出高分貝聲音報(bào)警，黃燈閃爍30s起到防盜的作用。4)、增加了手動(dòng)按鍵和機(jī)械運(yùn)動(dòng)開窗、關(guān)窗功能，使產(chǎn)品更具有人性化。2、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2．1系統(tǒng)所需元器件的選擇STC89C52單片機(jī);ISD4004語(yǔ)音芯片;LM324運(yùn)算放大器；LM317穩(wěn)壓芯片；LM386功率放大器；L298驅(qū)動(dòng)芯片；NE555定時(shí)器；7805，7806穩(wěn)壓芯片；電阻；電容；電位器；11.0592MHz晶振；按鍵，開關(guān)；杜邦線；蜂鳴器；排風(fēng)扇；直流電機(jī)；紅外對(duì)管；發(fā)光二極管；三極管；煙霧傳感器MQ2；其他硬件支持，在此不一一列舉。2．2語(yǔ)音報(bào)警電路語(yǔ)音錄放模塊的硬件電路如圖3所示。MK1為麥克風(fēng)，用于錄入語(yǔ)音，可完成普通的現(xiàn)場(chǎng)錄音。在放音電路中，輸出端選用低電壓通用集成功率放大器LM386M-1的典型應(yīng)用電路作為揚(yáng)聲器LS1的驅(qū)動(dòng)電路。該典型電路中，LM386M-1的1腳和8腳間外接10μF的旁路電容，可以使電路的放大倍數(shù)提高200倍。ISD4004的工作電壓是3V，?？梢酝ㄟ^變壓電路將5V電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?V.ISD4004語(yǔ)音芯片采用CMOS技術(shù)，內(nèi)含晶體振蕩器、防混疊濾波器、平滑濾波器、自動(dòng)靜噪、音頻功率放大器及高密度多電平閃爍存儲(chǔ)陣列等，因此只需很少的外圍器件就可構(gòu)成一個(gè)完整的聲音錄放系統(tǒng)。ISD4004語(yǔ)音芯片帶SPI接口，錄放音時(shí)間長(zhǎng)，音質(zhì)好，不需A／D轉(zhuǎn)換，可重復(fù)記錄10萬(wàn)次，斷電后仍可以保存數(shù)據(jù)100年。語(yǔ)音內(nèi)容分段存儲(chǔ)，。程序可以選定任一段作為錄音、放音的起始地址。ISD4004主要引腳說(shuō)明如下：

①片選CS，此端為低電平時(shí)選中芯片。

②VCCA、VCCD，供電電源3V。

③OUT，音頻輸出端，可驅(qū)動(dòng)5Ω負(fù)載。

④IN+、IN-，錄音信號(hào)同相、反相輸入端。

④IN+、IN-，錄音信號(hào)同相、反相輸入端。

⑤MOSI，串行輸入端。主控器件應(yīng)在串行時(shí)鐘上升沿前半個(gè)周期將數(shù)據(jù)放到此端，供ISD4004輸入用。

⑥SCLK，時(shí)鐘輸入端，。由主控制器產(chǎn)生，用于同步MOSI和MISO的數(shù)據(jù)傳輸。

⑦AMCAP，自動(dòng)靜噪音控制端。

⑧VSSA、VSSD，地線。

SPI接口是Motorola公司推出的同步串行擴(kuò)展接口。。該接口共使用4條信號(hào)線：主機(jī)輸出片選線CS，串行時(shí)鐘線SCLK，主機(jī)輸出／從機(jī)輸入的信號(hào)線MOSI以及主機(jī)輸入／從機(jī)輸出的信號(hào)線MISO。SPI接口是串行擴(kuò)展的全雙工同步通信口，主機(jī)方式傳送數(shù)據(jù)的最高速率達(dá)1．05Mbps。由于AT89S51沒有SPI接口，所以采用模擬SPI接口同ISD4004進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；同時(shí)因?yàn)闊o(wú)主機(jī)輸人，所以不需要MISO線。將片選CS、主機(jī)輸出／從機(jī)輸入的信號(hào)線MOSI、串行時(shí)鐘SCLK分別接在單片機(jī)P0．0、P0．1、P．2口。

ISD4004通過SPI接口傳輸數(shù)據(jù)的步驟如下：

①串行數(shù)據(jù)傳輸開始于CS下降沿，在數(shù)據(jù)傳輸期間，CS必須保持為低電平；

②從控制器發(fā)出來(lái)并出現(xiàn)在引腳MOSI上的數(shù)據(jù)，在SCLK上升沿被鎖存入ISD4004，在SCLK下降沿，將ISD4004中送出的數(shù)據(jù)放到引腳MISO，供控制器讀??；

③ISD4004從控制器輸入指令和地址后才能開始錄／放操作；

④指令格式是8位控制碼加16位地址碼，或8位控制碼(不帶地址碼)；

⑤ISD4004在進(jìn)行任何操作時(shí)，如果遇到EOM或VOF，則產(chǎn)生一個(gè)中斷，該中斷狀態(tài)在下一個(gè)SPI周期開始被清除；

⑥所有指令操作都在CS端為高時(shí)執(zhí)行。2．3可燃性氣體和煙霧檢測(cè)電路MQ-2氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖1所示(結(jié)構(gòu)AorB),由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層,測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個(gè)用于信號(hào)取出，２個(gè)用于提供加熱電流。MQ-2型傳感器的特性及主要技術(shù)指標(biāo)(1) MQ-2型傳感器的一般特點(diǎn)(a)MQ-2型傳感器對(duì)天然氣、液化石油氣等煙霧有很高的靈敏度，尤其對(duì)烷類煙霧更為敏感。(b)MQ-2型傳感器具有良好的重復(fù)性和長(zhǎng)期的穩(wěn)定性。初始穩(wěn)定，響應(yīng)時(shí)間短，長(zhǎng)時(shí)間工作性能好。?MQ-2型傳感器具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息，例如酒精和煙霧等。(d)電路設(shè)計(jì)電壓范圍寬，24V以下均可；加熱電壓5±0.2V。(2) MQ-2型傳感器的特性參數(shù)(a)回路電壓：(Vc)5~24V(b)取樣電阻：(RL)0.1~20K(c)加熱電壓：(VH)5±0.2V(d)加熱功率：(P)約750mW(e)靈敏度：以甲烷為例R0(air)/RS(0.1%CH4)＞5(f)響應(yīng)時(shí)間：Tres＜10秒(g)恢復(fù)時(shí)間：Trec＜30秒本電路的測(cè)量元件采用旁熱式煙霧傳感器MQS2B在沒有煙霧的情況下，煙霧傳感器的阻值較高(10K左右)，煙霧進(jìn)入傳感器時(shí)其阻值急劇下降，A、B兩端電壓下降。2．4紅外防盜檢測(cè)電路該部分采用成品主動(dòng)式紅外探測(cè)器，探測(cè)器有發(fā)射頭、接收頭及處理電路組成。在正常情況下，發(fā)射頭發(fā)出紅外線，接收頭接收到紅外線，單片機(jī)接收到的為高電平，因?yàn)橛玫囊粋€(gè)三極管是起了導(dǎo)通開關(guān)的作用，所以當(dāng)有人擋住光束時(shí)三極管會(huì)截止，就會(huì)檢測(cè)到低電平，從而完成信號(hào)傳遞到單片機(jī)中。2．5電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路本設(shè)計(jì)中采用雙路的PWM產(chǎn)生的占空比，是由單刀雙擲開關(guān)來(lái)完成的。555定時(shí)器產(chǎn)生的可調(diào)的占空比，還有一路是通過編程來(lái)控制的。此外還通過按鍵來(lái)開關(guān)窗，更具人性化。3、系統(tǒng)的程序流程圖4、程序清單：（程序僅僅是檢測(cè)部分和電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的程序，還有語(yǔ)音模塊程序很多，略去）#include<reg52.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitwind_sensor=P2^4;sbitrain_sensor=P2^5;sbitsmoke_LED=P2^6;sbitIR_LED=P0^0;sbitrain_LED=P0^1;sbitbeep=P0^2;sbitsmoke_sensor=P0^3;sbitleft_limit=P0^4;sbitright_limit=P0^5;sbitIR_up=P0^6;sbitIR_down=P0^7;sbitopen_key=P3^7;sbitclose_key=P3^6;sbitstop_key=P3^5;sbitENA=P1^1;sbitENB=P1^0;sbitIN1=P1^2;sbitIN2=P1^3;sbitIN3=P1^4;sbitIN4=P1^5;sbitIR_alarm=P2^0;uintnum=0,num_IR=0,num_IR1=0,num_smoke=0,num_smoke1=0;ucharflag_smoke_beep=0,flag_smoke_LED=0,flag_IR_LED=0,flag_stop=0;voidport_init(void){ P0=0xff; P1=0xff; P2=0xff; P3=0xff; }voidtimer_init(void){ EA=1; ET0=1; ET1=1; TR1=0; TR0=0; TMOD=0X11; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256;}voiddelay(uchart){ uintx; while(t--) for(x=124;x>0;x--) ;}voidmotor_cor(void) //電機(jī)正轉(zhuǎn){ IN1=1; IN2=0;}voidmotor_rev(void) //電機(jī)反轉(zhuǎn){ IN1=0; IN2=1;}voidmotor_stop(void){ IN1=1; IN2=1;}voidfan_start(void) //排風(fēng)扇打開{ IN3=0; IN4=1;} voidfan_stop(void) //排風(fēng)扇關(guān)閉{ IN3=1; IN4=1;}voidstop_window(void){ if(!stop_key) { delay(5); if(!stop_key) { flag_stop=1; while(!stop_key); motor_stop(); } } }voidcheck(void){ if(!open_key) //開窗 { delay(5); if(!open_key) { while(!open_key) ; if(!left_limit) {} else { motor_rev(); while(left_limit==1) { stop_window(); if(flag_stop==1) break; } flag_stop=0; motor_stop(); } } } if(!close_key) //關(guān)窗 { delay(5); if(!close_key) { while(!close_key); if(!right_limit) {} else { motor_cor(); while(right_limit==1) { stop_window(); if(flag_stop==1) break; } flag_stop=0; motor_stop(); } } } /************風(fēng)檢測(cè)****************/ if(!wind_sensor&&smoke_sensor!=0) { delay(5); if(!wind_sensor) { rain_LED=0; if(!right_limit) //檢測(cè)是否已經(jīng)關(guān)窗？ { } else motor_cor(); while(right_limit==1); motor_stop(); TR0=1; } } else rain_LED=1; /************雨檢測(cè)****************/ if(!rain_sensor) //關(guān)窗 { delay(5); if(!rain_sensor) { rain_LED=0; if(!right_limit) { } else motor_cor(); while(right_limit==1); motor_stop(); TR0=1; } } else { rain_LED=1; } /************紅外防盜檢測(cè)****************/ if(!(IR_up&&IR_down)&&(smoke_sensor!=0)) //關(guān)窗 { IR_alarm=0; flag_IR_LED=1; TR1=1; if(!right_limit) { } else motor_cor(); while(right_limit==1); motor_stop(); } else { IR_alarm=1; } /************煙霧檢測(cè)****************/ if(!smoke_sensor) { delay(5); if(!smoke_sensor) //開窗 { fan_start(); flag_smoke_LED=1; TR1=1; if(!left_limit){ } else motor_rev(); while(!smoke_sensor) { beep=~beep; delay(10);//頻率為100HZ if(!left_limit) motor_stop(); } fan_stop(); beep=1; } } else smoke_LED=1; }voidmain(){ port_init(); timer_init(); while(1) { check(); }}voidtimer0(void)interrupt1{ TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; num++; if(right_limit!=0) { TR0=0; num=0; } if(num==600) { TR0=0; num=0; if(!right_limit&&(rain_sensor!=0)&&(wind_sensor!=0)) { motor_rev(); while(left_limit==1); motor_stop(); } } }voidtimer1(void)interrupt3{ if(flag_IR_LED==1) { TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; num_IR++; if(num_IR==1) { IR_LED=~IR_LED; num_IR=0; num_IR1++; if(num_IR1==600) { flag_IR_LED=0; num_IR1=0; TR1=0; } } } if(flag_smoke_LED==1) { TH1=(65536-50000)/256; TL1=(65536-50000)%256; if(smoke_sensor!=0) { flag_smoke_LED=0; TR1=0; } num_smoke++; if(num_smoke==2) { smoke_LED=~smoke_LED; num_smoke=0; } } }結(jié)論經(jīng)過長(zhǎng)期的奮戰(zhàn)我們的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)終于完成了。這不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西