基于單片機(jī)的多功能窗戶的應(yīng)用

摘要目前窗戶大部分采用人工關(guān)閉的方式，不具有自動(dòng)防雨，防煙霧，防盜以及恒溫控制等功能。本文采用STC12C5A60S2單片機(jī),通過數(shù)據(jù)檢測傳感電路，窗驅(qū)動(dòng)電路，報(bào)警電路，Nokia5110顯示電路以及步進(jìn)電機(jī)來做成的單片機(jī)多功能窗在系統(tǒng)化概念設(shè)計(jì)方法的指導(dǎo)下，以需求分析－目標(biāo)確立－功能結(jié)構(gòu)分析－多方案產(chǎn)生－方案評(píng)估為步驟，逐步實(shí)現(xiàn)具有對(duì)室外溫度、雨水、風(fēng)壓、噪音進(jìn)行自我監(jiān)測，并自動(dòng)控制窗戶關(guān)閉。該控制系統(tǒng)能通過其數(shù)據(jù)監(jiān)測傳感電路不斷循環(huán)監(jiān)測室內(nèi)溫度。濕度、溫度等環(huán)境參數(shù)，然后與由控制鍵盤預(yù)置的參數(shù)臨界值相比較，從而做出開/關(guān)窗、降/生溫（濕）等判斷，再結(jié)合窗狀態(tài)檢測電路所檢測的窗狀態(tài)，發(fā)出一系列控制命令，完成下雨自動(dòng)關(guān)窗、恒溫（濕）等自動(dòng)控制功能。通過控制鍵盤，直接控制窗戶的開/關(guān)、溫（濕）的升/降、選擇所顯示的種類等。從而可以解決現(xiàn)實(shí)生活中的許多問題，提高人們的生活水平，給生活帶來了很大的便利。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；多功能；窗戶；傳感器

目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章引言 11.1研究目的及其意義 11.2國內(nèi)外現(xiàn)狀 1第2章總體方案設(shè)計(jì) 32.1整體方案設(shè)計(jì) 32.2多功能窗戶的主體構(gòu)成 3第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 53.1單片機(jī)控制 53.2數(shù)據(jù)檢測傳感器模塊 73.2.1數(shù)據(jù)檢測傳感器模塊組成 73.2.2傳感器選型及其電路 73.2.3溫濕度檢測模塊 73.2.4紅外防盜模塊 103.2.5煙霧檢測模塊 113.3其他硬件 123.3.1顯示器設(shè)備 123.3.2步進(jìn)電機(jī) 143.3.3噪音檢測電路 16結(jié)束語 18致謝 19參考文獻(xiàn) 20第1章引言1.1研究目的及其意義隨著當(dāng)代科技不斷的發(fā)展，人民的生活水平也隨之不斷提高，人們越來越追求其更高品質(zhì)的生活。與此同時(shí)世界上的各建筑也朝著智能化的方向不斷發(fā)展，人們的生活也越來越趨向于智能化，智能家居的生活理念已漸漸融入到人們的生活中并慢慢流行。由于智能化家居系統(tǒng)能夠?yàn)槿藗兲峁└虞p松、有序、高效的現(xiàn)代生活方式，在不久的將來也將成為潮流。其中我們不得不提到的是自動(dòng)控制系統(tǒng)。作為智能化控制系統(tǒng)中不可缺少的一部分，它發(fā)揮著重要的作用?，F(xiàn)在自動(dòng)控制系統(tǒng)越來越多的被利用到我們的實(shí)際生活中，給我們的生活帶來了很大的便利，生產(chǎn)效率也帶來了很大的提高，智能家居的種類更是多不勝數(shù)。此設(shè)計(jì)針對(duì)的是多功能窗戶的應(yīng)用介紹，所以我們將重點(diǎn)介紹基于單片機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)在窗戶中的應(yīng)用。眾所周知，窗戶作為人們生活中一個(gè)必不可少的部分，是家庭智能化防盜系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，它與門起著眼睛的作用（觀察室外情況）越來越受到人們的重視。然而傳統(tǒng)的窗戶采用手動(dòng)控制方式，除了開窗和關(guān)窗并沒有其他功能可以實(shí)現(xiàn)。這種完全依靠人的自身來對(duì)窗戶進(jìn)行的控制，有時(shí)候無法應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的發(fā)生，從而導(dǎo)致不必要的損失，有時(shí)候甚至?xí)屓说纳踩艿酵{。比如外出時(shí)忘記關(guān)窗戶，突然的下雨、刮風(fēng)而導(dǎo)致室內(nèi)的物品受到損害；當(dāng)人們在熟睡的時(shí)候，煤氣不小心泄露了會(huì)導(dǎo)致人的生命安全受到威脅；當(dāng)室外環(huán)境比較噪雜產(chǎn)生噪音時(shí)，長時(shí)間如此會(huì)大大的影響人的身心健康和精神狀態(tài)等等。因此人們迫切的需要一種智能的家庭安全關(guān)窗系統(tǒng)，能安全可靠的完成自動(dòng)開關(guān)窗。在下雨時(shí)自動(dòng)識(shí)別下雨天氣，及時(shí)關(guān)窗；外面聲音嘈雜時(shí)為防止影響室內(nèi)人的休息自動(dòng)關(guān)窗；檢測室內(nèi)有毒氣體超標(biāo)時(shí)立馬開啟窗戶保護(hù)人的生命安全；利用人體熱釋紅外監(jiān)測窗外人員停留情況等等，保證人們生活的舒適以及財(cái)產(chǎn)安全。此次設(shè)計(jì)的就是詳細(xì)介紹能為用戶解決上述問題并極大便利了用戶的生活，在一定程度上保障了人生安全并給其創(chuàng)造了舒適的居住環(huán)境的多功能窗戶的應(yīng)用。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀目前，在美國、日本、德國、新加坡等國家，智能家居已大量應(yīng)用于小區(qū)樓房，特別是多功能窗戶更是得到廣泛應(yīng)用。大概在十年以前多功能窗戶也已經(jīng)進(jìn)入我國，但是一直沒有得到普及。但近年來，由于我國房地產(chǎn)行業(yè)的迅速發(fā)展，也帶動(dòng)了我國門窗幕墻行業(yè)的迅速發(fā)展。這幾年隨著自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及元器件價(jià)格的不斷下降，多功能窗戶越來越受到人們的重視，引起了新一番熱潮，普及度也在不斷的提高。市面上的多功能窗戶種類多不勝數(shù)，但是就其本質(zhì)而言，都是大同小異的。作為新興行業(yè)，它正以迅猛的姿勢不斷的發(fā)展。近幾年關(guān)于多功能窗戶的生產(chǎn)企業(yè)隊(duì)伍在不斷的壯大。由最初零星的幾家發(fā)展到百余家，并出現(xiàn)了一些具有其影響力的智能家居專業(yè)廠商，如深圳的正星特技有限公司、北京的九州易居科技有限公司等等。隨著人們對(duì)產(chǎn)品人性化、智能化、安全化、網(wǎng)絡(luò)化的追求，智能家居理念的不斷深入發(fā)展，多功能窗戶將成為未來家居發(fā)展的方向，智能窗戶將可以承載越來越多的功能。現(xiàn)在它主要應(yīng)用在在一些廠房、公共場所以及高檔商品房、商場中。隨著其不斷的發(fā)展，正逐漸向普通家庭住宅普及，這也將成為發(fā)展的必然趨勢。伴隨著能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題的日益嚴(yán)峻以及人們對(duì)安全舒適的生活條件的要求不斷提高，多功能窗戶立即成為各個(gè)國家研究的熱點(diǎn)。利用簡單可靠的系統(tǒng)，通過各個(gè)模塊高智能精準(zhǔn)的控制和協(xié)同，給人們的生活帶來極大的便利和安全。其市場的前景是非常廣闊的，相信在不久的將來它將完全取代傳統(tǒng)意義上的窗戶。第2章總體方案設(shè)計(jì)2.1整體方案設(shè)計(jì)1)自動(dòng)防雨：遇到下雨時(shí)，空氣中濕度增大，濕敏傳感器檢測到濕度信息將其信號(hào)傳遞給單片機(jī)，然后根據(jù)其信息與設(shè)置的臨界值比較判斷窗戶的開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)濕度大于70%時(shí)關(guān)閉窗戶，此功能特別適用于高層建筑。2)高低溫轉(zhuǎn)換：當(dāng)室內(nèi)溫度低于10攝氏度時(shí)，溫度傳感器檢測到低溫信息，自動(dòng)關(guān)閉窗戶。當(dāng)室內(nèi)溫度高于30攝氏度開啟窗戶通風(fēng)換氣，從而保證室內(nèi)溫度適宜。3)防盜報(bào)警功能：如果有人要強(qiáng)行從窗外入侵到室內(nèi)，裝置上的人體熱釋紅外傳感器的探頭就會(huì)檢測到，從而將信息傳遞給單片機(jī)，進(jìn)而控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)閉窗戶并立即啟動(dòng)燈光報(bào)警裝置，避免造成財(cái)產(chǎn)損失及保護(hù)室內(nèi)安全。4)防噪音功能：室外聲音過于噪雜，通過音頻放大電路傳遞信息，控制窗戶關(guān)閉，避免影響人們的正常休息。當(dāng)檢測到的噪音高于15分貝時(shí)，關(guān)閉窗戶。5)通風(fēng)換氣功能：當(dāng)室內(nèi)的天然氣，煤氣發(fā)生泄漏時(shí)，煙霧傳感器檢測到氣體信號(hào)，單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，并且電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)打開窗戶通風(fēng)換氣。這樣在一定程度上可以避免火災(zāi)以及爆炸事故的發(fā)生，也能有效防止人中毒保障人的生命安全。6)液晶顯示：實(shí)時(shí)顯示溫度，濕度，噪音分貝，煙霧情況并且在液晶顯示上我們可以自己設(shè)計(jì)溫度、濕度、噪音分貝的臨界值。2.2多功能窗戶的主體構(gòu)成本文介紹的是基于STC12C5A60S2單片機(jī),通過數(shù)據(jù)檢測傳感電路，窗驅(qū)動(dòng)電路，報(bào)警電路，Nokia5110顯示電路以及步進(jìn)電機(jī)來做成的單片機(jī)多功能窗在系統(tǒng)化概念設(shè)計(jì)方法的指導(dǎo)下，以需求分析－目標(biāo)確立－功能結(jié)構(gòu)分析－多方案產(chǎn)生－方案評(píng)估為步驟，逐步實(shí)現(xiàn)具有對(duì)室外溫度、雨水、風(fēng)壓、噪音進(jìn)行自我監(jiān)測，并自動(dòng)控制窗戶關(guān)閉。該控制系統(tǒng)能通過其數(shù)據(jù)監(jiān)測傳感電路不斷循環(huán)監(jiān)測室內(nèi)溫度。濕度、溫度等環(huán)境參數(shù)，然后與由控制鍵盤預(yù)置的參數(shù)臨界值相比較，從而做出開/關(guān)窗、降/生溫（濕）等判斷，再結(jié)合窗狀態(tài)檢測電路所檢測的窗狀態(tài)，發(fā)出一系列控制命令，完成下雨自動(dòng)關(guān)窗、恒溫（濕）等自動(dòng)控制功能。通過控制鍵盤，直接控制窗戶的開/關(guān)、溫（濕）的升/降、選擇所顯示的種類等。其主要模塊包括：溫濕度檢測模塊，噪音檢測模塊，紅外防盜模塊，有毒氣體檢測模塊，燈光報(bào)警模塊，顯示模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。其大體的系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)框圖第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)控制1)單片機(jī)的發(fā)展歷史：所謂單片機(jī)就是將CPU、存儲(chǔ)器及多種I/O接口電路集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。雖然它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。在單片機(jī)程序的控制作用下，能準(zhǔn)確、高效、迅速的完成設(shè)計(jì)者所要預(yù)期達(dá)到的效果和任務(wù)。單片機(jī)也被稱為微控制器（Microcontroller），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。其由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。其主要經(jīng)歷了三個(gè)階段，分別為SCM、MCU、SOC。SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）階段，其階段的主要任務(wù)是尋求最佳的單片機(jī)形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。它所獨(dú)創(chuàng)的“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。MCU即微控制器（MicroControllerUnit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。SOC即系統(tǒng)級(jí)芯片（SystemonaChip）。單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SOC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。2)STC12C5A60S2單片機(jī)的特點(diǎn)STC12C5A60S2是單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S，即25萬次/秒)，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。所以根據(jù)上述特點(diǎn)以及結(jié)合實(shí)際情況，選擇了STC12C5A60S2這一款單片機(jī)。端口第二功能介紹：P3.0

RXD(串行輸入口)

P3.1

TXD(串行輸出口)P3.2

INTO(外中斷0P3.3

INT1(外中斷1)P3.4

TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5

T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6

WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7

RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)RST——復(fù)位輸入LE/PROG——當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。引腳圖如圖3-2所示。單片機(jī)的最小系統(tǒng)，其中11.0592MHz的晶振配合兩個(gè)22p的諧振電容構(gòu)成震蕩電路，為單片機(jī)提供必要的系統(tǒng)時(shí)鐘。當(dāng)打開電源開始工作時(shí)，電容C1相當(dāng)于短路，單片機(jī)RST腳短時(shí)間內(nèi)處于高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位。圖3-1STC12C5A60S2引腳圖3.2數(shù)據(jù)檢測傳感器模塊3.2.1數(shù)據(jù)檢測傳感器模塊組成數(shù)據(jù)檢測傳感器模塊分成三大部分：1）溫濕度傳感電路（檢測溫度、濕度）；2）紅外防盜傳感電路；3）煙霧傳感電路。3.2.2傳感器選型及其電路傳感器是一種用來檢測數(shù)據(jù)的裝置，它能檢測到我們所要用的信息，并且能夠?qū)⑺鶛z測到的數(shù)據(jù)信息按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或者其他所需要的形式輸出，從而滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、控制等一系列的要求。它是首要環(huán)節(jié)，主要用途作為系統(tǒng)中自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制之間的橋梁。它的地位十分重要，我們所控制的信息來源主要是傳感器所檢測到的信息，我們根據(jù)這一信息通過在單片機(jī)內(nèi)作出判斷從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，液晶顯示器的顯示等多種情況。要是這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，自動(dòng)控制系統(tǒng)將無法得到我們的有效控制。3.2.3溫濕度檢測模塊圖3-2DHT11器件圖溫濕度檢測方案方案一：將溫度檢測和濕度檢測單獨(dú)分開檢測。其中溫度檢測采用熱敏電阻傳感器，熱敏電阻是利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度顯著變化這一特性制成的一種熱敏元件，電阻率隨溫度顯著變化是它的特點(diǎn)。它基本上由某些金屬氧化物（如：NiO、CuO等）組成，具有電阻值和電阻系數(shù)大、體積小、靈敏度高、響應(yīng)速度快、使用方便、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。濕度檢測采用濕敏傳感器，它能感受外界濕度變化，并通過器件材料的物理或化學(xué)性質(zhì)變化，將濕度轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)。方案二：溫濕度合在一起一塊檢測，采用DHT11數(shù)字溫度傳感器（DHT11器件圖如上圖3-3所示）。它是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，能同時(shí)檢測出溫度和濕度兩種信號(hào)，而且該產(chǎn)品還具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。因此它的應(yīng)用十分的廣泛。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接。所以該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，因此它的精確度還是比較高的，傳感器內(nèi)部在檢測信號(hào)的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。制單線串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。由于以上特點(diǎn)使它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。如：暖通空調(diào)、測試及檢測設(shè)備汽車、數(shù)據(jù)記錄器、消費(fèi)品、自動(dòng)控制、氣象站、家電濕度調(diào)節(jié)器、醫(yī)療、除濕器等。以上述情況來看DHT11能同時(shí)檢測溫度和濕度，并且器件反應(yīng)靈敏，體較小，便于數(shù)據(jù)采集，性價(jià)比高，因此一般采用第二種方案。2)DHT11的基本信息如下表3.1：表3.1DHT11的基本信息型號(hào)測量范圍測濕精度測溫精度分辨力封裝DHT1120—90%RH0—50℃5%RH2℃14針單排直插3）DHT11各引腳及其功能見圖3-3VDD：電源電壓DQ：數(shù)據(jù)輸入/輸出腳（單線借口，可作寄生供電）NC：懸空GND：接地圖3-3DHT11接線圖檢測到的數(shù)據(jù)通過DATA（2腳）將其傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過其內(nèi)部的程序進(jìn)行處理判斷，然后將其處理的結(jié)果傳輸?shù)酵獠侩娐?。通過液晶屏來顯示溫度以及濕度和控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。舉個(gè)例子：溫濕度模塊、單片機(jī)和液晶顯示屏的PCB圖如下圖3-4所示：圖3-4溫濕度模塊、單片機(jī)和液晶顯示屏的PCB圖與其相對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖如下圖3-5所示：圖3-5溫濕度模塊、單片機(jī)和液晶顯示屏的實(shí)物圖就是把當(dāng)時(shí)的溫濕度顯示到液晶屏上，同時(shí)也會(huì)顯示噪音的分貝值以及煙霧的有無。本系統(tǒng)顯示采用的是Nokia5110液晶顯示屏，從上圖3-5中我們可以看出最上面顯示Environment接下來第一行所顯示的是Temp即溫度值（整數(shù)加符號(hào)），第二行顯示Humi即濕度（整數(shù)加符號(hào)），第三行顯示Voice即聲音分貝值（整數(shù)加字母），第四行Smoke即煙霧（顯示兩種情況：you或者wu）。電路中還有四個(gè)按鍵以及復(fù)位開關(guān)。其中四個(gè)按鍵從上到下依次的功能為：第一個(gè)按鈕：按一下數(shù)值加一（除濕度加11外）；第二個(gè)按鈕：按一下數(shù)值減1（除濕度減11外）；第三個(gè)按鈕：選定作用，當(dāng)系統(tǒng)切換到設(shè)置模式時(shí)，通過第三個(gè)按鈕來選定所需要設(shè)置的項(xiàng)目，按一下光標(biāo)會(huì)隨之移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到所需要修改的項(xiàng)目時(shí)，通過以上兩個(gè)按鈕來進(jìn)行設(shè)置；第四個(gè)按鈕：起切換作用，按下它切換到設(shè)置模式。藍(lán)色的開關(guān)為電路總開關(guān)，右邊黑色的為復(fù)位開關(guān)，指示燈亮表示系統(tǒng)正常工作。3.2.4紅外防盜模塊圖3-6熱釋紅外傳感器元器件圖Pir簡介：熱釋電紅外線(PIR)傳感器是一種檢測物體輻射紅外能量的傳感器，是根據(jù)熱釋電效應(yīng)制成的。自20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型高靈敏度探測元件。在此設(shè)計(jì)中我們選用的如上圖3-7所示。它可以作為紅外激光的一種較為理想的探測器，目前應(yīng)用于構(gòu)成防入侵報(bào)警器或者各種自動(dòng)化控制裝置（如：自動(dòng)電燈開關(guān)、自動(dòng)水龍頭開關(guān)、自動(dòng)門開關(guān)等）。不與人體接觸它就可以檢測出人體輻射的紅外線能量變化，并轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)輸出。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路。由于其效率高，頻域響應(yīng)最寬，所以其發(fā)展較快并且應(yīng)用范圍也廣。2）Pir原理介紹：熱釋電紅外傳感器根據(jù)材料的熱釋電效應(yīng)而制成的傳感器。對(duì)某一特定波長范圍內(nèi)的紅外線有較高的靈敏度。我們?nèi)梭w的體溫是恒定的，為37℃，會(huì)發(fā)出波長為10左右的紅外線。而Pir則是根據(jù)探測到的這一波長進(jìn)行工作的。當(dāng)其探測到有人時(shí)，材料表面的溫度會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致材料晶體內(nèi)部的原子排列也發(fā)生變化，引起極化電荷，電極間有了相應(yīng)的電壓輸出。若溫度達(dá)到一個(gè)新的平衡值，其表面的電荷也將達(dá)到新的平衡，就不再會(huì)釋放電荷，也就不會(huì)再輸出信號(hào)。因此熱釋紅外傳感器在溫度的升降的過程中才會(huì)有電壓的輸出。3）Pir引腳接線圖3-7：圖3-7pir接線圖當(dāng)檢測到有人停留的時(shí)候，輸出口便會(huì)置高電平，當(dāng)沒有人的時(shí)候就會(huì)置低電平，引腳電平的高低信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，從而控制窗戶的開關(guān)。當(dāng)熱釋紅外探頭檢測到有人靠近時(shí)，就會(huì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，關(guān)閉窗戶。下圖3-8為其紅外檢測和煙霧檢測部分的PCB圖圖3-8紅外及煙霧檢測模塊PCB圖3.2.5煙霧檢測模塊圖3-9煙霧傳感器器件圖1）MQ2及其原理簡介：MQ2是一款可燃性氣體探測器（器件圖如上圖3-9所示）。具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度高，探測范圍廣，穩(wěn)定性好，響應(yīng)十分迅速以及使用壽命長。因此它被廣泛的應(yīng)用于家庭、商場和工廠等場所的氣體泄漏監(jiān)測裝置。適宜于液化氣、甲烷、丁烷、丙烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。本設(shè)計(jì)中主要是用它來檢測天然氣。它所使用的氣敏材料是在空氣中電導(dǎo)率較低二氧化錫，屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。當(dāng)它處于200~300℃時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負(fù)離子吸附，促使半導(dǎo)體中的電子密度減少，繼而使其電阻值增加。當(dāng)與煙霧接觸時(shí)，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調(diào)制而變化，就會(huì)引起表而電導(dǎo)率的變化。利用這一點(diǎn)當(dāng)MQ2傳感器檢測到所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，隨著可燃?xì)怏w的濃度的增大從而導(dǎo)致傳感器的電導(dǎo)率也隨之增大。2）MQ2引腳接線圖3-10：圖3-10MQ2接線圖在氣體傳感器沒有得到響應(yīng)的狀態(tài)下，使LM358的反向端(2腳)的電壓高于同相端（3腳）的電壓，從而輸出端（1腳）輸出低電平；從而在氣體傳感器有響應(yīng)的狀態(tài)下，使得2腳電壓低于3腳電壓，1腳輸出高電平，即為有效信號(hào)。3.3其他硬件3.3.1顯示器設(shè)備圖3-11Nokia5110液晶顯示器有微功耗、顯示內(nèi)容豐富、體積小巧等優(yōu)點(diǎn)。正因?yàn)槿绱怂膽?yīng)用十分的廣泛，常常用于各類儀器儀表和低功耗的系統(tǒng)。我們根據(jù)其顯示容量分為單行16字，2行16字，2行20字等等；根據(jù)其顯示內(nèi)容可分為字符型液晶，圖形液晶。此次介紹的是用Nokia5110來做的顯示模塊。1）Nokia5110簡介：LPH7366是NOKIA公司生產(chǎn)的可用于其5110、6100等系列手機(jī)的液晶顯示模塊，而且國內(nèi)也具有生產(chǎn)其類似的產(chǎn)品。該產(chǎn)品除了在手機(jī)上的應(yīng)用之外還可以應(yīng)用于各類便攜式設(shè)備的顯示系統(tǒng)。相對(duì)于其同類產(chǎn)品它具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

84x48的點(diǎn)陣LCD，從而可以顯示4行漢字。通過串行接口與主處理器之間進(jìn)行通信，使其接口信號(hào)線數(shù)量大幅度減少，從而包括電源和地在內(nèi)的信號(hào)線僅有9條。支持幾種串行通信協(xié)議（如AVR單片機(jī)的SPI、MCS51的串口模式0等），可全速寫入顯示數(shù)據(jù)，無需等待時(shí)間，傳輸速率最高達(dá)4Mbps。

可通過導(dǎo)電膠從而連接模塊與印制版，而不用連接電纜，只要用模塊上的金屬鉤就可以將模塊固定到印制板上，從而非常便于安裝和更換。

LCD控制器／驅(qū)動(dòng)器芯片已綁定到LCD上，使得模塊的體積非常小。

采用低電壓供電，在正常顯示的情況下的工作電流在200以下，并且還具有掉電模式。2）管腳功能及其接線圖3-12:GND：接地。CLK：同步時(shí)鐘輸入，最高達(dá)4Mbps

。DIN：數(shù)據(jù)輸入，時(shí)鐘上升沿采樣。DC：數(shù)據(jù)/命令切換，0：命令；1：數(shù)據(jù)。CE：片選信號(hào)RST0：復(fù)位圖3-12Nokia5110接線圖3）用途它可以顯示室內(nèi)實(shí)時(shí)的溫度以及濕度數(shù)值，另外還有噪音的分貝，煙霧的有無，便于人們知道此時(shí)室內(nèi)的具體各項(xiàng)參數(shù)的情況。而且還可以通過它來設(shè)定溫濕度值以及分貝值。3.3.2步進(jìn)電機(jī)圖3-13步進(jìn)電機(jī)器件圖1）步進(jìn)電機(jī)（器件圖圖上圖3-13所示）的相關(guān)簡介：步進(jìn)電機(jī)能將輸入的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移。每輸入一個(gè)脈沖，電動(dòng)機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度或者前進(jìn)一步，所以被稱為步進(jìn)電機(jī)或者脈沖電動(dòng)機(jī)。其特別適合于數(shù)字控制系統(tǒng)，如數(shù)控機(jī)床等裝置。雖然步進(jìn)電機(jī)被廣泛的應(yīng)用于各種場合但是由于它要用到功率驅(qū)動(dòng)電路、雙環(huán)形脈沖信號(hào)等組成的控制系統(tǒng)才可以正常的使用，所以它并不能像普通的直流電機(jī)和交流電機(jī)那樣在常規(guī)的情況下使用。由以上情況可以得知步進(jìn)電機(jī)的使用并不是一件簡單的事，它涉及到電機(jī)、機(jī)械、及其計(jì)算機(jī)等多方面的知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)是系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化系統(tǒng)中的非常關(guān)鍵的產(chǎn)品，它廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化的控制系統(tǒng)中。并且它的需求量也隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展而與日俱增，出現(xiàn)在各個(gè)國民生產(chǎn)領(lǐng)域中。它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移信號(hào)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。大體上可以這樣認(rèn)為：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到外界的一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按其設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，進(jìn)而我們可以通過控制其接收到的脈沖個(gè)數(shù)來控制其角位移量，使其達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；與此同時(shí)我們還可以通過控制其脈沖的頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

現(xiàn)在市面上的步進(jìn)電機(jī)大體可以分為三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。其中永磁式步進(jìn)電機(jī)一般有兩相，并且其轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩的輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但有其缺點(diǎn)那就是噪聲和振動(dòng)都很大，混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相，兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。所以這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用是最為廣泛的。2）基本原理：在較為普遍的情況下電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過電機(jī)內(nèi)部的定子繞組時(shí)，其定子繞組受到電流的作用從而產(chǎn)生矢量磁場。該磁場會(huì)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場方向與定子的磁場方向一致。轉(zhuǎn)子會(huì)隨著定子的矢量磁場的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。電機(jī)所輸出的角位移與其接收到的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率也成正比。我們可以通過改變繞組通電的順序，來改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。綜上我們可以用控制脈沖頻率、數(shù)量以及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。3）本次介紹的是28BYJ48四相步進(jìn)電機(jī)，其電路接線圖如圖3-14所示：圖3-14步進(jìn)電機(jī)引腳圖4）步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路：為了排除由于單片機(jī)的電流過小，而導(dǎo)致無法驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以通常使用驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而讓電機(jī)能夠正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，使其系統(tǒng)正常工作。我們常用來模擬的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為ULN2003。ULN2003的簡介：ULN2003是一種高耐壓、大電流的達(dá)林頓陳列，它由七個(gè)NPN達(dá)林頓管所構(gòu)成。其內(nèi)部的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接使用標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理數(shù)據(jù)。灌電流可以達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，而且還可以在高負(fù)載電流下并行輸出運(yùn)行。其器件的引腳圖如圖3-15所示：圖3-15uln2003引腳圖3.3.