居家智能窗戶設計

居家智能窗戶設計第1章緒論1.1研究目的及意義隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和人民生活水平的持續(xù)提高，人們對家居環(huán)境的關(guān)注度也日益提高。為了保證室內(nèi)空氣的清新，人們普遍養(yǎng)成了定期開窗通風的好習慣。但在當今節(jié)奏快速的生活中，人們往往因為疏忽而忘記關(guān)窗，使得刮風下雨時室內(nèi)環(huán)境受到影響，出行在外的人員會擔心家中安全。現(xiàn)在的智能關(guān)窗裝置雖然品種和功能都很多,但主要都是應用在一些高檔建筑和各種公共場所，而且主要是要和窗戶一起定做，價格也相對較高，同時無論是老的還是新建的房子預先安裝的以手動推拉窗居多，幾乎沒有人愿意把已安裝好的窗戶廢掉，更換成多功能智能窗。所以，有必要開發(fā)一種在普通窗的基礎(chǔ)上改進的智能關(guān)窗裝置，該裝置裝有風速傳感器、溫濕度傳感器REF_Ref136436336\r\h[1]、步進電機模塊等，每當刮風下雨，窗戶便自動關(guān)閉，解除用戶的后顧之憂。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，國內(nèi)外很多研究機構(gòu)在這個領(lǐng)域做了諸多努力。2022年玉玥霞;美蓉;李婷在《基于》中系統(tǒng)以STM32單片機REF_Ref135321530\r\h[2]為主要的控制系統(tǒng)，根據(jù)雨滴傳感器、大氣壓強傳感器、光照傳感器和溫濕度傳感器REF_Ref135321402\r\h[3]采集數(shù)據(jù)，以步進電機作為驅(qū)動器設計的一款智能窗戶REF_Ref135321362\r\h[7]。利用光照傳感器，窗戶可根據(jù)室內(nèi)外光照強度，從而控制窗簾的開關(guān)；遇到下雨天氣時，雨滴傳感器接收到信號，反饋給單片機，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換，控制電機轉(zhuǎn)動，窗戶做出相應的動作。當大氣壓強傳感器采集到的氣壓值低于限值時，即判斷有降雨趨勢，則控制電機轉(zhuǎn)動，窗戶關(guān)閉。此外，通過OLED顯示屏實時顯示雨水狀態(tài)、窗戶窗簾開關(guān)狀態(tài)及環(huán)境數(shù)據(jù)。2022年子鵬聞;惠萍瀅在《實現(xiàn)》設計了一種基于單片機的應對不同情況自動開關(guān)窗戶的智能窗戶控制系統(tǒng)REF_Ref135321418\r\h[8]。首先該系統(tǒng)可以通過遙控器控制開關(guān)窗；每當外面天氣是雨天，該系統(tǒng)會將窗戶關(guān)上并且發(fā)出警報聲；每當窗戶前方檢測到有人時，該系統(tǒng)會讓窗戶自動關(guān)合并發(fā)出警報；當檢測到室內(nèi)有煙霧或者可燃氣體時，該系統(tǒng)會自動將窗戶打開進行通風，并啟動風扇加強通風效果，同時也會發(fā)出警報通知用戶。2022年電與理物院學范師陽咸;李琪;海郝;院學程工子;李琪在《基于單片機的智能窗戶開關(guān)系統(tǒng)設計》中闡述了智能窗戶開關(guān)系統(tǒng)的設計理念和整體設計框架REF_Ref135321433\r\h[9]。此次設計的智能窗戶開關(guān)系統(tǒng)采用多個傳感器相聯(lián)合的方式，共同監(jiān)測室內(nèi)空間的環(huán)境情況，并且不斷的收集各種信號，然后將傳感器檢測到的信號發(fā)給單片機，再與預先設置好的參數(shù)作對比，根據(jù)判斷的結(jié)果控制窗戶的開關(guān)。在享受人性化的生活環(huán)境下，加快了智能家庭領(lǐng)域的發(fā)展。2022年ZhaoYonggang;LiuQiming;WangYang;LiuHao;LvMingzhi在《用具有凈零能耗的導電聚合物構(gòu)建的智能窗戶》中窗戶對室內(nèi)采光、制冷和供暖調(diào)節(jié)非常重要,為居住者提供舒適的居住環(huán)境REF_Ref135321445\r\h[14]。然而,傳統(tǒng)的窗戶由于無法控制的光和熱傳導而需要過度的能源消耗。為了克服這些問題,我們制備了基于透明導電聚合物poly(3,4-乙烯二氧噻吩)：poly(對苯乙烯磺酸)(PEDOT：PSS)的半透明對稱超級電容器(SSC)的全天候智能窗(SW)。所得窗口顯示出優(yōu)異的近紅外(NIR)光調(diào)制和高可見光透過率。它們具有電化學性能,使用壽命長達10,000次循環(huán),并具有良好的隔熱性能,工作溫度范圍寬至-20℃至40℃。制備的柔性SW具有堅固的機械性能,適合粘貼在現(xiàn)有建筑窗戶上。模擬了在中國和世界各地不同氣候區(qū)的典型地點實施SW的節(jié)能和減排效果。2022年ZakirullinRustam在《帶光柵智能窗戶的建筑物的類型與方位優(yōu)化的光傳輸》上提出了一種新穎的建筑類型學,在不使用額外的日光遮陽/重定向裝置的情況下,對每個窗戶進行特殊的傳輸。2021年KimJongbae;PaikTaejong在《用于智能窗戶的柔性熱致變色二氧化釩薄膜制造的最新進展》單斜相VO2(VO2(M))因其具有可逆的絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變特性而被廣泛研究用于節(jié)能智能窗。在臨界溫度(Tc=68℃)，絕緣的VO2(M)(空間群P21/c)轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俳鸺t石型VO2(VO2(R)空間群P42/mnm)。VO2(M)在近紅外(NIR)波段表現(xiàn)出較高的透過率；然而，在較高Tc下相變?yōu)閂O2(R)后，NIR透過率顯著降低，這阻礙了太陽光譜中的紅外輻射，并有助于在無需外部電源的情況下管理室內(nèi)溫度REF_Ref135321466\r\h[16]。最近，柔性熱致變色VO2(M)薄膜的制備也引起了廣泛關(guān)注。這些柔性薄膜在實際應用中表現(xiàn)出相當大的潛力，因為它們可以迅速地應用于現(xiàn)有建筑物的窗戶，并易于集成到曲面，如擋風玻璃和其他汽車窗戶。此外，在微尺度上制備的柔性VO2(M)薄膜在光學致動器和開關(guān)方面具有潛在的應用。然而，大多數(shù)現(xiàn)有的制備純相VO2(M)薄膜的方法涉及腔室沉積，通常需要高溫沉積或煅燒過程。在這種情況下，由于工藝中的低溫抗性條件，無法使用柔性聚合物基板，這限制了柔性智能窗在一些新興應用中的使用REF_Ref136436378\r\h[17]。1.3主要研究內(nèi)容本文介紹一種智能居家窗戶設計方案，采用51單片機作為主控，通過硬件設計和軟件開發(fā)，將集成風速傳感器、濕度傳感器、步進電機、LCD1602顯示模塊、按鍵模塊、藍牙等模塊相結(jié)合，實現(xiàn)以下功能：通過風速傳感器和濕度傳感器來分別檢測室內(nèi)風速和濕度，通過按鍵模塊來設置數(shù)據(jù)閾值；單片機作為主控單元進行數(shù)據(jù)處理，當任一數(shù)據(jù)不在閾值范圍內(nèi)，單片機驅(qū)動步進電機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)開關(guān)窗。同時通過藍牙模塊手機端也能夠?qū)崟r監(jiān)控當前傳感器采集的設備，并且控制窗戶開關(guān)。

第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1設計方案本設計是一種基于單片機技術(shù)的居家智能窗戶設計，系統(tǒng)由單片機對信號進行運算處理，再輸出PWM波調(diào)整直流減速電機，這款設計由多個傳感器組成，能夠檢測空氣中濕度信息，也可以對風速進行檢測，然后將這些信號處理之后傳入單片機REF_Ref136436402\r\h[19]。實現(xiàn)的功能如可檢測風速并顯示；可檢測濕度并顯示；可設定閾值；風速或濕度超過報警值，控制步進電機正轉(zhuǎn)模擬關(guān)窗；風速或濕度小于報警值，控制步進電機反轉(zhuǎn)模擬開窗。通過藍牙模塊使上位機與下位機通信，手機端能夠?qū)崟r監(jiān)控當前傳感器采集的設備，并且能夠控制窗戶開關(guān)。2.2元器件選型2.2.1單片機目前最廣泛使用的是STM32和51單片機。方案一：51單片機是目前廣泛使用的一種8位微控制器，特別適合初學者進行學習和初始化控制。原本由IntModel適用于Linux的典型結(jié)構(gòu)和集中管理總線專用寄存器，具有許多強大的功能和面向位操作邏輯系統(tǒng)指令的豐富性和多樣性，堪稱“經(jīng)典”一代，成為簡單易用的單片機，但存在以下缺點:EEPROM等功能需要依賴擴展，增加了軟硬件負擔;i/o引腳雖然使用簡單，但是輸出能量高，沒有想象的輸出能量，這也是51系列單片機最嚴重的缺陷。運行Linux花費的時間太長，特別是對于雙數(shù)據(jù)指針。如果可以改進的話，編寫一個51低保護和很容易燒壞芯片的微處理器是很容易的。方案二:STM32系列芯片有著高性能、低成本和低功耗的重要特點。它基于armcortex-m3內(nèi)核，廣泛應用于嵌入式系統(tǒng)中REF_Ref10346\r\h[12]。芯片價格便宜，內(nèi)置大量外圍資源，性能優(yōu)異，是一款性價比非常高的芯片。其特點如下:“ARMCortexM3內(nèi)核與Eash和SRAM內(nèi)存高度集成。配備armcortex-m3的32位RISC處理器可以提高代碼執(zhí)行效率。圖2-1STC89C52RC單片機本設計選用STC89C52RC單片機（如圖2-1）。宏晶科技新一代STC89C52RC單片機具有高速、低功耗、超強抗干擾等特點。主要特點如下:該單片機可完全替代傳統(tǒng)的8051，并且采用更先進的技術(shù)，使其性能更加穩(wěn)定可靠，成為值得推薦的單片機型號。電壓工作范圍:5.5v~3.3v(5Vmcu)/3.8v~2.0v(3Vmcu);這款芯片的工作頻率范圍是0~40MHz，相當于普通的8051芯片的0~80MHz，實際上它的最高工作頻率可達48MHz。它擁有8K字節(jié)的用戶應用程序空間，并且集成了512字節(jié)的RAM。通用i/o口(32片)，重啟后，有:P1/P2/P3/P4口幾乎是雙向拉伸打開P0是輸出口，向下引流，用作總線延伸，不需要添加拉伸阻力，i/o口用作牽引，需要補充阻力;ISP(系統(tǒng)可編程)/IAP(應用可編程)，無需專門的程序員，無需專門的模擬器，通過串口直接下載用戶程序(RxD/P3.0,TxD/P3.1)，幾秒鐘完成一部分;該芯片的工作溫度范圍為-40~+85攝氏度（工業(yè)級）/0~75攝氏度（商業(yè)級），封裝采用斗爭封裝。2.2.2風速傳感器本文采用的是三杯式FM-FS風速傳感器。圖2-2FM-FS風速傳感器FM-FS風速傳感器技術(shù)參數(shù):供電電壓:DC5-24V或者DC12-24V；電流:4-20mA；數(shù)字:RS485(232)脈沖信號；傳感器樣式:三杯式；啟動風速:0.4-0.8m/s；分辨率:0.1m/s；測量范圍:0-30m0-60m；系統(tǒng)誤差:士3%；傳輸距離:大于1000m；接線方式:電壓:三線制電流:三線制、兩線制數(shù)字:四線制；TTL電平:三線制脈沖:三線制工作溫度:-20C~80C；FM-FS風速傳感器適用范圍:可廣泛應用于溫室、氣象站、碼頭、重機、港口等任何需要測量風速風向的場所。2.2.3溫濕度傳感器本文采用DHT11溫濕度傳感器。圖2-3DHT11溫濕度傳感器技術(shù)參數(shù)：供電電壓：3.3~5.5VDC；輸出：單總線數(shù)字信號；測量范圍：濕度20-90%RH，溫度0~50℃；測量精度：濕度+-5%RH，溫度+-2℃；分辨率：濕度1%RH，溫度1℃長期穩(wěn)定性：<±1%RH/年。特性：相對濕度和溫度測量；全部校準，數(shù)字輸出；卓越的長期穩(wěn)定性；無需額外部件；超長的信號傳輸距離；超低能耗；4引腳安裝；完全互換。2.2.4步進電機本文采用的為五線四相步進電機，驅(qū)動為ULN2003芯片。圖2-4步進電機ULN2003是一種高電壓、高電流的達林頓顯示器，其中包含7個達林頓NPN硅晶管。該電路具有以下特點：1.每對ULN2003達林頓器件都是串聯(lián)的，基本電阻2.7k。在5V工作電壓下，可直接連接TTL和CMOS電路，直接處理最初需要標準邏輯緩沖處理的數(shù)據(jù)。2.ULN2003具有較高的工作電壓和電流。灌溉電流可達500mA。此外，在斷電時，它可以承受高達50V的電壓。輸出也可以在高負載電流下并聯(lián)工作。3.ULN2003采用dip-16或sop-16塑料包裝。2.2.5LCD1602顯示模塊圖2-5LCD1602LCD1602液晶顯示器是廣泛使用的一種字符型液晶顯示模塊。它是由字符型液晶顯示屏（LCD）、控制驅(qū)動主電路HD44780及其擴展驅(qū)動電路HD44100，以及少量電阻、電容元件和結(jié)構(gòu)件等裝配在PCB板上而組成。技術(shù)參數(shù)：（1）顯示容量：16×2個字符。（2）芯片工作電壓：4.5~5.5V。（3）工作電流：2.0mA（5.0V）。（4）模塊最佳的工作電壓：5.0V。（5）字符尺寸：2.95mm×4.35mm（寬×高）2.2.6藍牙模塊藍牙模塊是用于在設備之間進行無線通信的小型電子設備。它們通常由一個射頻收發(fā)器和與之配對的微控制器組成。下面是一些常見的藍牙模塊類型及其特點：藍牙經(jīng)典（BluetoothClassic）模塊：這是最早的藍牙技術(shù)標準，用于實現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)傳輸速率和音頻質(zhì)量。它適用于需要傳輸大量數(shù)據(jù)或進行音頻傳輸?shù)膽?，如音頻設備和數(shù)據(jù)傳輸設備。藍牙低能耗（BluetoothLowEnergy，BLE）模塊：BLE是專為高能效和長電池壽命應用而設計的一種低功耗藍牙技術(shù)。它適用于物聯(lián)網(wǎng)設備、健身追蹤器、智能家居等需要長時間運行的設備。雙模藍牙模塊：這種模塊結(jié)合了藍牙經(jīng)典和BLE技術(shù)，使設備可以同時支持藍牙經(jīng)典和BLE連接。它們在需要同時支持傳統(tǒng)藍牙和低能耗藍牙的應用中非常有用。藍牙Mesh模塊：藍牙Mesh是一種新興的藍牙技術(shù)，允許設備在廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應用中創(chuàng)建自組織的網(wǎng)絡。它適用于需要大規(guī)模設備互聯(lián)和通信的應用，如照明控制和智能建筑。圖2-6HC-06藍牙模塊對于選擇藍牙模塊，HC-06是一種常見的藍牙經(jīng)典模塊。它的主要特點包括：價格實惠：HC-06模塊相對較便宜，適合低成本項目。易于使用：它具有簡單的串行通信接口，容易集成到各種設備中。良好的兼容性：HC-06模塊可以與許多不同類型的設備進行通信，并且廣泛支持各種平臺和操作系統(tǒng)。延遲較高：由于使用的是藍牙經(jīng)典技術(shù)，HC-06模塊的響應時間可能較長，適合不需要實時性要求很高的應用。第3章系統(tǒng)的硬件部分設計3.1系統(tǒng)總體設計本設計是一種基于單片機技術(shù)的居家智能窗戶設計，系統(tǒng)由單片機對信號進行運算處理，再輸出PWM波調(diào)整直流減速電機，這款設計由多個傳感器組成，能夠檢測空氣中濕度信息，也可以對風速進行檢測，然后將這些信號處理之后傳入單片機。該系統(tǒng)應完成的主要功能有:1.可檢測風速，并顯示；2.可檢測濕度，并顯示；3.可設定閾值；4.風速或濕度超過報警值，控制步進電機正轉(zhuǎn)模擬關(guān)窗；5.風速或濕度小于報警值，控制步進電機反轉(zhuǎn)模擬開窗；6.通過藍牙模塊實現(xiàn)上位機與下位機通信，上位機手機端實時監(jiān)測傳感器檢測的數(shù)據(jù)，并且能夠控制窗戶開關(guān)。總體原理圖如下所示：圖3-1總體原理圖3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設計3.2.1風速傳感器模塊設計風速傳感器由殼體、風杯和電路模塊組成。傳感器殼體和風杯采用鋁合金材料，使用特種模具精密壓鑄工藝，尺寸公差甚小表面精度甚高，內(nèi)部電路均經(jīng)過防護處理，整個傳感器具有很高的強度、耐候性、防腐蝕和防水性。電纜接插件為軍工插頭，具有良好的防腐、防侵蝕性能，能夠保證儀器長期使用，同時配合內(nèi)部進口軸承系統(tǒng)，確保了風速采集的精確性。風速傳感器體積小巧，法蘭盤底座，攜帶、安裝方便快捷、外觀精美，測量精度高，量程寬，穩(wěn)定性能好，低功耗，數(shù)據(jù)信息性度好，信號傳輸距離長，抗外界干擾能力強，信號輸出形式多樣，鋁合金材料質(zhì)量輕，強度高。FM-FS風速傳感器適用范圍：可廣泛應用于溫室、環(huán)境保護、氣象站、船舶、碼頭、重機、吊車、港口、碼頭、纜車、任何需要測量風速風向的場所。圖3-2-1風速傳感器原理圖ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片的內(nèi)部電源輸入和參考電壓可以復用，使得芯片的模擬電壓輸入范圍在0~5V之間。芯片的轉(zhuǎn)換速度非?？欤瑑H需32微秒。此外，芯片還具有雙數(shù)據(jù)輸出，用于數(shù)據(jù)校驗，從而減少數(shù)據(jù)誤差。另外，芯片具有穩(wěn)定的性能和高速轉(zhuǎn)換能力。獨立的芯片使能輸入，進一步方便了多器件掛接和處理器控制。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕松實現(xiàn)通道功能的選擇。通常情況下ADC0832與單片機的連接方式需要4條數(shù)據(jù)線，分別為CS、CLK、DO、DI。但因為DO信號和DI信號在通信時并非同時有效，并且它們與單片機的接口是雙向的，因此在電路設計時可以將DO和DI共用一條數(shù)據(jù)線。3.2.2步進電機模塊設計如圖3-2-2為本設計中的步進電機電路，U18是步進電機。28BYJ-48步進電機的模型是一個致動器,將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移。通常情況下，當步進驅(qū)動器收到脈沖信號時，它會將步進電機以設定方向旋轉(zhuǎn)一個特定的角度，這個角度稱為步距角。通過控制脈沖信號的數(shù)量可以實現(xiàn)精確定位，同時通過控制脈沖信號頻率可以控制電機轉(zhuǎn)速和加速度，實現(xiàn)調(diào)速的目的。步進電機的28byj48型四相八拍電機,電壓為DC5V-DC12V。當一系列連續(xù)的控制脈沖應用到步進電機,它可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)。每個脈沖信號改變一個步進電機或兩相繞組的一個相位,它對應一定的角度(一個階梯角)。當電氣化狀態(tài)的變化完成一個循環(huán)時,轉(zhuǎn)子翻轉(zhuǎn)一個齒距。四相步進電機運行在不同模式的功率,單電模式(常見的單相繞組(a-b-c-d-a)4...),八拍(A-AB-B-BCC-CD-D-DA-A...)由于單片機接口信號不夠大需要通過ULN2003放大再連接到相應的電機接口。四相八拍:一拍轉(zhuǎn)一個步距角。步進電機完成一個磁場周期需要的脈沖數(shù)。所以八拍就是A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.四拍運行時步距角為0=360度/(50*4)=1.8度(俗稱整步)，八拍運行時步距角為0=360度/(50*8)=0.9度(俗稱半步)。相指的就是ABCD。當電機運行的時候需要給ABCD這4相通電。圖3-2-2步進電機模塊原理圖步進電機特點:步進電機的運轉(zhuǎn)步長不受電壓大小、電流數(shù)值、溫度變化、波形變化等因素限制。步進電機轉(zhuǎn)動的誤差值是不會像傳統(tǒng)的那些儀器會累計誤差。因為步進電機雖然每轉(zhuǎn)動一定的角度會存在與理論上有誤差，這些誤差也會積累，但是因為每轉(zhuǎn)動一圈的累計誤差為0。所以步距的累計誤差是不會長期的積累下去。3.2.3溫濕度檢測模塊設計本次設計采用DHT11溫濕度傳感器模塊，DHT11傳感器是市場上采用的溫濕度傳感器。此傳感器占用的面積非常簡單，精度為0.2采用的是單總線的數(shù)據(jù)傳輸方式。這個傳感器抗干擾能力非常的強，經(jīng)常用于高爐測溫、機房檢測、家庭溫度控制等方面適合于很多空間比較小的場合和數(shù)字溫度檢測等領(lǐng)域。這款溫度傳感器轉(zhuǎn)換時間為75ns，比傳統(tǒng)DS1820速度要快很多。檢測的結(jié)果以數(shù)字量方式串行傳送。溫濕度傳感器模塊電路圖如圖所示:圖3-2-3溫濕度檢測模塊原理圖DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一種溫濕度復合傳感器，可以輸出已校準的數(shù)字信號。該傳感器采用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)及溫濕度傳感技術(shù)，以保證其極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器實際由一個電阻式感濕元件和一個NTC溫度傳感元件組成，并與高性能的8位單片機相連接。因此，該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、響應速度快、抗干擾能力強等優(yōu)點，而且具有極高的性價比。3.2.4顯示模塊設計液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、LED數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和LED數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹，本章重點介紹字符型液晶顯示器的應用。在單片機系統(tǒng)中應用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個優(yōu)點：1.顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。2.數(shù)字式接口液晶顯示器屬于數(shù)字顯示器，與單片機系統(tǒng)接口簡單可靠，操作方便。3.體積小、重量輕液晶顯示器利用顯示器上的電極來控制液晶分子的狀態(tài)，進而實現(xiàn)顯示功能。相較于相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器，它的重量要輕得多。4.功耗低相對來說，液晶顯示器最主要的功耗在于其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC，因此相較于其他類型的顯示器，其耗電量要少得多。圖3-2-4顯示模塊原理圖液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領(lǐng)域。3.2.5藍牙模塊設計圖3-2-5藍牙模塊原理圖HC-06是一種常見的藍牙串口模塊，其工作原理如下：通信接口：HC-06藍牙模塊通過串口（UART）與主控單元（如單片機）進行通信。它有兩個引腳，一個用于發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD），一個用于接收數(shù)據(jù)（RXD）。AT命令：HC-06藍牙模塊可以通過AT命令進行配置和控制。At命令是一組預定義的指令，通過串口發(fā)送給藍牙模塊，用于設置藍牙模塊的工作模式、名稱、波特率等參數(shù)。主從模式：HC-06藍牙模塊只能工作在從模式（SlaveMode）。它可以被其他設備（如手機、電腦）發(fā)現(xiàn)并連接，但不能主動連接其他設備。藍牙配對：當HC-06藍牙模塊被其他設備連接時，設備之間需要進行藍牙配對。在默認配置下，HC-06使用固定的PIN碼“1234”進行配對。數(shù)據(jù)傳輸：一旦HC-06藍牙模塊與其他設備成功配對并建立連接，數(shù)據(jù)可以通過串口進行傳輸。單片機可以通過向TXD引腳發(fā)送數(shù)據(jù)來發(fā)送信息給藍牙模塊，藍牙模塊將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭B接的設備。反之，從其他設備接收到的數(shù)據(jù)將通過RXD引腳傳遞給單片機。第4章系統(tǒng)的軟件設計4.1軟件主流程圖當全部系統(tǒng)軟件通電時，濕度傳感器和風速傳感器將收集到的數(shù)據(jù)傳送給單片機處理，并且在LCD液晶顯示模塊中顯示；再輸出PWM波調(diào)整直流減速電機；在風速或濕度達到報警值時，會控制步進電機正轉(zhuǎn)，模擬關(guān)閉窗戶。相反，當風速或濕度低于報警值時，會控制步進電機反轉(zhuǎn)，模擬打開窗戶。圖4-1整體流程圖

4.2溫濕度模塊的軟件設計如圖4-2-1為該模塊的設計流程圖。接通電源后，濕度傳感器將收集的濕度信息傳輸給單片機，在由單片機進行信息處理。圖4-2-1溫濕度模塊設計流程圖當總線為空時，服務器降低總線并等待DHT11響應。服務器必須總是將總線拉得高于18ms，以允許DHT11檢查啟動信號。接收到服務器信號后，等待啟動信號完成，推送低電平響應信號。等待服務器啟動信號出來，等待20.40us，然后加載DHT11響應信號。啟動信號后，獲得高平均功率。圖4-2-2DHT11時序圖4.3風速傳感器模塊軟件的設計如圖4-3為該模塊的設計流程圖。接通電源后，風速傳感將收集的數(shù)據(jù)傳輸給單片機，在由單片機進行信息處理。圖4-3風速傳感器模塊設計流程圖4.4顯示模塊的軟件設計在本設計中需要顯示風速和濕度信息。系統(tǒng)使用LCD液晶顯示數(shù)據(jù),單片機初始化完成后顯示屏會自動寫控制字，控制字為單片機中獲得的數(shù)據(jù)，隨后顯示出來。如圖為顯示模塊流程圖。圖4-4顯示模塊流程圖4.5步進電機模塊的軟件設計本設計通過步進電機模塊模擬開窗關(guān)窗，單片機處理數(shù)據(jù)后，如果數(shù)據(jù)超過設定的報警閾值，步進電機會被控制為正轉(zhuǎn)，模擬關(guān)閉窗戶。如果數(shù)據(jù)小于報警值，則控制步進電機反轉(zhuǎn)，模擬打開窗戶。圖4-5步進電機模塊流程圖4.6藍牙模塊的軟件設計該模塊的軟件設計流程主要涉及以下幾個步驟：初始化串口：在主控單元上初始化與HC-06藍牙模塊連接的串口。設置串口的波特率和其他參數(shù)，以確保與藍牙模塊的通信正常進行。AT命令配置：通過串口向HC-06發(fā)送AT命令，對藍牙模塊進行配置。可以設置模塊的名稱、工作模式、PIN碼等參數(shù)。使用AT命令可以根據(jù)需求對藍牙模塊進行個性化設置。數(shù)據(jù)接收和處理：使用串口接收函數(shù)接收來自HC-06藍牙模塊的數(shù)據(jù)，并進行相應處理?？梢酝ㄟ^解析、分析接收到的數(shù)據(jù)或觸發(fā)相應操作，來滿足應用需求。發(fā)送數(shù)據(jù)：通過串口向HC-06藍牙模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。使用串口發(fā)送函數(shù)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入到串口，從而發(fā)送給藍牙模塊。藍牙模塊會將數(shù)據(jù)傳輸給已連接的設備。處理連接和配對：當HC-06藍牙模塊成功連接其他設備并配對成功時，可以通過判斷連接狀態(tài)來進行相應的處理。例如，可以在連接建立時發(fā)送歡迎消息或者進行數(shù)據(jù)同步等操作。另外，還可以處理藍牙配對過程，例如在需要密碼時向藍牙模塊發(fā)送配對密碼。圖4-6藍牙模塊流程圖

第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實物圖圖5-1系統(tǒng)完整實物圖本系統(tǒng)主要包括單片機核心板、LCD顯示屏，左下方黑色模塊為風速傳感器，下方藍色模塊為濕度傳感器，屏幕顯示當前風速和濕度的值，可通過右邊三個黑色按鈕來設置系統(tǒng)風速和濕度的閾值。5.2測試原理圖5-2-1設計功能模塊實物圖如圖5-2-1，顯示當前的濕度和風速情況。綠色LED燈亮時，表示風速或者濕度低于閾值，是打開窗戶；紅色LED燈亮時，風速或者濕度高于閾值，為關(guān)閉窗戶。圖5-2-2傳感器模塊實物圖如圖5-2-2為風速傳感器和濕度傳感器，用來采集室內(nèi)風速及濕度數(shù)據(jù)。圖5-2-3步進電機模塊實物圖如圖5-2-3，使用步進電機來模擬開關(guān)窗戶，當風速或濕度超過預設的報警值時，有控制信號輸出，將步進電機正向控制以模擬關(guān)閉窗戶的效果。反之，當風速或濕度低于報警值時，則會控制步進電機反轉(zhuǎn)模擬打開窗戶。圖5-2-4閾值調(diào)節(jié)實物圖如圖5-2-4，右邊有三個按鈕，長按第一個按鈕1s后松開，此界面用于調(diào)整風速閾值。按下第二個按鈕可增大風速閾值；按下第三個按鈕可減小風速閾值。再次按下第一個按鈕，界面將切換至濕度閾值調(diào)整界面。同樣地，按下第二個按鈕可增加濕度閾值；按下第三個按鈕可降低濕度閾值。第6章總結(jié)與展望6.1總結(jié)調(diào)試系統(tǒng)軟件的過程沒有想象的特別順利，調(diào)試過程時遇到了一些困難。經(jīng)過指導老師的悉心教導，我找到了問題所在，做出了相應的調(diào)整，及時處理了設計中的問題和不嚴謹?shù)牡胤健ＴO計方案中所遇問題與解決辦法主要包含以下幾點。(1)功率模塊進行模擬仿真過程時，調(diào)試輸出值總是達不到設計規(guī)定。經(jīng)過查驗，基本原理出現(xiàn)錯誤，發(fā)現(xiàn)電路板焊接時出現(xiàn)了一些技術(shù)問題，于是重新焊接。(2)使用模擬軟件搜索錯誤代碼。在修改后，在激活過程中沒有正常的返回，在操作過程中添加了回收程序后，結(jié)果是準確的。(3)雖然在模擬仿真時沒有發(fā)現(xiàn)任何影響效果的輸出，但實際進行印刷制版時卻會對電源電路造成損害。經(jīng)過相關(guān)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)信息發(fā)送錯誤的代碼是導致邏輯錯誤的原因，同時也未能分辨忙碌情況。因此，制定了增添忙碌情況分辨的措施，以期解決問題。在工作中系統(tǒng)軟件沒有出現(xiàn)問題，邏輯錯誤也未在數(shù)據(jù)信息口顯示。6.2展望設計以智能窗戶為研究對象，在具體分析人們居住的環(huán)境舒適問題，明確提出了一種基于單片機的居家智能窗戶設計。全部設計的首要工作中如下所示。(1)根據(jù)查看相關(guān)資料，確定了對居住環(huán)境的種種因素，把智能化控制窗戶開關(guān)為首要目的的一種智能化窗戶系統(tǒng)；(2)通過前面提到的問題，我們確定了窗戶的自動控制可以通過使用單片機和步進電機來實現(xiàn)。設計方案考慮使用單片機來操縱整個系統(tǒng)。(3)LCD液晶顯示屏為硬件配置電源電路的顯示元件，主板芯片為STC89C52。經(jīng)過模擬仿真，所有設計都達到了智能窗戶控制系統(tǒng)規(guī)定的要求，可以完全實現(xiàn)其功能，但是系統(tǒng)軟件還存在一些問題并需要進行優(yōu)化，在之后的探討中必須進行健全。(1)步進電機模塊為設計的操作系統(tǒng)。在具體運用中，須調(diào)節(jié)步進電機的旋轉(zhuǎn)角度到合適角度。(2)在日后的作業(yè)和學習中，此產(chǎn)品可以獲得充足的開發(fā)設計。

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附錄A電路圖源代碼#include<reg52.h>#include<intrins.h>sfrISP_DATA=0xe2; //數(shù)據(jù)寄存器sfrISP_ADDRH=0xe3; //地址寄存器高八位sfrISP_ADDRL=0xe4; //地址寄存器低八位sfrISP_CMD=0xe5; //命令寄存器sfrISP_TRIG=0xe6; //命令觸發(fā)寄存器sfrISP_CONTR=0xe7; //命令寄存器#defineCoil_A1{A1=1;B1=0;C1=0;D1=0;}//A相通電，其他相斷電#defineCoil_B1{A1=0;B1=1;C1=0;D1=0;}//B相通電，其他相斷電#defineCoil_C1{A1=0;B1=0;C1=1;D1=0;}//C相通電，其他相斷電#defineCoil_D1{A1=0;B1=0;C1=0;D1=1;}//D相通電，其他相斷電#defineCoil_OFF{A1=0;B1=0;C1=0;D1=0;}//全部斷電typedefunsignedcharU8;typedefunsignedintU16;U8U8FLAG,k;U8U8count,U8temp;U8U8T_data_H,U8T_data_L,U8RH_data_L,U8checkdata;U8U8T_data_H_temp,U8T_data_L_temp,U8RH_data_H_temp,U8RH_data_L_temp,U8checkdata_temp;U8U8comdata; U8str_H[15];//濕度顯示intshidu,U8RH_data_H;unsignedintW_baojing=10;//wind風速報警值unsignedcharW_buff[5];//顯示緩存unsignedintH_baojing=60;//濕度報警值unsignedcharH_buff[5];//顯示緩存unsignedintjishi_flag;//計時時間unsignedcharjishi_buff[5];//顯示緩存unsignedintset_jishi_flag=10;//設置計時時間unsignedcharset_buff[5];//設置時間顯示緩存unsignedcharmoshi=0;bitStopFlag=1; //啟動/停止標志bitZXflag=0;//轉(zhuǎn)向標志unsignedcharsudu=5; //速度變量bitflag;bitkaiguan=1;//開關(guān)標志sbitA1=P2^4;//定義步進電機連接端口sbitB1=P2^3;sbitC1=P2^2;sbitD1=P2^1;sbitCS=P1^3;sbitClk=P1^4;sbitDATI=P1^5;sbitDATO=P1^5;sbitP2_0=P1^6;//DHT11傳感器引腳sbitbuzzer=P1^7;sbitled_off=P3^2;sbitled_on=P3^3;sbitshezhi=P3^7;sbitjia=P3^6;sbitjian=P3^5;unsignedcharIntToString(unsignedchar*str,intdat);externvoidInitLcd1602();externvoidLcdShowStr(unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*str);externvoidLcdWriteCmd(unsignedcharcmd);unsignedchardat=0x00;//AD值longValue1;unsignedintfengsu;unsignedintsum=0;unsignedcharwind[5];//風速值voidmain(){unsignedcharlen,m;EA=1;//開總中斷InitLcd1602();//初始化液晶LcdShowStr(0,0,"Wind:km/h");Init_Timer0();//定時器初始化led_off=0;led_on=1;while(1){Key_set_scan();//按鍵掃描if(moshi==0) //當在檢測模式時{RH(); shidu=U8RH_data_H; xianshi(); for(m=0;m<5;m++) { Value1=adc0832(0x00); sum=sum+Value1; } Value1=sum/5; sum=0;Value1=Value1*2;//風速校準len=IntToString(wind,Value1);//轉(zhuǎn)換成字符串while(len<3)//用空格補齊到3個字符長度{wind[len++]='';}wind[len]='\0';//添加字符串結(jié)束符LcdShowStr(5,0,wind);//風速顯示到液晶屏上 fengsu=Value1; if(flag==1) {if((fengsu<W_baojing)&&(shidu<H_baojing)) //當風速小于報警值且濕度小于報警值 { //jishi_flag=0; if(kaiguan==1)//若是關(guān)狀態(tài) { StopFlag=0; //啟動ZXflag=0;//正轉(zhuǎn) Delay_Ms(1000); StopFlag=1; kaiguan=0;//切換成開狀態(tài) led_off=1; led_on=0; } }elseif((fengsu>=W_baojing)||(shidu>=H_baojing))// { if(kaiguan==0)//若是開狀態(tài) { buzzer=0;