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结束语18
致谢19
参考文献:
20
摘要
现在使用的窗户大部分采用人工关闭方式,不具有自动防雨、防风、防强光以及低温自动关窗等人性化的功能;
平时人们外出时经常忘记关闭窗户,遇上下雨时,雨水会进入室内,对室内的电器、摆设等物品造成不必要的损害。
借助单片机、电子电路及传感器的知识设计了可以实现自动开窗、防风雨、低温自动报警并开窗的智能窗,从而可解决现实生活中存在的很多问题。
本智能窗的设计本着安全、方便、节能、人性化的原则进行,可使现代生活显著提高。
关键词:
防风雨,防低温;
单片机;
智能
Abstract
Nowtheuseofthemostwindowsisartificialoffmode,donothaveautomaticrain-proof,wind-proof,glareandlowtemperatureautomaticwindowclosinghumanefunction;
weoftenforgettoclosethewindowswhenyougoout,itrains,therainwillentertheroom,theindoorappliances,equipmentandotheritemstocauseunnecessarydamage.bymeansofsinglechip,electroniccircuitandsensordesignedcanrealizetheautomaticwindow,againstthewind,lowtemperatureautomaticalarmandfenestrationoftheintelligentwindow,whichcansolvemanyproblemsthatexistinthereallife.Theintelligentwindowdesigninasafe,convenient,energy-saving,humanizedprinciple,canmakemodernlifeimprove.
Keywords:
windandrainprevention,antilowtemperature,51singlechipmicrocomputer;
intelligence;
第一章前言
1.1研究背景及其意义
1背景
我国的改革开放,经济的飞速发展,使得人民物质生活水平不断提高,人们对其住宅和汽车的要求也越来越高,表现在不仅希望拥有舒适、温馨的住所和汽车,而且对其安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。
现在的自动控制系统已经为我们的生活提供了太多的便利,在生活的各个方面,人们迫切需要一种智能型的家庭安全自动关窗系统,能可靠的进行日常的开关工作,在环境大风或下雨的情况下,自动识别大风或下雨天气,实现自动关窗动作,以便人们能够更安心的工作,同时也保证了居民生活的舒适和生命财产不受损失。
于是有关家庭、办公室,仓库还有汽车等处的自动关窗系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视。
现在市场上也出现了各种名目繁多的关窗装置,但多由于可靠性较差、造价高或使用复杂而难于普及。
随着电子通讯技术的飞速发展,单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。
因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种适合于家庭、仓库、银行,汽车等重要场所的低价位、运行可靠、具有自动关窗功能的系统,对恶劣的天气情况自动发出报警信息。
另外自动关窗系统也广泛应用于汽车。
汽车是现代生活中不可缺少的交通工具,随着人们生活水平的提高,人们对汽车的安全性、舒适性都有着更高的要求。
中央门锁和电动车窗给驾驶员和乘客带来了很大的方便。
驾驶员通过它可以方便的对所有车门的开闭进行控制。
电动车窗使得驾驶员也可通过设在驾驶员旁边的控制开关对各车窗实现集中控制。
但是在有些时候也会出现一些其他的麻烦。
比如:
当汽车停车熄火,锁好门后,有时会忘记将车窗玻璃升到位,及时发现的,要重新打开车门,按动开关将其升到位;
而一旦疏忽,不但会造成重要文件、物品丢失,甚至会导致车辆失窃、雨天驾驶室进水等,给用户带来不必要的经济损失和精神负担。
鉴于以上情况,可以设计在中央门锁和电动车窗的基础上加装的汽车自动关窗控制器。
其工作情况是:
当汽车熄火后,锁上门锁时,汽车自动关窗控制器会自动关好开着的所有车窗玻璃。
如果汽车附有遥控装置,下车后只需轻轻一按遥控器就可以放心地离开了,再不用担心物品丢失、车辆失窃、雨天驾驶室进水等问题。
2意义
随着我国经济的快速发展以及人民生活水平的不断提高,人们对健康的重视程度也日渐增强保持室内空气新鲜,经常通风换气也成为人们共同的生活习惯然而在当今快节奏生活中,人们常常会忘记关窗,每逢刮风下雨,便担心不已。
现在的智能关窗装置虽然品种功能都很多,但主要应用在高档建筑和各种公共场所,而且主要是和窗户一起定做,价格也比较高同时无论是老的还是新建的民房预先安装的以手动推拉窗居多,很少有人愿意把已安装好的窗户废掉,更换成多功能智能窗。
由于以上原因,本课题希望开发一种在普通窗的基础上改进的智能关窗装置,该装置装有风速传感器,温湿度传感器,每当刮风下雨,窗户便自动关闭,解除用户的后顾之忧。
1.2多功能智能窗简介
智能门窗一般是指安装了先进的防盗、防劫、报警、自动关窗等系统的门窗。
智能门窗在一些公共场所、高档商品房、商场中运用广泛,现在正向普通家庭普及。
智能门窗控制系统由无线遥控器、智能主控器、门窗控制器、门窗驱动器等组成,现在的智能门窗系统集现代声、光、机、电、通讯为一体,是智能居家的理想选择。
另一种智能窗是由玻璃或透明塑料等基材和调光材料所组成的具有调光功能的器件,在一定的物理条件(如电场、温度)下,这种器件可以改变自身的透明度或颜色,从而选择性地吸收和反射外界热辐射和阻止内部热扩散,达到调节光强度或室内温度的目的。
一般智能窗材料根据激励方式可以分为三种:
光致变色型、电致变色型、热致调光型。
随着能源危机、污染、全球变暖等问题的日益严峻,智能窗迅速成为各国研究的热点。
应用简单可靠的系统,通过高智能的精准控制和协同,让生活变得更简单更舒适更节省。
从专业的角度讲,我们是电子产品的造物主,赋予它们灵魂不仅是我们的梦想也是我们的使命。
人工智能窗,能使你的生活更加安全,更加舒适,更加环保。
它不仅是一个消费品,更是家庭云系统中的一员。
当然它更是一种健康绿色的理念。
基于以上,作为智能家居的不可缺少的一环,智能窗应运而生。
智能窗主要是由单片机,人体红外线感应器,风速传感器、温湿度传感器及其相关部件组成。
1.3研究内容
设计一个多功能窗,能够根据外界的天气情况和室内的气体情况来控制者窗户的开启和关闭。
本系统有以下几个控制要求:
(1)当外界下雨时,及时关闭窗户,防止雨水进入室内损坏室内的装饰和物品。
(2)当窗户外有人驻留超过一定时间时,窗户会立即关闭并报警。
(3)当室内的温度超过30°
时能开窗换气,保持室内空气清新,当然这一动作是以外界没有下雨和盗情为前提的。
第二章硬件方案的设计
2.1本设计的主要任务和内容
1.自动防雨:
平时上班或临时加班不能及时关窗、出门在外也总有忘记关窗的时候,遇到下雨时,湿敏传感器检测到下雨信息,单片机控制板控制电动机动作,窗门自动关闭,使您的家用设备遭雨水侵袭,解除您的后顾之忧。
此功能特别适合高楼住户。
2.自动防盗:
当窗户外有人驻留时,超过30S,阻断了红外线探测器的发射接收通路,窗户会立即关闭。
3.高低温自动转换窗户开关:
当室内温度低于30摄氏度时,温度传感器检测到低温信息,单片机控制板控制电动机动作,窗门自动关闭。
当室内的温度超过30摄氏度时能开窗换气,保持室内空气清新。
2.2智能窗的总体构成
本控制系统主要由AT89S52单片机组成的中央控制器,显示电路,数据检测传感电路,蜂鸣器报警电路,窗驱动电路等组成。
其系统框图如图1所示:
数据检测传感电路
AT89S52
步进电机
窗驱动电路
报警电路
1602LCD显示电路
图1系统框图
2.3机械结构的设计
1.自动开关窗机械传动形式设计
自动开关窗任务分析智能窗的传动任务是由动力源通过传动机构带动窗扇在滑移槽内来回滑动。
齿轮齿条传动较为准确、可靠,并且机械效率高,因此,选定齿轮齿条传动能满足多功能窗传动任务的要求。
传动形式见图2。
图2齿轮齿条传动
2.窗框与窗扇的结构设计
窗框结构设计此窗框是在常规窗框的基础上进行的更改设计,在窗框上开一道滑移槽,使窗扇开关窗时在滑移槽内装上齿条,齿条滑动带动支撑杆实现开关窗。
2.4各模块设计
2.4.1单片机选型
1.单片机发展过程单片机是一种集成电路芯片。
它采用超大规模技术将具有数据处理能力的微处理器(CPU)、存储器(含程序存储器ROM和数据存储器RAM)、输入、输出接口电路(I/O接口)集成在同一块芯片上,构成一个既小巧又很完善的计算机硬件系统,在单片机程序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。
其诞生于20世纪70年代末,主要经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。
1)SCM即单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)阶段,主要是寻求最佳的单片形嵌入式系统的最佳体系结构。
“创新模式”获得成功,奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。
在开创嵌入式系统独立发展道路上,Intel公司功不可没。
2)MCU即微控制器(MicroControllerUnit)阶段,主要的技术发展方向是:
不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。
3)MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。
从这一角度来看,Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。
在发展MCU方面,最著名的厂家当数Philips公司。
Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。
4)单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决;
因此,专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。
随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。
因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。
2.AT89S52单片机特点
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于常规编程器。
在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能:
8k字节Flash,256字节RAM,32位I/O口线,三个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路。
另外,AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。
8位微控制器8K字节在系统可编程FlashAT89S52。
P0口:
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下,P0不具有内部上拉电阻。
在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;
在程序校验时,输出指令字节。
程序校验时,需要外部上拉电阻。
P1口:
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流。
此外,P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和定时器/计数器2的触发输
入(P1.1/T2EX),具体如下表所示。
在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。
引脚号第二功能
P1.0T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出
P1.1T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制)
P1.5MOSI(在系统编程用)
P1.6MISO(在系统编程用)
P1.7SCK(在系统编程用)
P2口:
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX@DPTR时,P2口送出高八位地址。
在这种应用中,P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用8位地址(如MOVX@RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。
在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
P3口:
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口,p3输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。
P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用。
在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。
端口引脚第二功能
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2INTO(外中断0)
P3.3INT1(外中断1)
P3.4TO(定时/计数器0)
P3.5T1(定时/计数器1)
P3.6WR(外部数据存储器写选通)
P3.7RD(外部数据存储器读选通)
此外,P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。
RST——复位输入。
当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。
ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。
一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。
要注意的是:
每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。
对FLASH存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。
如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位,可禁止ALE操作。
该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活。
此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置ALE禁止位无效。
PSEN——程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当AT89S52由外部程序存储器取指令(或数据)时,每个机器周期两次PSEN有效,即输出两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器,将跳过两次PSEN信号。
EA/VPP——外部访问允许,欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH),EA端必须保持低电平(接地)。
需注意的是:
如果加密位LB1被编程,复位时内部会锁存EA端状态。
如EA端为高电平(接Vcc端),CPU则执行内部程序存储器的指令。
FLASH存储器编程时,该引脚加上+12V的编程允许电源Vpp,当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。
AT89S52的引脚图如图3所示
图3AT89S52引脚图
2.4.2人体红外线感应器
1.人体红外感应器简介
人体红外感应器是理想的电子开关量传感器。
当人体接近传感器的感应区域,开关就能无接触,无压力、无火花、迅速发出指令,准确反应出运动机构的位置和行程。
在自然界,任何高于绝对温度(-273°
C)时物体都将产生红外光谱,不同温度的物体,其释放的红外能量的波长是不一样的,因此红外波长与温度的高低是相关的。
此红外热释感应器可应用于人体感应控制方面,并实现红外防盗和红外控制一体化,扩大了人体红外热释感应器的应用范围。
2.在本设计中采用DYP-ME003人体感应模块的功能特点:
(1)全自动感应:
人进入其感应范围则输出高电平,人离开感应范围则自动延时关闭高电平,输出低电平。
(2)光敏控制(可选择,出厂时未设):
可设置光敏控制,白天或光线强时不感应。
温度补偿(可选择,出厂时未设):
在夏天当环境温度升高至30~32℃,探测距离稍变短,温度补偿可作一定的性能补偿。
(3)两种触发方式:
(可跳线选择)
a.不可重复触发方式:
即感应输出高电平后,延时时间段一结束,输出将自动从高电平变为低电平;
b.可重复触发方式:
即感应输出高电平后,在延时时间段内,如果有人体在其感应范围活动,其输出将一直保持高电平,直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段,并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。
(4)具有感应封锁时间(默认设置:
2.5S封锁时间):
感应模块在每一次感应输出后(高电平变成低电平),可以紧跟着设置一个封锁时间段,在此时间段内感应器不接受任何感应信号。
此功能可以实现“感应输出时间”和“封锁时间”两者的间隔工作,可应用于间隔探测产品;
同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。
(此时间可设置在零点几秒—几十秒钟)。
(5)工作电压范围宽:
默认工作电压DC4.5V-20V。
(6)微功耗:
静态电流<
50微安,特别适合干电池供电的自动控制产品。
(7)输出高电平信号:
可方便与各类电路实现对接。
3.引脚如图4所示
图4DYP-ME003人体感应模块引脚图
1.电源负极
2.OUT信号输出
3.电源正极
4.L不可重复触发端口
H重复触发端口
5.CDS光敏电阻
6.RT温度补偿电阻
2.4.3温度传感器
1.DS1820数字温度传感器简介
DS1820接线方便,封装成后可应用于多种场合,如管道式,螺纹式,磁铁吸附式,不锈钢封装式,型号多种多样,有LTM8877,LTM8874等等。
主要根据应用场合的不同而改变其外观。
封装后的DS1820可用于电缆沟测温,高炉水循环测温,锅炉测温,机房测温,农业大棚测温,洁净室测温,弹药库测温等各种非极限温度场合。
耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。
2.DS1820的特性
单线接口:
仅需一根口线与MCU连接
无需外围元件
由总线提供电源
测温范围为-55℃~75℃,精度为0.5℃
九位温度读数
A/D变换时间为200ms
用户自设定温度报警上下限,其值是非易失性的
报警搜索命令可识别哪片DS1820超温度限
3.DS1820引脚及功能(见图5)
GND:
地;
DQ:
数据输入/输出脚(单线接口,可作寄生供电)
VDD:
电源电压
图5DS1820引脚接线图
2.4.4湿度传感器
1.DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准熟悉信号输出的温湿度复合传感器,它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。
传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件,并与一个高性能8位单片机相连接。
因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
每个DHT11传感器都在即为精确的湿度校验室中进行校准。
校准系数以程序的形式存在OTP内存中,传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。
单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。
超小的体积、极低的功耗,信号传输距离可达20米以上,使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。
产品为4针单排引脚封装,连接方便。
2.DHT11引脚及功能(见图6)
地
数据输入/输出脚(单线接口,可作寄生供电)
NC:
悬空
图6DHT11引脚接线图
2.4.5显示器设备
液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点,在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到广泛的应用。
目前字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件。
这里用LCD1602液晶显示模块,它可以显示两行,每行16个字符,采用单+5V电源供电,外围电路配置简单,价格便宜,具有很高的性价比。
1.LCD1602简介
工业字符型液晶,能够同时显示16*2即32个字符。
(16列2行) 1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。
每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用,正因为如此所以他不能显示图形。
1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行,每行16个字符液晶模块(显示字符和数字)。
2.LCD1602管脚功能
1602采用标准的16脚接口,其中:
第1脚:
VSS为电源地。
2脚:
VDD接5V电源正极。
3脚背光负极。
4脚背光正极。
第5脚:
E(或EN)端为使能(enable)端。
第6脚:
RW为读写信号线,高电平
(1)时进行读操作,低电平(0)时进行写操作。
。
第7脚:
RS为寄存器选择,高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器第8脚:
V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高.第9~16脚:
D0~D7为8位双向数据端。
3.1602的特性
对比度可调,含复位电路,提供各种控制命令,如:
清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能。
8字节显示数据存储器DDRAM,建有192个5X7点阵的字型的字符发生
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