智能窗户开关电路毕业设计论文.docx

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智能窗户开关电路毕业设计论文

毕业设计（论文）

题目:

智能窗户开关电路

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

随着电子技术的发展和人民生活水平的不断提高，智能窗已经越来越多地被用到了现代智能化建筑中，提供住户一个安全、方便的环境。

据统计，在未来的几年内，安装智能窗的用户将不断增加。

本次设计的智能窗户系统能通过其数据检测传感电路不断循环检测室外湿度及温度，当湿度或者温度达到一定时，窗户自动关闭，防止潮湿空气或雨水进入房间，当温度和湿度都到达合适程度时，窗户自动开启。

本文通过使用AT89C51单片机、ULN2003驱动电路、LCD1602显示模块设计了一种智能窗户系统。

该系统可以实现自动开关窗，本文详细介绍了系统的整体设计原理，分析了系统的硬件及软件结构，并且制作了实物，通过测试，系统具有良好的效果。

关键词：

单片机；ULN2003；步进电机；1602；DHT11湿度传感器

Abstract

Withthedevelopmentofelectronictechnologyandtheimprovementofpeople'slivingstandard,intelligentwindowisincreasinglybeingusedinmodernintelligentbuilding,offerasafe,convenientenvironment.Accordingtostatistics,inthenextfewyears",theinstallationofintelligentwindowuserswillcontinuetoincrease.Thedesignoftheintelligentwindowsystemthroughthesensingcircuitofthedatacontinuouscycledetectionoutsidehumidityandtemperature,whenthehumidityortemperaturereachesacertaintime,closethewindowautomatically,preventthemoistairorwaterintotheroom,whenthetemperatureandhumidityaretoarriveatanappropriatelevel,thewindowtoopenautomatically.

Inthispaper,byusingtheAT89C51SCM,ULN2003drivecircuit,LCD1602displaymodule,adesignofintelligentwindowsystem.Thissystemcanrealizetheautomaticwindow,thispaperdescribestheoveralldesignprincipleofthesystem,analyzesthestructureofhardwareandsoftwaresystem,andmadethephysical,topassthetest,thesystemhasagoodeffect.

Keywords:

microcontroller；uln2003；steppermotor；lcd1602

第一章绪论

1.1课题研究的背景

近年来我国经济水平的不断提高，越来越多的人对生活品质有了更高要求，他们不仅追求舒适，温馨的住宅环境，而且对住宅的智能型提出了更高的要求。

目前各种智能系统已经深入到我们平时的生活中，给我们的生活带来了巨大的便利，智能窗户也越来越多的进入了现代智能化住宅之中。

人们迫切需要一种下雨能关窗，温度较高时能自动开窗的智能窗户，这样当家里没人时，下雨也不会使家里的家具物品等受到雨水的破坏，人们可以安心的工作，巨大的方便了人民的生活，提高了人们的生活质量。

随着电子通讯技术的不断前进，单片机技术的不断更新，单片机变的更小，集成度更高，价格更低，单片机的优势已经在很多领域得到了充分的体现，如数据采集，智能仪器方面。

故利用单片机来开发一款智能窗户便显的有什么重要的意义。

1.2本文主要研究内容

在本次设计中将运用单片机作为控制终端，利用湿度传感器作为采集信号的工具，利用步进电机来驱动电路，软硬件结合起来，来实现对自动关窗的整个过程的模拟。

本文将对信号采集，分析，信号传输，单片机处理，如何驱动步进电机，步进电机的工作和数据的显示做出相关的研究与分析并得出一定的结论与成果。

主要目标是让系统可以进行温湿度测量，自动开窗关窗，数据显示等一系列功能。

本次设计的关键核心在于，硬件电路的设计与测试改进，单片机，温湿度采集的程序也是一大难点。

本次设计中将使用keiluvision2来编写单片机的相关程序，它能将C语言更好的与单片机融合，能使用接近于传统C语言的的语法来开发，与汇编相比，C语

言在结构性、功能性、可读性、可维护性上有明显的优势。

现行的硬件电路主要采用protues来设计，protues拥有庞大的元器件库和微处理器芯片，而且对数字电路的设计有十分优越的性能，所以用起来十分的方便，增强了设计的效率。

另外，keil对汇编语言进行成功编译之后可产生能与proteus进行联机调试的“HEX”文件。

所以在本次设计中分别采用proteus和keil这两款软件对软硬件进行设计和仿真。

本课题将采用软硬件相结合组成实际控制系统，对电路进行高效的利用，并且将对相关的知识进行理论分析,在此基础上，完成整个系统设计。

在硬件电路设计上，还要实现系统各个功能模块的正确设计及连接。

在软件编程方面，采AT89C51单片机完成主控程序编写，实现自动开关窗系统功能。

本课题主要分为以下几个具体实现步骤：

1.整理要运用的知识：

（1）掌握单片机的基本工作原理及指令系统；

（2）掌握MCS-51单片机应用系统与开发方法与原理；

（3）熟练掌握并应用Protel软件来绘制原理图。

2.需要完成的主要工作

（1）利用PROTEL完成系统的原理图设计

（2）利用KIEL完成系统的程序设计

（3）制作实物

（4）撰写毕业论文

3.将各个模块融合到一起，并对其兼容性进行观察，是否能够达到预期的效果，整体整合后，再对整个系统进行一个调试，如果出现问题要及时发现并处理，不断改进直到达到设计要求。

1.3论文主要章节安排

本文共分为六章，第一章介绍系统的研究内容及背景意义，第二章介绍系统整体设计方案以及方案的论证，第三章介绍系统硬件模块的设计，第四章主要介绍

系统的软件模块的设计及各个软件模块流程图，第五章对整个系统进行仿真测试，并对结论做一阐述。

第六章对论文进行总结。

第二章系统整体设计及方案选择

本文要完成的功能是设计一个基于单片机的自动关窗系统，因此整个系统应该有控制模块、温湿度模块、显示模块、电机驱动模块组成。

单片机自动关窗系统的制作有多种方法，可供选择的元器件和运用的技术也有很多种，要做出合适的选择，要充分考虑系统的可操作性，系统整体的性价比和稳定性，人机界面的友好性。

2.1方案选择

2.1.1控制模块方案

方案一：

利用FPGA或CPLD进行总体控制、显示等功能，再配合运用VHDL语言去设计数字硬件控制模块来控制整个系统，它具有工作稳定可靠，运行速度快的特点。

方案二：

主要是以单片机为核心构建控制器，通过读取时钟芯片信息。

方案的造价低，性价比比较高并且简单可靠。

本设计采用STC89C52芯片作为硬件核心，该芯片采用FlashROM，内部具有4KBROM存储空间,相对于本设计而言程序空间完全够用,而且与51系列单片机完全兼容,而且运用于电路设计中时具备ISP在线编程技术,当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，避免芯片的多次拔插对芯片造成的损坏。

2.1.2显示方案模块选择

方案一：

采用LED数码管。

LED数码管具有能在小电流条件下驱动发光，发光响应的时间极短（<0．1μs）且能与CMOS、ITL电路很好的兼容，亮度非常高，高频特性能十分优越，体积小，重量轻，能有的效抗冲击，产品平均使用寿命在10万小时以上，某些产品可达100万小时，成本低等特点。

因此它被广泛用作数字仪器仪

表、数控装置、计算机的数显器件。

方案二：

采用HJ1602液晶显示屏。

HJ1602A是一种工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。

（16列2行）。

1602只能显示字母、数字和符号能显示16*2个字符，但寄存器不止32个，有一些显示效果，如字符一个个显示、字符从左到右或从右到左显示等等，显示效果简单方便。

总结：

在编程使用方面，HJ1602较数码管复杂，HJ1602液晶屏显示更全面、字符更多。

针对我们的设计，需要显示温度湿度等信息，我们选择显示内容更丰富的HJ1602。

因此我们选择方案二。

2.1.3温湿度传感器方案选择

方案一：

选用DS18B20温度传感器作为温度检测模块。

DS18B20是一线式数字温度传感器。

具有独特的单线式接口方式。

测量范围在—55℃~125℃，—10℃~85℃，误差范围在-\+0.5℃。

最高精度可达0.0625℃。

HS1101是电容式湿度传感器。

可测量相对湿度范围在0%~100%RH。

误差为-\+2%RH。

方案二：

选用DHT11作为设计的温湿度检测模块。

DHT11是一款集成型的数字温湿度一体传感器。

DHT11内部集成模拟电路和数字电路，可以直接输出数字信号，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。

该传感器包括一个测温元件和一个电阻式测湿元件，可与单片机直接连接。

该产品具有超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

测量范围在20%~90%RH，0℃~50℃。

温度测量的精度是-\+2℃，湿度测量的精度是-\+5%RH。

符合本次毕业设计的要求。

经上述分析，方案一虽然精度更精确。

却稍显复杂。

方案二即便不能实现方案一的高精度测量。

却也能满足设计要求。

且简便易行。

可靠稳定。

具有超高的性价比。

故选择方案二。

2.14步进电机驱动方案

方案一：

选用三洋STK4132来驱动电机，STK4132的功率为20W，失真达到0.4%，价格也比较高。

方案二：

采用ULN2003来驱动步进电机，ULN2003是高压大电流达林顿晶体管系列，可以驱动大功率器件，是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003输出端为高电平。

步距值不受各种干扰因素的影响，能持续稳定工作，价格也比较便宜。

经上述分析，方案一误差较大并且性价比低，故选择方案二。

2.2系统总体设计模块

综上所述，系统由单片机小系统，温湿度模块、显示电路（LCD1602）、驱动电路组成。

系统整体框图如2-1所示。

图2-1系统整体框图

由PROTEL设计的电路原理图如图2-1所示，整个系统采用温湿度传感器DHT11采集温湿度信号，由于采用DHT11湿度传感器，本次设计不考虑A/D转换，DHT11温湿度传感器将数字信号传给单片机，单片机对信号做出判断，如果温湿度超过设

定值，单片机将信号传给驱动电路，驱动电路转动，显示电路收到单片机信号，显示温湿度的值。

晶振电路跟复位电路是电路中的最小系统，在电路中晶振电路为单片机提供时钟，单片机工作的最小时间计量单位就是由这个晶振决定的，复位电路能让单片机从程序的最初开始运行。

第三章系统硬件设计

3.1概述

本系统主要由4个大的模块构成，分别是主控模块、电机驱动模块、LCD液晶显示模块、温湿度模块，其中主控模块是此次设计的核心模块，主要是指AT89C51芯片，它控制整个系统的运行，利用其各个口分别控制其他模块，使其它模块能够成为一个整体，实现功能的需要。

3.2单片机最小系统

最小系统主要是由复位电路，震荡电路，单片机和电源构成。

单片机由大规模集成电路结束发展进化而来，常见的单片机有8051系列的单片机、PIC系列、AVR系列、SPCE061A的凌阳单片机。

他将中央处理器（CPU）、存储器（ROM/RAM）、输入输出接口等主要计算机部件集成在一片芯片上，故单片机也被称为单片机微型计算机（SingleChipMicrocomputer）.单片机配上适当的外围设备和软件，便可构成一个单片机应用系统。

我们选择的STC89C52单片机，是一种低功耗，它具有8位CMOS高性能微控制器，具有系统可编程8KISPFlash存储器。

STC89C52具有如下特点：

兼容51单片机指令系统；工作电压为5V左右；一个全双工UART口；2个外部中断源；具有掉电模式；低功耗空闲和省电模式；32个双向I/O口；灵活的ISP在线下载功能；可以上到33MHz时钟频率；3级加密位；8k可反复擦写的FLASH程序存储器；3个16位定时、计数器（可编程）；256字节的内部RAM；软件设置空闲和省电功能；双数据寄存器指针；STC89C52主要引脚的主要功能：

VCC：

接+5V电源，GND：

接地。

P0口：

该口漏极开路，双向，作为输出口，每位可以驱动8个TTL门电路。

引脚被用做高阻抗输入，需要对P0端口写“1”时。

当单片机访问外部器件时，P0口被当做复用口使用。

在这种模式下，P0口需要外接上拉电阻（10K左右）。

在flash编程时，P0口也用来接收程序；在程序校验时，该口可以输出指令。

在做程序校验时，外部的上拉电阻必须要接上。

P1口：

P1口内部具有上拉电阻，8位双向I/O口，P1口驱动能力不如P0口，该口能驱动4个TTL门电路。

对P1端口写“1”时，端口被内部上拉电阻拉高，此时可以把该口作为输入口。

此外，P1.0和P1.1分别作定时器/记数器2的外部记数输入（P1.0/T2）和定时器/记数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。

P2口：

P2口是一个八位双向I/O，4个TTL逻辑电平能被P2输出缓冲器驱动。

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）。

对P2口写“1”时，端口被内部的上拉电阻拉高，这个时候P2口便可作为输入口来用。

RST：

复位引脚。

再该引脚持续两个机器周期以上的高电平可使单片机复位。

看门狗溢出后，RST脚将输出超过2个机器周期的高电平促使单片机复位。

特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以禁止该功能。

DISRTO在默认情况下，高电平使能。

EA/VPP：

访问外部ROM的控制信号。

当该位为高电平时，先读内ROM再读外ROM

为低电平时，直接读外ROM,如要要执行内部程序的指令，EA应该接VCC。

使单片能

够从外部程序存储器读取指令，EA必需接GND。

XTAL1：

内部时钟发生电路及振荡器反相放大器的输入端。

XTAL2：

振荡器反相放大器的输出端。

单片机小系统是整个数控系统的核心部分。

主要包括STC89C52单片机、振荡电路、复位电路等。

系统整体原理图如图3-1所示。

图3-1单片机最小系统

复位电路：

将单片机进行初始化操作，使单片机恢复到初始化的状态，其主要目的是使CPU及个专用寄存器处在一个可以确定的状态。

在单片机的复位信号RST上保持2个机器周期以上的高电平，单片机就会复位。

本次设计采用的复位方法是手动复位，具体做法是将按键闭合使单片机复位端保持接通高电平状态两个机器周期或以上。

振荡电路：

振荡电路结合单片机内部的电路,产生单片机所必须的时钟频率，晶振提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。

次电路是由内部反相放大器通过引脚XTAL1和引脚XTAL2与外接晶体以及电容C6和C7构成，它能产生出晶体振荡信号。

这个晶振信号可以传送至内部的时钟电路，图中的晶振频率为11.0592MHz，为单片机提供必要的系统时钟，外接晶体时，电容C6和C7通常选30pF。

3.3温湿度采集模块

湿度采集模块在整个设计中起信号采集的作用，并且要把温湿度信号转换为电信号，然后将此信号传给单片机。

本次设计所用的传感器是DHT11温湿度传感器，它是一款含有已校准数字信号输出的传感器。

该传感器含有一个NTC测温元件跟一个电阻式感湿元件。

次产品响应速度很快，性价比高.体积小，功耗低也是这个传感器的一大优势。

每一个DHT11传感器都是在度校验室中进行校准。

校准系数以程序的形式储存在传感器OTP内存中，传感器内在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数，信

号传输距离可以达到20米以上，由于它采用单线制串行接口，使系统更加快捷简单，且此产品为4针单排引脚装，连接起来十分的方便。

采用DHT11数字传感器的另