精品基于单片机控制的多功能窗的设计论文

0 聊城大学 本科生毕业论文 题 目 : 基于单片机控制的 多功能窗的设计 专业代码 : 作者姓名： 学 号 单 位 指导教师 2013 年 5 月 20 日 本科毕业论文（设计） I 摘 要 我们现在使用的窗户大部分采用人工关闭方式，不具有自动防盗、防雨、防煤气中毒等人性化的功能；平时我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。晚上睡觉时我们通常把窗户关死，一旦燃气发 生泄漏，由于室内不透气造成窒息中毒致残、致死的事件时有发生。为了防盗，我们一般在窗户外面安装防护栏，但如今很多城市为了美化市容通常不允许安装防盗窗。再者，现在使用的窗户大多数是单纯推拉式或平移式的，这给在楼层高的住户擦拭玻璃带来很大困难。本文借助三维建模软件 片机、电子电路及传感器的知识设计了可以实现清晨自动开窗、防雨、智能防盗和可燃性气体泄漏时报警并开窗，以及实现窗扇 1 80转向的智能窗，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 7。 关键词 ： 防风雨、防盗； 51 单片机；窗扇的 180旋转；智能， 智能窗；传感器 ;声光报警 。 本科毕业论文（设计） e of we go at we by of we of to do of or a We be in of 80 of in to of in of 51 180 本科毕业论文（设计） 录 前言 1 1、 系统的总体设计 1 2、 系统的硬件设计 2 2 1 系统所需元器件的选择 2 2 2 语音报警 电路 2 2 3 可燃性气体和烟雾检测电路 4 2 4 防盗检测电路 6 2 5 驱动电机控制电路 6 3、 系 统的程序流程图 7 4、 程序清单 8 5、 结论 19 6、 参考文献 20 7、 致谢 21 本科毕业论文（设计） 1 基于单片机控制的多功能窗的设计 前言 当今世界建筑正朝着智能化方向发展，这种发展趋势也正是人类社会的文明程度在一定历史时期的体现。 但现在使用的窗户大多数是单纯的推拉式或平 移式的，并且与自动控制 毫不沾边 ,更不用说智能化了。如果使窗户具有一定的智能 ,如下雨则自动关、室内有害气体超标则自动开、有盗贼入内则自动报警等 ,就会给人们的居家生活带来诸多方便 ,从而进一步提高人们的生活质量。 再者，这给在楼层高的住户擦拭玻璃带来很大困难。 沿着这样的思路 ,我们设计了以 智能窗能通过其数据检测传感电路不断循环检测室内湿度、有害气体 (如媒气 )浓度等信号，经处理后传入单片机。单片机对信号进行运算，然后与由预 先设 置的参数临界值相比较 ,从而作出开 /关窗 的 判断 ,再 结合窗状态检测电路所检测到的 当前 窗状态 ,再输出脉冲信号调整步进电机 ， 完成下雨 刮风 自动关窗、室内有害气体超标自动开窗 等 。 1 系统的总体设计 该系统是基于 51单片机 控制的智能窗系统，能根据外界的天气情况和室内的气体情况来控制着窗户的开启和关闭。系统主要的模块包括：电机驱动模块、 可燃性气体和 烟雾检测模块、 风雨检测 模块、红外线 防盗 探测模块、 语音播放模块，稳压模块， 按钮模块等。 本系统有以下几个控制要求： 1)、 当外界 刮大风 下 大 雨时， 风雨 传感器检测到这一下 风 雨信号 （相当于触发开关） 并将信号传送给 单片机 ， 单片机 控 制着电机及时关闭窗户 并报警 ， 蓝灯闪烁。防止雨水进入室内损坏室内的装饰和物品 ，此后每过 5 分钟重新检测，如果无风无雨窗户自动打开。 本科毕业论文（设计） 2 2)、 当室内可燃性气体、烟雾等超过一定的标准时，窗户自动打开，并启动排气扇进行排气， 红灯频繁闪烁，且此优先级最高， 同时报警器也会响起来提醒主人危险的存在，防止煤气中毒或火灾事故的发生。 3)、 当窗户外有人驻留时，阻断了红外线探测器的发射接收通路，窗户会立刻关闭并发出高分贝声音报警， 黄灯闪烁 30 4)、 增加了手动 按键和机械运动 开窗、关窗功能，使产品更具有人性化 。 2、 系统的硬件设计 2 1 系统所需元器件的选择 时器； 7805， 7806 稳压芯片；电阻；电容；电位器； 振；按键，开关；杜邦线；蜂鸣器；排风扇；直流电机；红外对管；发光二极管；三极管；烟雾传感器 他硬件支持，在此不一一列举。 2 2 语音报警电路 语音录放模块的硬件电路如图 3 所示。 麦克风， 用于录入语音， 可完成普 本科毕业论文（设计） 3 通的现场录音。 在放音电路中， 输出端选用低电压通用集成功率放大器 该典型电路中， 脚和8脚间外接 10F 的旁路电容， 可以使电路的放大倍数提高 200倍。 V， 。可以通过变压电路将 5 V. 内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储阵列等， 因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。 放音时间长， 音质好， 不需 A 可重复记录 10万次， 断电后仍可以保存数据 100年。 语音内容分段存储， 。程序可以选定任一段作为录音、放音的起始地址。 片选 此端为低电平时选中芯片。 供电电源 3 V。 音频输出端， 可驱动 5 负载。 录音信号同 相、反相输入端。 录音信号同相、反相输入端。 串行输入端。 主控器件应在串行时钟上升沿前半个周期将数据放到此端， 供 时钟输入端， 。由主控制器产生， 用于同步 自动静噪音控制端。 地线。 口是 。该接口共使用 4条信号线： 主机输出片选线 串行时钟线 主机输出从机输入的信号线 机输出的信号线 主机方式传送数据的最高速率达 1 05 由于 所以采用模拟 行数据传输； 同时因为无主机输人， 所以不需要 。 将片选 机输出从机输入的信号线 行时钟 0 0、 1、 P 2口。 过 本科毕业论文（设计） 4 串行数据传输开始于 在数据传输期间， 从控制器发出来并出现在引脚 在 在 将 供控制器读取； 操作； 指令格式是 8位控制码加 16位地址码， 或 8位控制码(不带地址码 )； 如果遇到 则产生一个中断， 该中断状态在下一个 所有 指令操作都在 2 3 可燃性气体和烟雾检测电路 本科毕业论文（设计） 5 敏元件的结构和外形如图 1 所示 (结构 A 由微型 瓷管、 感层 ,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有只针状管脚，其中个用于信号取出，个用于提供加热电流。 (1) (a)传感器对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对 烷类烟雾更为敏感。 (b)始稳定， 响应时间短，长时间工作性能好。 传感器具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息，例如酒精和烟雾等。 (d)电路设计电压范围宽， 24热电压 5 (2) (a)回路电压： (524V (b)取样电阻： (0K 本科毕业论文（设计） 6 (c)加热电压： ( d)加热功率： (P)约 750(e)灵 敏 度：以甲 烷为例 R0( 5 (f)响应时间： 10秒 (g)恢复时间： 30秒 本电路的测量元件采用旁热式烟雾传感器 雾传感器的阻值较高 (10K 左右 )，烟雾进入传感器时其阻值急剧下降， A、 B 两端电压下降。 2 4 红外防盗检测电路 该部分采用成品主动式红外探测器 ，探测器有发射头、接收头及处理电路组成。在正常情况下，发射头发出红外线，接收头接收到红外线， 单片机接收到的为高电平，因为用的一个三极管是起了导通开关的作用，所以 当有人挡住光束时 三极管会截止，就会检测到低电平 ， 从而完成信号传递 到 单片机 中 。 2 5 电机驱动控制电路 本科毕业论文（设计） 7 本设计中采用双路的 生的占空比，是由单刀双掷开关来完成的。 555 定时器产生的可调的占空比，还有一路是通过编程来控制的。此外还通过按键来开关窗，更具人性化。 3、系统的程序流程图 本科毕业论文（设计） 8 4、 程序清单： （程序仅仅是检测部分和电机驱动部分的程序，还有语音模块程序很多，略去） #24; 25; 26; 00; 01; 02; 03; 04; 05; 06; 07; 本科毕业论文（设计） 9 37; 36; 35; 11; 10; 12; 13; 14; 15; 20; ,; ,; ; ; ; ; ; 65536256; 65536256; 本科毕业论文（设计） 10 65536256; 65536256; t) x; x=124;x0; /电机正转 ; ; /电机反转 ; ; ; ; /排风扇打开 ; ; 本科毕业论文（设计） 11 /排风扇关闭 ; ; ); ; ; /开窗 ); ; 本科毕业论文（设计） 12 ; 1) ; if(1) ; ; /关窗 ); ; 1) ; if(1) 本科毕业论文（设计） 13 ; ; /*风检测 */ 0) ); ; ？ ; 1); ; ; ; /*雨检测 */ /关窗 ); 本科毕业论文（设计） 14 ; ; 1); ; ; ; /*红外防盗检测 */ (&(0) /关窗 ; ; ; ; 1); 本科毕业论文（设计） 15 ; ; /*烟雾检测 */ ); /开窗 ; ; ; ; 0);/ 频率为 100; ; ; 本科毕业论文（设计） 16 ; ; ; ) ; 65536256; 65536256; ; if(0) ; ; if(600) ; ; (0)&(0) ; 本科毕业论文（设计） 17 1); ; if(1) 65536256; 65536256; ; if(1) ; ; if(600) ; ; ; if(1) 65536256; 65536256; if(0) 本科毕业论文（设计） 18 ; ; ; if(2) ; 本科毕业论文（设计） 19 结论 经过长期的奋战我们的毕业论文设计终于完成了。这不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己 能力的一种提高。通过这次设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。期间，通过题目选择和设计的过程中，加强了我们思考问题的完整性和实际生活联系的可行性。在方案设计选择和芯片的选择上，培养了我们综合应用单片机的能力 ,对单片机的各个管脚的功能也有了进一步的认识。还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题 的能力。 在设计完成的时候我们都有一种如释重负的感觉，在做的过程中我们也有不会和不懂的时候，比如窗户的模型怎么做，尽管从网上搜到东西了，但是很难实现，只能通过模拟来实现，还有一些功能较难实现。 本科毕业论文（设计） 20 参考文献 1 王煜东 . 传感器应用电路 400例 M ,国电力出版社， 2008 2 赵负图 . 新型传感器集成电路应用手册 (下 ) M , 北京：人民邮电出版社， 2009,9 3 卿太全 . 最新传感器选用手册 M, 北京：中国电力出版社， 2009,7 4 阎石 . 数字电子技术基础 M高等教育出版社 ,1997 5 张涛 ,王金岗 . 单片机原理与接口技术 M. 北京 :冶金工业出版社 ,2007 6门宏 . 电子小制作 9,7 马忠梅 . 单片机 第四版 ) 8 黄智伟 . 全国大学生电子设计竞赛制作实训 9 陈有卿 ,叶桂娟 . 555 时基电路原理设计与应用 10 李朝青 . 单片机原理及接口技术 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 11 高洪志 . M. 北京：人民邮电出版社， 12 徐爱钧、彭爱华 . 单片机高级语言 用程序设计