毕业论文-基于单片机的智能窗户控制系统设计与实现

大连东软信息学院本科毕业设计（论文）论文题目论文题目：基于单片机的智能窗户控制系统设计与实现系所：电子工程系专业：电子信息工程（嵌入式系统工程方向）学生姓名：学生学号：指导教师：导师职称：教授完成日期：2014年5月2日大连东软信息学院DalianNeusoftUniversityofInformation大连东软信息学院毕业设计（论文）摘要④P3口的P3.0~P3.7引脚（10~17脚）：8位通用输入/输出端口，具有第二功能。4.2.5复位电路复位是单片机的初始化操作，其主要功能是将程序计数器PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化外，当程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，也须重新启动单片机，使其复位。单片机复位后，除P3~P0的端口锁存器被设置成FFH、堆栈指针SP设置成07H和串行口的SBUF无确定值外，其它各专用寄存器包括程序计数器PC均被设置成00H。片内RAM不受复位的影响，上电后RAM中的内容是随机的。记住这些特殊功能寄存器的复位状态，对熟悉单片机操作，简短应用程序中的初始化部分是十分必要的。单片机的复位操作有上电自动复位和手动按键复位两种方式。上电自动复位操作要求接通电源后自动实现复位操作。图4.10（a）所示为最简单的复位电路。上电瞬间由于电容C上无储能，其端电压近似为零，RST获得高电平，随着电容器C的充电，RST引脚上的高电平将逐渐下降，当RST引脚上的电压小于某一数值后，单片机就脱离复位状态，进入正常工作模式。只要高电平能保持复位所需要的时间（约两个机器周期），单片机就能实现复位。相比于图4.10(a)，4.10(b)所示的电路只是增加了外接二极管VD和电阻R。其优越性在于停电后，二极管VD给电容C提供了快速放电通路，保证再上电时RST为高电平，从而保证单片机可靠复位。正常工作时，二极管反偏，对电路没影响。断电后，VCC逐渐下降，当VCC=0时，电容C通过VD迅速放电，恢复到无电量的初始状态，为下次上电复位做好准备。(a)(b)图4.10上电自动复位电路手动按键复位要求在电源接通的条件下，用按钮开关操作使单片机复位，如图4.11所示。其工作原理为：复位键按下后，电容C通过R2放电，放电结束后，RST引脚的电位由R1和R2分压决定，由于R2<<R1，因此，RST引脚为高电平，单片机进入复位状态，松开按键后，电容充电，RST上的电位降低，经过一定的延时，单片机就脱离复位状态，进入正常工作模式。R2的作用在于限流，避免按键按下的瞬间电容C放电产生火花，保护按键的触点。图4.11手动按键复位电路系统上电运行后，若需要复位，一般是通过手动复位来实现的。通常采用手动复位和上电自动复位结合。复位电路虽然简单，但其作用十分重要。一个单片机系统能否正常运行，首先要检查是否能复位成功。初步检查可用示波器探头监视RST引脚，按下复位键，观察是否有足够幅度的波形输出（瞬时的），还可以通过改变复位电路阻容值的方法进行检测。4.2.6电机控制电路由于单片机的IO口输出驱动电流能力有限，因此，电机的驱动采用的是ULN2003芯片驱动。ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。该电路的特点如下:ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003是高压大电流HYPERLINK"/view/749110.htm"达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。其电路图如图4.12所示。图4.12电机驱动电路图4.3系统软件设计系统软件可以分为温湿度读取、MQ-2的检测、电机驱动、传感器信号处理这四个模块。如图4.13所示。图4.13系统软件模块图4.3.1温湿度的读取DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms左右，数据分小数部分和整数部分，具体格式在下面说明，当前小数部分用于以后扩展，现读出为零，操作流程如下：一次完整的数据传输为40bit，高位先出。通讯过程如图4.14所示图4.14通讯过程图总线空闲状态为高电平，主机把总线拉低等待DHT11响应，主机把总线拉低必须大于18毫秒，保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后，等待主机开始信号结束，然后发送80us低电平响应信号。主机发送开始信号结束后，延时等待20-40us后，读取DHT11的响应信号，主机发送开始信号后，可以切换到输入模式，或者输出高电平均可，总线由上拉电阻拉高。4.3.2MQ-2的检测由于MQ-2传感器的输出是数字量输出，当传感器检测到浓度高的烟雾气体时，其输出端口电平为低，否则为高，因此，单片机主要检测IO端口的电平状态即可。MQ-2传感器的参数如表4.1所示。表4.1MQ-2传感器参数4.3.3电机的驱动对于直流电机的驱动，系统采用的通过单片机的IO口控制ULN2003的输入口，ULN2003的输出口连接到直流电机。当IO口输出高电平时，直流电机转动，否则不转动。4.3.4传感器信号处理在接通电源模式下单片机处于空闲状态，当温湿度传感器或烟雾传感器检测到异常信号时向单片机发出高电平，高电平时使得单片机被唤醒执行电机转动程序。

第5章系统实现5.1系统软件的实现5.1.1设备初始化系统上电之后执行此段初始化程序。其实现代码如下：voidMax232Int(){ PCON=0x00;//SMOD=0 TMOD=0x20;//设置T1为工作方式2 TH1=0xfd;//波特率为9600 TL1=0xfd; SM0=0; SM1=1; //方式1,8位 EA=1; //是开启总中断 ES=1; //是开启串口中断 TR1=1; //定时器1允许 REN=1; //允许接收}5.1.2温湿度读取本系统的温湿度读取是靠传感器读取温湿度的值然后传递给单片机，进而通过与阈值的比较后得出是否控制电机转动的功能。其实现代码如下：voidRH(void){ unsignedcharU8temp; //主机拉低18msP2_0=0; Delay(180); //延时函数 P2_0=1; //总线由上拉电阻拉高主机延时20us Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); //主机设为输入判断从机响应信号P2_0=1; //判断从机是否有低电平响应信号如不响应则跳出，响应则向下运行 if(!P2_0) { U8FLAG=2; //判断从机是否发出80us的低电平响应信号是否结束 while((!P2_0)&&U8FLAG++); //等待P2_0变高 U8FLAG=2; //判断从机是否发出80us的高电平，如发出则进入数据接收状态 while((P2_0)&&U8FLAG++); //数据接收状态 COM(); //每调用一次COM（），就会读取一位数值 U8RH_data_H_temp=U8comdata; COM(); U8RH_data_L_temp=U8comdata; COM(); U8T_data_H_temp=U8comdata; COM(); U8T_data_L_temp=U8comdata; COM(); U8checkdata_temp=U8comdata; P2_0=1; //数据校验状态U8temp=(U8T_data_H_temp+U8T_data_L_temp+U8RH_data_H_temp+U8RH_data_L_temp); if(U8temp==U8checkdata_temp) { U8RH_data_H=U8RH_data_H_temp; U8RH_data_L=U8RH_data_L_temp; U8T_data_H=U8T_data_H_temp; U8T_data_L=U8T_data_L_temp; U8checkdata=U8checkdata_temp; } }}5.1.3电机驱动电机角度的转动，无论是开窗还是关窗，都要保证窗户转动固定的角度。采用直流电机无法精确控制，只能采用步进电机来实现精确的打开和关闭。其实现代码如下：unsignedcharF_Rotation[4]={0x10,0x20,0x40,0x80};//正转表格unsignedcharB_Rotation[4]={0x80,0x40,0x20,0x10};//反转表格voidMain_Delay(unsignedinttime) //声明一个无符号的int函数{ unsignedinti; for(;time>0;time--) //循环函数 { for(i=0;i<200;i++) { } }}voidTDelay(unsignedinti) //延时{ while(--i);}voidOpenTheDoor(void) //开窗{ unsignedinti; bFlagCloseDoor=0; for(i=0;i<1010;i++) { P2=B_Rotation[i%4]; TDelay(800); }}voidCloseTheDoor(void) //关窗{ unsignedinti; if(!bFlagCloseDoor) { bFlagCloseDoor=1; for(i=0;i<1010;i++) { P2=F_Rotation[i%4]; TDelay(800); } } }5.2系统集成与调试5.2.1焊接根据原理图，购买所需元器件，在已经做好的PCB板上焊接元件。元器件清单如表5.1所示。表5.1元器件清单焊接先焊有源器件，再焊接无源器件，然后按照由低到高的顺序焊接元器件。电路板如图5.1所示。系统整体如图5.2所示。图5.1电路板图5.2系统整体图片5.2.2程序烧写STC单片机具有通过串口编程功能，简单到通过串口3三根线就能将程序烧录到单片机内，这大大的方便了开发人员，省去了昂贵复杂的编程器，在调试程序时也可将内部数据直接通过串口发送到PC上观看，一些不太复杂的程序甚至可以省掉仿真器。目前大部分的计算机都不带串口，这里还得介绍一下一个小转换工具，可将PC上的USB口转换成单片机的TTL电平。插入硬件后提示安装驱动，完成后查看PC上设备管理器，端口中会多出一个串口，这里是COM6，记住这个串口号，下面给单片机烧录是要用。图5.3为TTL小板实物图。图5.3串口实物图（1）现在对应的单片机型号，这里为STC89C52RC。（2）打开编译过的需要写入单片机内的程序，类型都是以.bin和.Hex结尾的文件。（3）选择连接的串口号，就是上边在设备管理器里看到的COM6。（4）选择通讯波特率，波特率为9600。（5）最后一项就是烧录了，一定记住要先点击“下载”，然后再给单片机目标板供电。

第6章系统测试系统测试是一个十分复杂的过程，它在设计中占据重要的位置，对设计可靠性保证具有极其重要的意义。6.1测试概述在系统软硬件设计上已经避免了很多可能出现错误的输入输出，但是很难考虑周全，如果不经过周全的测试，将会造成难以想象的后果。因此，系统测试是软硬件开发为保证系统质量而必须进行的工作。6.2测试用例整体系统测试如表6.1所示。表6.1整体系统测试编号测试项操作步骤预期结果输入数据实际结果结果比较说明001系统开机将TTL小板接到电脑USB口系统工作指示灯亮起无指示灯亮起符合002复位模块按下【复位】按键系统初始化，窗户打开无步进电机转动，窗户打开符合003温度传感模块对温湿度传感器吹气吹气使周围气温降低，窗户自动关闭无窗户关闭符合004湿度传感模块对温湿度传感器哈气哈气使周围湿度升高，窗户自动关闭无窗户关闭符合005烟雾传感模块用打火机对准烟雾传感器烟雾浓度提升，窗户自动关闭无窗户关闭符合

第7章结论根据学校和网上所学到的知识，运用单片机和电路的一些基本知识，设计了一个简单的自动关窗系统。它实现了低温关窗、雨天关窗、烟雾关窗的功能。从整个设计方案和设计过程可以看出，此方案的原理简单，使用常用芯片，元器件数量少，所需成本低廉。本设计也存在很多缺陷，比如不能根调节温度和湿度，这就不能在一些特殊的地方使用。在设计的基础上，还可以添加一些功能，比如风速检测，这样可以是窗户再刮风的时候自动关闭。再比如，还可以添加一个显示屏来显示外界温度和湿度，这样能让用户知道外面的温度和湿度。如果进一步深化还可以定时开关窗的功能，这样能更好的方便用户了。此智能窗户系统性能稳定、实用性广泛。智能窗户系统提高了人类生活的品质，它的自动化程度高，人性化强，通过各种传感器检测各种信号再经过单片机处理输出，实现雨天自动关窗、温度降低自动关窗、沙尘天气自动关窗等功能，一定程度上解决了外界环境给人们日常生活中的很多烦恼。目前可应用于智能大厦、高级公寓、酒店和别墅等现代化程度较高的场合。相信随着人们对生活水平的不断追求，它将被越来越多的家庭所接受，它将被应用到更广泛的场合。

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