验证论文_基于单片机的全自动窗研究

中北大学信息商务学院2010届毕业设计说明书毕业设计（论文）题目：基于单片机的全自动窗研究系别：专业：班级：学生姓名：导师姓名：2010年06月10日摘要随着电子技术的飞速发展，微电子技术的得到越来越多的应用，同时影响着人们生活工作的方方面面。自动窗控制系统经历了从无到有的，并逐步丰富功能和可靠性的发展。本文所要描述的就是一种可根据环境光强和现场温度检测的自动窗控制系统的实现原理和过程。本次设计采用AT89C51单片机作为系统控制器，DALLAS公司的单总线温度传感器采集现场温度，采用光敏电阻加串行总线AD转换器ADC0832实现对环境光强度的识别，并采用步进电机专用驱动器L298驱动2个直流电机，通过这2个电机的运转带动窗户的转动。该系统实用性强、操作简单、扩展性强。关键词：微电子技术、自动窗、光强、温度中北大学信息商务学院2010届毕业设计说明书2目录摘要..............................................................1目录..............................................................21绪论.............................................................31.1全自动窗的发展与现状........................................31.2自动窗设计的目的............................................41.3自动窗的发展及其特点........................................52自动窗的总体设计..................................................72.1自动窗的设计思想............................................72.2自动窗的总体框图............................................72.3系统工作原理................................................82.4主要器件选择................................................82.4.1单片机的选择..........................................82.4.2温度传感器的选择......................................92.4.3AD转换器的选择......................................103自动窗的硬件设计.................................................113.1控制器部分.................................................113.2温度传感器.................................................14中北大学信息商务学院2010届毕业设计说明书31绪论随着人类社会的发展，人们对生活质量的要求越来越高，各种各样改善人居环境的设备被研制开发出来，并用于人们的生活中。本次设计实现的基于单片机的全自动窗就是此类应用。1.1全自动窗的发展与现状本次设计所要实现的自动窗，实际上可以归为智能家居的一个方面。智能家居又称智能住宅，在国外常用SmartHome表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（HomeAutomation）、电子家庭（ElecctronicHome、E-home）、数字家园（DigitalFamily）、家庭网络（HomeNet/NetworksforHome）、网络家居（NetworkHome）、智能家庭/建筑（IntelligentHome/Building），在我国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。做为智能家居的一个方面，自动窗当然也要跟上形势，紧扣目前主唱的绿色节能、和谐人居的主题。它不仅可以起到节能减排的效果更能给人们的生活带来极大的舒适和便利。目前国际国内有众多的厂家研发了生产了各种用途的自动窗，比较先进的自动窗在实现窗户本身的作用的情况下，还能起到一定的安防效果，比如中北大学信息商务学院2010届毕业设计说明书4加装了震动传感器的自动窗可以在不法分子企图侵入屋中时启动警报和防护装置，在屋主离开家时自动关闭窗户，屋内可燃气体浓度太高时打开窗户，等等。近年，欧洲、北美、日、韩地区，住宅窗体产品启闭方式已开始向自动化方向发展。如德国的诺托、意大利的图兰朵、韩国的LG等，均有自动化窗体生产。在中国，自动化窗体正在逐步为人们所重视，不仅各种进口的自动窗和自动开窗器出现在中国的市场上，而且国内一些实力较强的公司开发的产品具备完全的自主知识产权，技术先进，功能完善的国产自动窗逐步成为国内市场的主体，越来越多的自动窗体被应用到各种建筑当中。由于自动窗是刚刚发展起来的新产品，还没有形成成熟、稳定的行业，尚未形成统一的行业标准和规范，因此目前市场上的自动窗产品在各个方面的差异非常大，多数产品还不能算是成熟、完善的自动窗。自动窗的核心是自动窗控制驱动系统(简称：控驱系统)。它的适应能力的强弱直接决定了其是否能够得到广泛的应用和普及。有一些控驱系统产品需要使用专用型材或某类单一型材，不能与市场上的各种品牌各种材质的窗体相结合，因此无法在建筑窗体市场上得到广泛的应用。而成熟、完善的自动窗控驱系统产品，能够与目前窗体市场上普遍使用的各种塑、铝、木窗相结合成为多种自动窗，满足不同用户的需要，此类产品必将得到广泛的应用。1.2自动窗设计的目的在现代社会，对室内设计而言，窗帘不仅具有遮光作用，更有美化功能，它不仅可以协调居室的色彩搭配，而且能够柔化空间造型的线条，营造温馨惬意的环境。随着单片机芯片的集成度越来越高以及生产成本逐步降低，现在很多厂家生产的自动窗帘（含门帘）控制系统，都是由主机（以微电脑芯中北大学信息商务学院2010届毕业设计说明书5片为核心组成的智能控制中心）、各种传感器（红外线传感器、风雨信号传感器等、温度传感器、烟雾传感器等）、各种报警终端（警灯、警笛、电话报警器、接警指挥中心等）、遥控器以及一系列机械传动装置组成的一种具有智能化、人性化、网络化的高科技产品。在现代社会，光敏窗帘自动控制器为人们的生活带来了很大的便利，免去了手动开闭百叶窗的麻烦，也为用户早上起床自动设定了“闹钟”。该控制器能自动识别房间的亮度，使百叶窗的开、闭控制在自然光的最佳亮、暗范围内。人们也可以根据自己的需要通过开关来调节百叶窗的开度。因此开发一款基于单片机的全自动窗系统是很有必要的。1.3自动窗的发展及其特点本次设计主要通过采集环境温度和环境光强实现对自动窗多种方式控制，并可在采样值偏超出预设的范围时发出报警。本次设计需要实现的功能主要有以下几点。一、自动窗工作方式：A、采集温度和光强；B、当照度大于预定值时逐渐关闭百叶窗，照度过低时逐渐打开百叶窗；C、温度较高时逐渐打开窗户，温度低于预定值时逐渐关闭窗户；二、其他功能：A、为了使得系统稳定工作，本次设计还完成了稳压电源部分的设计；B、当光强和温度超出设定范围时蜂鸣器报警；C、单片机复位电路加了按键电路，可以在系统带电的时候，实现对系统的复位，方便调试；三、需要完成的工作：中北大学信息商务学院2010届毕业设计说明书6A、搜集、分析目前常见的自动窗控制方式、技术；B、完成系统的软件和硬件方案的选择和设计；C、完成设计本次设计的论文编写；1.4本文所做的主要工作本文主要介绍了一种自动窗的发展现状和发展趋势，以及本次设计要完成的自动窗的功能和实现方法。本设计所介绍的自动窗控制器采用ATMEL公司的AT89C51,测温传感器使用美信公司的DS18B20,光强检测用串行总线器件ADC0832实现。本次设计完成的自动窗当温度和照度不在设置范围内时可实现自动报警。全文共分为五章，其主要内容和结构安排如下：第1章为绪论，主要介绍了选题的背景、国内外发展现状、以及主要设计的内容及预期目标。第2章为可选方案论证，从整体方案和各部分电路的方案进行论证并得出结论，绘制系统框图。第3章为硬件原理介绍，对控制系统各部分电路的实现原理进行介绍。第4章为软件原理介绍，对系统各主要功能部分的软件实现流程进行介绍，并绘制相关程序流程图。第5章后续工作，对系统的硬件方面和软件方面进行调试，使其功能符合设计要求。中北大学信息商务学院2010届毕业设计说明书72自动窗的总体设计2.1自动窗的设计思想自动窗的设计思想是:利用传感器对温度和照度进行实时检测，并通过检测值实现对自动窗电机组件的控制。以调节室温和照度。整个设计共分6个阶段完成：前期调查--方案选择--硬件设计--软件设计--系统调试--撰写文档。第一阶段主要了解目前国际国内自动窗领域的现状和主要功能；第二阶段从技术方案角度充分了解目前自动窗一般采用那些方式实现，选出一种最佳方案，并针对该方案查找研究和论证各组成部分的可选方案和最佳方案；第三阶段学习并熟练掌握硬件设计过程中要用到的EDA软件，设计并绘制选定方案的图纸并做出样机；第四阶段学习并熟练掌握单片机程序开发软件并编制自动窗控制程序，研究控制算法；第五阶段，调试前两个阶段完成的系统，在调试过程中掌握系统调试的方法和经验；第六阶段完成对整个设计的书面总结。2.2自动窗的总体框图本次设计将要完成的系统主要实现4大功能：测环境温度、测环境光强、对自动窗驱动电机的控制和意外报警。系统框图见图2-1。51单片机环境温度步进电机控制中北大学信息商务学院2010届毕业设计说明书8图2-1系统框图2.3系统工作原理自动窗的工作原理是：对环境量进行实时采集，并根据预设值对自动窗进行调节。系统工作过程中不断对环境量进行采集，整个系统即是一个闭环控制系统。本次需要采集的环境量仅温度和照度两项，而被控对象为窗户和百叶窗两种。自动窗系统的最主要的功能是使得室内温度和照度尽量保持平衡。2.4主要器件选择2.4.1单片机的选择目前比较流行的控制器主要有：51系列单片机、应用范围日益广泛的ARM以及MSP430系列等。而使用最多的仍然是最简单的51系列单片机，目前用量最大的51单片机是ATMEL公司的AT89系列单片机。而ARM系列微处理器和51单片机相比显然高了一个档次，ARM微处理器目前包括ARM7、9、9E、10E等等，以及其它厂商基于ARM体系结构的处理器，除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域。其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10为4个通用处理器系列，每一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。SecurCore系列专门为安全要求较高的应用而设计。而MSP430系列单片机是美国德州仪器公司推出的16位超低功耗、高性能产品[31]，它具有处理能力强、运行速度快、资源丰富、开发方便等优点，环境光强提示音中北大学信息商务学院2010届毕业设计说明书9有很高的性价比，在世界各国已经得到了广泛的应用，在国内已经进入了飞速发展的阶段。单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以单片解决问题，而不像多年前以MCS51／96等处理器为中心，外扩