基于单片机的多功能智能窗户设计

摘要随着电子技术的发展和人民生活水平的迅速提高，自动控制系统已经越来越多地被用到了现代智能化建筑中，为住户提供一个安全、方便的环境。现在的自动控制系统已经为我们的生活提供了很多的便利，在生活的各个方面，人们迫切需要一种智能型的家庭安全智能窗系统，不仅能可靠的进行日常的开关工作，以便人们能够更安心的工作，还能识别盗情，发出警报，保证了居民生活的舒适和生命财产不受损失。根据预计，在未来的几年的时间内，安装智能窗的用户将不断增加。本次的设计就是智能窗系统，本次设计主要采用单片机控制技术为核心，系统主要由温湿度检测模块、煤气泄漏检测模块、风力大小检测模块、雨天检测模块、人体红外检测模块、控制模块组成，其中，控制模块上包括液晶显示室内温湿度，报警系统，和手动开关窗户按钮。共计5个传感器，集成使用。使本次设计的智能窗户能识别各种天气状况，并且可以显示室内的温度和湿度，根据温湿度来自动完成窗户的开关，还能提醒住户突发的煤气泄漏险情和盗情。利用单片机对各个模块的控制，使其相互配合工作，并通过控制电机与丝杠的配合完成自动开关窗的目的。关键词：实时控制；自动控制；温湿度传感器；单片机AbstractWiththedevelopmentofelectronictechnologyandpeople'slivingstandardsrisingrapidly,automaticcontrolsystemshaveincreasinglybeenusedinthemodernintelligentbuilding,andprovidetenantswithasafeandconvenientenvironment.Nowtheautomaticcontrolsystemhasbeenprovidedtoourlivesalotofconvenience,inallaspectsoflife,thereisanurgentneedforanintelligenthomesecuritysmartwindowsystem,notonlycanreliablyswitchroutinework,sothatpeoplecanmoreeaseofwork,butalsoidentifyPiratesofthesituation,analarm,toensurethecomfortandlivinglifeandpropertyfromdamage.Accordingexpectedinthenextfewyearstime,theinstallationofsmartwindowsuserswillcontinuetoincrease.Thedesignisthesmartwindowsystems,thisdesignismainlyusingSCMcontroltechnologyasthecore,thesystemconsistsoftemperatureandhumiditydetectionmodule,gasleakdetectionmodule,windspeeddetectionmodule,raindetectionmodule,humaninfrareddetectionmodule,controlmodule,whereinthecontrolmodulecomprisesaliquidcrystaldisplayindoortemperatureandhumidity,alarmsystems,andthemanualswitchwindowbutton.Atotaloffivesensors,integrateduse.Thisdesignmakesasmartwindowscanrecognizeavarietyofweatherconditions,andcandisplaytheindoortemperatureandhumidity,accordingtothetemperatureandhumiditytoautomaticallyswitchwindows,butalsotoremindresidentssuddengasleakdangerandPiratesofthesituation.Theuseofsingle-chipcontrolofeachmoduletoworkwitheachother,andbycontrollingthemotorandleadscrewwiththecompletionofthepurposeofautomaticswitchwindows.Keywords：real-timecontrol;automaticcontrol;temperatureandhumiditysensors;SCM目录引言…………………………………………………………………………11任务要求与总体设计方案……………………………………………21.1设计任务要求…………………………………………………………………………21.2总体设计方案…………………………………………………………………………21.2.1硬件设计方案………………………………………………………………………21.2.2软件设计方案………………………………………………………………………52系统硬件电路设计………………………………………………………52.1单片机主控制模块……………………………………………………………………52.1.1单片机方案选择…………………………………………………………………52.1.2STC89C52芯片功能…………………………………………………………………62.1.3单片机主控电路设计………………………………………………………………62.2温湿度模块电路设计分析……………………………………………………………72.2.1DHT11传感器内部结构及工作原理…………………………………………………72.2.2DHT11模块硬件电路………………………………………………………………92.3煤气检测模块电路设计分析…………………………………………………………92.3.1MQ5煤气检测模块的结构及工作原理……………………………………………102.3.2MQ5煤气检测模块的电路设计……………………………………………………102.4风力检测模块电路设计分析…………………………………………………………102.4.1霍尔传感器的工作原理………………………………………………………112.4.2霍尔传感器模块的电路设计………………………………………………………112.5雨天检测模块电路设计及其功能介绍………………………………………………122.6人体红外传感器模块的应用分析与工作原理………………………………………132.7系统控制模块的结构分析……………………………………………………………142.8动力模块的的设计分析………………………………………………………………142.8.1L298N模块的原理及电路设计………………………………………………………142.8.2动力传动部分的设计分析…………………………………………………………152.9排风扇的安装设计分析………………………………………………………………152.9.1继电器工作原理与特性…………………………………………………………152.9.2继电器的电路设计…………………………………………………………163系统软件设计…………………………………………………………173.1主程序流程设计……………………………………………………………………173.2执行功能模块……………………………………………………………………193.2.1温湿度控制模块……………………………………………………………………193.2.2LCD1602液晶显示模块………………………………………………………………193.2.3霍尔传感器检测模块………………………………………………………………204机构设计………………………………………………………………214.1窗户的设计………………………………………………………………………214.2传动模块的设计………………………………………………………………………215系统调试………………………………………………………………225.1硬件电路调试………………………………………………………………………225.2软件程序调试…………………………………………………………………………246结论……………………………………………………………………25谢辞………………………………………………………………………26参考文献…………………………………………………………………27附录………………………………………………………………………28桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计(论文)说明书第1页共32页引言20世纪80年代初，伴随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化出现。80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念。80年代末，由于通信与信息技术的迅速发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为SmartHome，也就是现在智能家居的原型。家庭可以说是人们每天生活的温馨场所。而窗户无疑是人们日常生活中接触最频繁的生活家具之一。通过对以往的窗户的调查分析，发现其存在较多的弊端：1.窗户的开关需要使用者自己到窗边执行动作，这无疑给使用者带来的不便；2.窗户的设计无法完成保证室内环境以及室内安全的功能，无法响应外界的环境变化而做出相应的控制，特别的。当室内无人时，无法因为外面突发的下雨或者大风天气而紧急关闭窗户，平常人们都习惯晚上关窗睡觉，此时室内空气不流通，如果煤气泄漏，就会使人发生生命危险。同时，在防盗，防室内人员摔落等方面并没有实际作用。现在的自动控制系统已经为我们的生活提供了很多的便利，在生活的各个方面，人们迫切需要一种智能型的家庭安全的自动控制系统，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，能自动识别大风或下雨天气，实现自动关窗动作，便于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种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未能普及。随着电子通讯技术的飞速发展，51单片微机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比出众等突出优点已在各项领域如工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集信息以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。为此利用单片机和一些简单的外围器件配合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、具有自动控制功能的系统，对各种恶劣的天气情况自动识别并作出关窗反应。本课题的目的是开发一种在普通窗的基础上改进的智能窗控制装置，根据作品的实用性，稳定性，性价比，功能完备操作人性化等综合方面考虑后决定利用51单片机作为控制核心，配合多个传感器的应用，使各种传感器相互配合工作，利用电机和丝杠的配合带动窗户开关使其达到智能控制窗户的目的，该装置装有风速感应器，温湿度传感器，煤气泄漏感应器，雨滴传感器等。每当窗户在起开状态，但是又刮风下雨或有盗情时，窗户会自动关闭，使得屋内的物品尽量少受到强风和雨水的损害。室内温度和湿度高时，自动开窗换气，优化室内空气。当室内关窗气流封闭并且煤气泄漏时，窗户会自动识别后报警并自动打开并开启排风扇，排除毒气，解除用户的后顾之忧，给住户提供一个舒适，安全的室内环境。桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计(论文)说明书第2页共32页1任务要求与总体设计方案1.1设计任务要求智能窗户为住户提供一个安全、方便的环境，该装置可不断循环检测室内的温度和湿度，通过最高温湿度的设置对窗户的开闭控制，