智能窗设计论文

智能窗的设计目录1、系统的总体设计…………………………………………………………2、系统的硬件设计2．1系统所需元器件的选择…………………………………………………………………2．2语音报警电路………………………………………………………………………………2．3可燃性气体和烟雾检测电路……………………………………………………………2．4防盗检测电路……………………………………………………………………………2．5驱动电机控制电路…………………………………………………………………………3、系统的程序流程图…………………………………………………………4、程序清单…………………………………………………………………………5、结束语…………………………………………………………………………6、参考文献…………………………………………………………………………关键词：智能窗；51单片机；传感器;声光报警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。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30s起到防盗的作用。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STC89C52单片机;ISD4004语音芯片;LM324运算放大器；LM317稳压芯片；LM386功率放大器；L298驱动芯片；NE555定时器；7805，7806稳压芯片；电阻；电容；电位器；11.0592MHz晶振；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MQ2；其他硬件支持，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。MK1为麦克风，用于录入语音，可完成普通的现场录音。在放音电路中，输出端选用低电压通用集成功率放大器LM386M-1的典型应用电路作为扬声器LS1的驱动电路。该典型电路中，LM386M-1的1脚和8脚间外接10μF的旁路电容，可以使电路的放大倍数提高200倍。ISD4004的工作电压是3V，。可以通过变压电路将5V电压转变为3V.ISD4004语音芯片采用CMOS技术，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。ISD4004语音芯片带SPI接口，录放音时间长，音质好，不需A／D转换，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。ISD4004主要引脚说明如下：①片选CS，此端为低电平时选中芯片。②VCCA、VCCD，供电电源3V。③OUT，音频输出端，可驱动5Ω负载。④IN+、IN-，录音信号同相、反相输入端。⑤MOSI，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ISD4004输入用。⑥SCLK，时钟输入端，。由主控制器产生，用于同步MOSI和MISO的数据传输。⑦AMCAP，自动静噪音控制端。⑧VSSA、VSSD，地线。SPI接口是Motorola公司推出的同步串行扩展接口。。该接口共使用4条信号线：主机输出片选线CS，串行时钟线SCLK，主机输出／从机输入的信号线MOSI以及主机输入／从机输出的信号线MISO。SPI接口是串行扩展的全双工同步通信口，主机方式传送数据的最高速率达1．05Mbps。由于AT89S51没有SPI接口，所以采用模拟SPI接口同ISD4004进行数据传输；同时因为无主机输人，所以不需要MISO线。将片选CS、主机输出／从机输入的信号线MOSI、串行时钟SCLK分别接在单片机P0．0、P0．1、P．2口。ISD4004通过SPI接口传输数据的步骤如下：①串行数据传输开始于CS下降沿，在数据传输期间，CS必须保持为低电平；②从控制器发出来并出现在引脚MOSI上的数据，在SCLK上升沿被锁存入ISD4004，在SCLK下降沿，将ISD4004中送出的数据放到引脚MISO，供控制器读取；③ISD4004从控制器输入指令和地址后才能开始录／放操作；④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)；⑤ISD4004在进行任何操作时，如果遇到EOM或VOF，则产生一个中断，该中断状态在下一个SPI周期开始被清除；⑥所有指令操作都在CS端为高时执行。2．3可燃性气体和烟雾检测电路MQ-2气敏元件的结构和外形如图1所示(结构AorB),由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层,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６只针状管脚，其中４个用于信号取出，２个用于提供加热电流。MQ-2型传感器的特性及主要技术指标(1)MQ-2型传感器的一般特点(a)MQ-2型传感器对天然气、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)MQ-2型传感器具有良好的重复性和长期的稳定性。初始稳定，响应时间短，长时间工作性能好。©MQ-2型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，24V以下均可；加热电压5±0.2V。(2)MQ-2型传感器的特性参数(a)回路电压：(Vc)5~24V(b)取样电阻：(RL)0.1~20K(c)加热电压：(VH)5±0.2V(d)加热功率：(P)约750mW(e)灵敏度：以甲烷为例R0(air)/RS(0.1%CH4)＞5(f)响应时间：Tres＜10秒(g)恢复时间：Trec＜30秒本电路的测量元件采用旁热式烟雾传感器MQS2B在没有烟雾的情况下，烟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设计中采用双路的PWM产生的占空比，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）#includereg52.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitwind_sensor=P2^4;sbitrain_sensor=P2^5;sbitsmoke_LED=P2^6;sbitIR_LED=P0^0;sbitrain_LED=P0^1;sbitbeep=P0^2;sbitsmoke_sensor=P0^3;sbitleft_limit=P0^4;sbitright_limit=P0^5;sbitIR_up=P0^6;sbitIR_down=P0^7;sbitopen_key=P3^7;sbitclose_key=P3^6;sbitstop_key=P3^5;sbitENA=P1^1;sbitENB=P1^0;sbitIN1=P1^2;sbitIN2=P1^3;sbitIN3=P1^4;sbitIN4=P1^5;sbitIR_alarm=P2^0;uintnum=0,num_IR=0,num_IR1=0,num_smoke=0,num_smoke1=0;ucharflag_smoke_beep=0,flag_smoke_LED=0,flag_IR_LED=0,flag_stop=0;voidport_init(void){P0=0xff;P1=0xff;P2=0xff;P3=0xff;}voidtimer_init(void){EA=1;ET0=1;ET1=1;TR1=0;TR0=0;TMOD=0X11;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;}voiddelay(uchart){uintx;while(t--)for(x=124;x0;x--);}voidmotor_cor(void)//电机正转{IN1=1;IN2=0;}voidmotor_rev(void)//电机反转{IN1=0;IN2=1;}voidmotor_stop(void){IN1=1;IN2=1;}voidfan_start(void)//排风扇打开{IN3=0;IN4=1;}voidfan_stop(void)//排风扇关闭{IN3=1;IN4=1;}voidstop_window(void){if(!stop_key){delay(5);if(!stop_key){flag_stop=1;while(!stop_key);motor_stop();}}}voidcheck(void){if(!open_key)//开窗{delay(5);if(!open_key){while(!open_key);if(!left_limit){}else{motor_rev();while(left_limit==1){stop_window();if(flag_stop==1)break;}flag_stop=0;motor_stop();}}}if(!close_key)//关窗{delay(5);if(!close_key){while(!close_key);if(!right_limit){}else{motor_cor();while(right_limit==1){stop_window();if(flag_stop==1)break;}flag_stop=0;motor_stop();}}}/************风检测****************/if(!wind_sensor&&smoke_sensor!=0){delay(5);if(!wind_sensor){rain_LED=0;if(!right_limit)//检测是否已经关窗？{}elsemotor_cor();while(right_limit==1);motor_stop();TR0=1;}}elserain_LED=1;/************雨检测****************/if(!rain_sensor)//关窗{delay(5);if(!rain_sensor){rain_LED=0;if(!right_limit){}elsemotor_cor();while(right_limit==1);motor_stop();TR0=1;}}else{rain_LED=1;}/************红外防盗检测****************/if(!(IR_up&&IR_down)&&(smoke_sensor!=0))//关窗{IR_alarm=0;flag_IR_LED=1