基于单片机控制的多功能窗的设计

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:080603作者姓名：李鹏学号：20090102531单位：物理工程学院指导教师：张开明2013年5月20日聊城大学东昌学院本科毕业论文（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Solidworks、单片机、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180°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。聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）IIAbstractWenowusethewindowsclosedmostoftheartificialmeans,doesnothaveautotheft,rain,wind,anti-gaspoisoningandotherpersonalizedfeatures;normallyclosedweoftenforgetwhentheygooutthewindow,encounteredbadweather,sandandrainwillentertheroom,andindoorappliances,furnishingsandotheritemscausingunnecessarydamage.Usuallyatnightwhenweclosedthewindows,oncethegasleak,poisoning,suffocationcausedbyindoorairtightdisabled,thefrequentoccurrenceofdeath.Forsecurity,weusuallyinstallthefenceoutsidethewindow,butnowmanyofthecitiestobeautifythecityusuallydonotallowtheinstallationofsecuritywindow.Moreover,thewindowsaremostlyusedpush-pullorpan-style,givingthefloorahighhouseholdcleaningglassmoredifficult.Wedesignedthesmartwindowcanbeachievedearlyinthemorningautomaticallyopenthewindow,automaticwind,rain,smartsecurityandcombustiblegasleakalarmwindow,andtheachievementoftheoverallwindowsash180°freedomofdirectionandrelativerotationbetweenthetwosashes,inordertoaddresstherealitylifeoftheaforementionedproblems.Thesmartwindowdesigninlinewithsafe,convenient,energysaving,theprincipleofhumanity,cansignificantlyimprovemodernlife.Keywords:Preventrain，anti-theft;；51SCM；180°rotate.Casement；Intelligentwindow.聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）III目录前言……………………………………………………………………………11、系统的总体设计………………………………………………12、系统的硬件设计………………………………………………………………22．1系统所需元器件的选择……………………………………………………22．2语音报警电路……………………………………………………………………22．3可燃性气体和烟雾检测电路………………………………………………42．4防盗检测电路………………………………………………………………62．5驱动电机控制电路……………………………………………………………63、系统的程序流程图………………………………………………………74、程序清单…………………………………………………………………85、结论………………………………………………………………………196、参考文献………………………………………………………………207、致谢………………………………………………………………………21聊城大学东昌学院本科毕业论文（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AT89S51单片机为中央控制器的智能窗。该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。聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）22)、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，可完成普聊城大学东昌学院本科毕业论文（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。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：聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）4①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聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）5MQ-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聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）6(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