基于单片机的智能窗户控制系统设计与实现Word文档格式.doc

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智能窗户控制，STC89C52单片机，DHT11温湿度传感器，MQ-2传感器，电机控制

DesignandImplementationofIntelligentWindowControlSystemBasedonSCM

Abstract

Withtheprogressofscienceandtechnologyandtherapiddevelopmentofeconomy,people’srequirementforthequalityoflifebecomeshigherandhigher,andautomationequipmentisalsograduallyenjoyedbypeople,sotodesignakindofintelligentwindowsystemisproposed.Currentlyordinarywindowcannotbeautomaticallyshutdownwhenitrains,thewindisdustweather,thisbringsustoinconvenience,alsobringseconomiclosses,inthiscasetheinstallationofintelligentwindowcanletusnottolettheseproblemsbecomeourtroubles.Intelligentwindowsinsteadofordinarywindowwillnowbecomeatrend.

TheworkingprincipleandthedesignmethodofintelligentwindowbasedonSTC89C52RCmicrocontrolleraredescribedinthepaper.HumidityandtemperaturesignalarecollectedfromthetemperatureandhumiditysensorDHT11acquisition,andsmokeisdetectedbyMQ-2sensor.Digitalsignalsaretransmittedtothemicrocontroller.Thispaperintroducesthehardwareandsoftwareparts.Thecontrolsystemincludestemperatureandhumiditydetectioncircuit,smokedetectioncircuitandmotorcontrolcircuit.SCMisresponsetoprocesscorrespondingsignals,thustorealizethecontroloftheconnectedwindowaccordingtotemperatureandhumidityandsmoke.

Keywords:

IntelligentWindowControl,STC89C52,DHT11,MQ-2,MotorControl

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章　绪论 1

1.1课题研究背景与意义 1

1.2课题研究现状 1

1.3本设计的主要任务和内容 2

1.4论文组织结构 2

第2章　关键技术介绍 3

2.1STC89C52RC单片机 3

2.2DHT11温湿度传感器 3

2.3MQ-2烟雾传感器 4

第3章　系统需求分析 5

3.1系统设计目标 5

3.2系统功能需求 5

3.2.1温度采集模块 5

3.2.2湿度采集模块 5

3.2.3烟雾采集模块 5

3.2.4电机控制模块 5

3.2.5复位模块 5

3.3系统非功能需求 5

第4章　系统设计 6

4.1系统总体框图 6

4.2系统硬件设计 7

4.2.1硬件构件设计 7

4.2.2时钟电路 8

4.2.3单片机内部组成 10

4.2.4引脚定义 10

4.2.5复位电路 12

4.2.6电机控制电路 14

4.3系统软件设计 15

4.3.1温湿度的读取 15

4.3.2MQ-2的检测 15

4.3.3电机的驱动 16

4.3.4传感器信号处理 16

第5章　系统实现 17

5.1系统软件的实现 17

5.1.1设备初始化 17

5.1.2温湿度读取 17

5.1.3电机驱动 18

5.2系统集成与调试 19

5.2.1焊接 19

5.2.2程序烧写 20

第6章　系统测试 22

6.1测试概述 22

6.2测试用例 22

第7章　结　论 23

参考文献 24

致谢 25

第1章　绪论

1.1课题研究背景与意义

上世纪八十年代初，随着电子技术飞速发展，电子技术与家用电器开始结合，电子时代的到来已经从人们开始体现出来，住宅电子化也不例外，大批的住宅电子设备随之出现。

八十年代中期，将家用电器、电子通信设备与安保防火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。

八十年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种家用电器、电子通信、安保设备通过总线技术进行控制、监视与管理的商用系统，这在美国称为SmartHome，也就是现在智能家居的原型。

智能家居系统包含的主要子系统有：

家居布线系统、家庭网络系统、智能家居中央控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统。

其中，智能家居中央控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统是必备系统，家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统为可选系统。

其中，作为必备系统的家庭安防系统包括如下几个方面的内容：

智能门控系统、紧急求助、烟雾检测报警、燃气泄露报警、碎玻探测报警、红外微波探测报警等。

我们项目所针对的，主要集中在智能门控系统部分。

一个家庭可以说是人们每个人每天生活的温馨场所，家庭是人们生活最重要的部分。

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，也是研究智能家居最有意义的部分。

通过对以往普通的窗户的调查分析，发现其存在较多的弊端和不便：

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；

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;

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，同时，在防盗，防室内人员摔落等方面并没有实际作用。

1.2课题研究现状

随着社会的进步和发展，人们的收入也越来越多，人们对生活的质量也有了新的追求。

人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密起来。

信息化社会在改变人们传统的生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅的改变有了一定的影响，社会、技术以及经济的进步更使人们对智能家居的观念随之巨变。

人们对家居智能化的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。

家居智能化技术起源于美国，它是以家用电器、门窗和家居为平台进行设计的。

智能家居控制系统是集合了各种网络和总线的应用，例如以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络。

它们最终构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。

现代智能化离不开运算和控制单元，本系统采用STC89C52RC作为主控器件，与MQ-2传感器、DHT11温湿度传感器和ULN2003步进电机驱动板组成一个整体的系统，实现了自动感应关窗的装置。

该自动关窗控制系统具有性能可靠、使用寿命长、耗电低等优点。

单片机应用系统由硬件和软件组成。

硬件由单片机扩展的存储器、温湿度传感器、烟雾传感器以及各种实现单片机系统控制要求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件组成；

软件由单片机应用系统实现其特定控制功能的各种工作程序和管理程序组成。

本课题完成了单片机应用系统其开发过程的系统的总体设计、硬件设计、软件设计和系统调试，根据开发的实际要求，相互协调、交叉，有序的进行。

本文是从智能家居的一个项目——智能窗的设计开始的。

1.3本设计的主要任务和内容

低温自动关窗：

当温湿度传感器外围温度降低，传感器采集到的数据与设定的数据值做比较，当外界温度低于设定值时，单片机控制电机运作完成关窗命令。

下雨自动关窗：

外界下雨，此时湿度传感器检测到湿度大于设定值，单片机控制电机运作完成关窗命令。

遇到有害气体自动关窗：

当温度传感器检测到空气中有害气体浓度超标时，单片机控制电机运作完成关窗命令。

总的来说系统采用STC89C52单片机作为系统主控，温湿度采用的是DHT11数字传感器。

对烟雾的检测采用的是MQ-2传感器，由于两种传感器的接口都是数字接口，因此，采用STC89C52单片机的IO口即可实现对温湿度的读取。

单片机在读取传感器信息后会和内存中已存的阈值进行比较，进而通过控制ULN2003控制直流电机的转动，实现自动关窗的功能。

1.4论文组织结构

本文由七章组成，第一章绪论，简单介绍本设计的研究背景与意义、研究现状和主要任务。

第二章关键技术介绍了本设计的一些相关技术。

第三章是系统需求分析，第四章是系统设计，第五章是系统实现，主要介绍本设计的一些基本功能，软硬件设计方法以及软件代码和系统联调。

第六章是系统测试部分，在这一章对本设计进行软硬件的综合测试。

第七章是本设计的最终结论，是对本设计的一个总结。

最后是参考文献和致谢。

第2章　关键技术介绍

系统采用STC89C52单片机作为系统主控，温湿度采用的是DHT11数字传感器。

单片机在读取传感器信息后会和内存中已存的阈值进行比较，进而通过控制ULN2003控制直流电机的转动，实现自动关窗。

系统框架如图2.1所示。

图2.1系统框架图

2.1STC89C52RC单片机

目前，市面上流行的单片机主要有STC的51系列单片机，PIC系列单片机，TI的低功耗系列，M0、M3内核的ARM系列以及NXP的ARM系列等。

按照系统设计需要，主控MCU需要具有主频快，存储容量大，片上资源丰富以及价格便宜可以大面积推广等特点。

STC系列的51单片机具有价格便宜，开发资源