基于51单片机的智能窗户设计 精品Word文件下载.docx

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slivingstandard,theintelligentwindowhasbeenincreasinglyusedinmodernintelligentbuilding,toprovideasafe,convenientresidentenvironment.Accordingtostatistics,inthenextfewyears,theinstallationofsmartwindowsuserswillcontinuetoincrease.Thedesignofintelligentwindowsystemthroughthedatadetectingsensingcircuitcontinuousdetectionofcirculatingoutsidehumidityandtemperature,whentheoutsidehumidityreachesacertaintime（whenitrains）closethewindowautomatically,preventthemoistairorwaterintotheroom;

alsocanbesettoautomaticallyclosethewindowsorwindowopeningtime,tosetthetimeautomaticallyopenorclosethewindow;

youcansetwhethertoautomaticallyaccordingtothechangesoftemperatureandhumidityautomaticallyopenandclosethewindowsoraccordingtothesettimeautomaticallyopenorclosethewindow;

whenthewindowoutsidethepersonnearinfraredalarmtobegeneratedwhentheanti-theftfunction.Alsocancontrolthekeyboard,directlycontrolwindowswitch,selectthedisplayparametertypes.

【Keywords】intelligentwindowsinglechipmicrocomputertemperaturedetectionhumiditydetection

参考文献22

第1章绪论

1.1智能窗户综述

智能窗户一般是指安装了先进的防盗、防劫、防雨系统技术的门窗。

起初智能窗户在一些公共场所、高档商品房、商场中运用广泛，但随着科学技术的飞跃发展，生活水平的不断提高，人们对安全、舒适、健康的生活需求变得日益迫切。

而近年来，智能家居概念已经逐渐深入到国民的生活之中，且不断地影响着人们的思维。

因此，众多有能力的小区、别墅用户已经开始安装使用智能家居系统，并尝试智能化为家居生活带来的安全、舒适和便利。

智能窗户提供住户一个安全、方便的环境。

全自动智能窗户要求遇刮风或飘雨，窗户会自动关闭；

窗户就自动打开；

高高在上的天窗，也乖乖听从指挥开启闭合，免去攀高之累。

最新科技的智能窗户控制系统它由智能主控器、门窗控制器、门窗驱动器等组成，是智能居家的理想选择。

要求具备以下功能：

①安全

在工作日，上下班时间基本都是固定的。

你可以设定窗户开关的时间，上班时窗户自动关闭下班时自动打开，方便安全。

②自动防风防雨

居家过日子，忘记关窗是常有的事，每逢刮风下雨身在外边便叫苦不已。

现在，这款产品可以消除您的这个顾虑了,它外侧装有湿度传感器，当空气里的湿度达到80%时湿度传感器上就会有感应，窗户立即自行关闭，令您从此大胆出门无忧无虑。

③节约能源

当室外的温度超过30°

时能关闭窗户并把空调打开，保持室内室温适宜。

当室外温度下降到20°

时，窗户自动打开并把空调关闭，保持室内空气清新，当然这一动作是以外界没有下雨为前提的。

④人性化

增加手动开窗、关窗功能，是产品更人性化。

1.2智能窗户研究现状

由于我国房地产行业的迅速发展，也带动了我国门窗幕墙行业的迅速发展，一般来说，一个建筑物按面积推算，有10%是窗，15%是门，全国每年新建为20亿平方米，门窗的需求量为5亿多平方米。

如再考虑到原有城乡建筑的窗户改制，每年窗户的安装量至少达到10亿平方米。

以每平方米窗户50元计算，全国窗户消费需求空间为500亿元，并且还有不断扩大的趋势。

如下图所示：

图1.12006年~2009年我国窗户需求量

门窗是家庭智能化安全防范系统的一个重要组成部分，是一种智能化的控制系统，它由现代微型机、先进传感器（温度传感器、湿度传感器等）、等一系列机械传动装置组成，是具有智能化、人性化、网络化的高科技产品。

可以对窗户进行随心所欲的控制和安全措施，它具有时尚、方便、安全等特点，使人们的家居环境得到较大的改善。

再者通过我们的调查发现目前整个市场上存在许多不足之处。

当前智能窗户的功能还不是很完善，虽然市场上有下雨时能自动关窗的装置，但在雨过天晴后并不能适时自动开窗。

这就会让主人在下班回家后觉得屋内空气不流通、不清新等。

因此，我以这次毕业设计为契机，改进了部分功能实现的方法，并增加了适时开窗的新功能，还把窗户和空调相结合。

力求整个装置高效、简洁、易实现并突出节能环保的理念。

窗户之所以能自动开闭，关键是长条形装置内的一些元件、温湿度传感器组成了一套智能控制系统，发挥着自动控制功能。

“人们早晨出门上班时还是晴空万里，所以没有关窗，下午突然下雨了，窗户会自动关闭，不用担心家中淋雨。

”除了自动开闭窗户外，还可以通过遥控器来控制智能窗户的开闭大小，不用走到窗前去关窗。

智能窗户的应用越来越受广大人民的欢迎，在许多大城市中，很多小区都实现智能化管理，其中智能窗户的应用相当的重要一部分。

所以我这次毕业设计选了这个我比较感兴趣也很有现实意义的题目。

第2章设计的目标任务

2.1本文主要工作设计

2.1.1本设计的总体介绍

（1）智能窗户:

基于单片机控制系统设计出温湿度检测电路、电机驱动电路、时钟电路、单片机、晶振和复位电路和控制电路等。

（2）设计智能窗户的数据采集及控制系统。

2.1.2设计的具体任务

对智能窗户的功能进行设计，相应的硬件电路和系统软件设计，并做出控制系统，从而达到设计的目的：

温度升高到超过预设值时，电机转动关闭窗户并把空调打开；

若下雨窗外的湿度传感器会感应到并把窗户关闭；

通过按键可以设置自动开启窗户时间及自动关闭窗户时间，到设定时间会自动关闭或开启窗户；

可以设置根据温湿度控制窗户开关及根据时间开启、关闭窗户功能。

2.2论文的要求与数据

（1）完成该课题必须重点研究单片机控制、温湿度采集、晶振和复位电路等关键问题和理论。

（2）研究方案的设计、研究方法和手段要合理，符合理论与实践的要求。

第3章设计方案论证

智能窗户的模型如下图3.1，传动机构由皮带、电机和定滑轮组成。

当电机正转时，可移动窗扇向右移动至限位开关处电机停止。

当电机反转时，可移动窗户向左移动至限位开关处电机停止。

图3.1智能窗户的模型

整个智能窗户控制系统包括微处理器、温湿度检测电路、报警电路、电机驱动电路等模块组成。

整个系统框图如图3.1所示。

图3.2系统框图

3.1温湿度检测方案

方案一：

温度检测采用热电阻温度传感器。

热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件；

现应用较多的有铂、铜、镍等热电阻；

其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。

湿度检测使用湿敏电阻。

方案二：

我们采用数字温湿度传感器DHT11。

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传器。

它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高可靠性与卓越的长期稳定性。

传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

因此该产品具有品质卓越、超快应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

每个DHT11传感器都在极为精确的度校验室中进行校准。

校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。

单线制串行接口，使系统集变得简易快捷。

超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。

产品为4针单排引脚装，连接方便。

综合来看DHT11集温湿度检测于一体，反应快，单片机数字读取数剧，利于数据采集，而起体积小，利于本次设计，所以选用第二种方案。

3.2窗户控制系统设计方案

窗户的开关主要通过直流电机控制。

方案一 

：

直流电机驱动电路使用最广泛的就是H型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。

它的基本原理图如图2.1所示。

图3.3H桥电机驱动电路

全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，S1、S2为一组，S3、S4为另一组，两组的状态互补，一组导通则另一组必须关断。

当S1、S2导通时，S3、S4关断，电机两端加正向电压，可以实现电机的正转或反转制动；

当S3、S4导通时，S1、S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。

在窗户动作的过程中，我们要不断地使电机在四个象限之间切换，即在正转和反转之间切换，也就是在S1、S2导通且S3、Q4关断，到S1、S2关断且S3、S4导通，这两种状态之间转换。

在这种情况下，理论上要求两组控制信号完全互补，但是，由于实际的开关器件都存在开通和关断时间，绝对的互补控制逻辑必然导致上下桥臂直通短路，比如在上桥臂关断的过程中，下桥臂导通了。

这个过程可用图2.2说明。

图3.4窗户桥臂导通示意图

因此，为了避免直通短路且保证各个开关管动作之间的协同性和同步性，两组控制信号在理论上要求互为倒相的逻辑关系，而实际上却必须相差一个足够的死区时间，这个矫正过程既可以通过硬件实现，即在上下桥臂的两组控制信号之间增加延时，也可以通过软件实现。

通过L6203集成块控制直流电机。

L6203是专用驱动集成电路，属于H桥集成电路，其输出电流为2A，最高电流4A，最高工作电压50V，可以驱动感性负载，如大功率直流电机，步进电机，电磁阀等，特别是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。

当驱动直流电机时，可以直接控制