基于单片机的自动开关窗设计毕业设计.docx
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基于单片机的自动开关窗设计毕业设计
毕业设计
题目：
基于单片机的自动开关窗设计
姓 名：
xxx
专 业：
电子信息工程
班 级：
电信N09
学号：
942
指导教师：
xxxx
导师职称：
年 月 日
诚信声明
我声明，所呈交的论文是本人在教师指导下进行的研究工作及取得的研究功效。
据我查证，除文中专门加以标注和致谢的地址外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究功效，也不包括为取得＿＿＿＿＿＿或其他教育机构的学位或证书而利用过的材料。
我许诺，论文中的所有内容均真实、可信。
论文作者签名：
签名日期：
年月日
授权声明
学校有权保留送论文交的原件，许诺论文被查阅和借阅，学校能够发布论文的全数或部份内容，能够影印、缩印或其他复制手腕保留论文，学校必需严格依照授权对论文进行处置，不得超越授权对论文进行任意处置。
论文作者签名：
签名日期：
年月日
基于单片机的自动开关窗设计
摘要
随着科学技术的飞速进展，更多改善人们生活环境和提高生活质量的高科技产品将会进入了人们的日常生活。
同时，科技的进步带动了社会的快速进展，使得人们的生活节拍也加速了，在快节拍的生活下人们总会因各类各样的缘故忘记一些杂事，因此智能化的家具是社会进展必然的选择。
目前家庭中的许多电器都已被贴上看智能化的标签，例如热水器、洗衣机、空调等，为提高人们的生活质量做出了奉献。
但让人感到遗憾的是家庭生活中重要的组成部份——窗户，却迟迟没有跟上社会快速进展的步伐。
此刻应用最普遍的窗户采纳的任然是最原始的——人工关闭的方式，不具有自动防雨、防雾等人性化的功能。
本次设计的自动开关窗户系统能通过其数据检测传感电路不断循环检测室外湿度及烟雾浓度，当室外湿度达到一按时（下雨时）窗户自动关闭，避免潮湿空气或雨水进入房间；当室外烟雾达到必然值时窗户自动关闭。
关键词：
单片机，自动窗，传感器
Microcontroller-basedautomaticswitchwindowdesign
Abstract
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,moretoimprovepeople'slivingenvironmentandHigh-techproductswillimprovethequalityoflifeintothedailylivesofpeople.Atthesametime,theadvancementoftechnologyhasledtotherapiddevelopmentofsociety,sopeoplealsoacceleratedthepaceoflifeinthefast-pacedlife,therewillalwaysbeduetoavarietyofreasonstoforgetsomeofthechores,intelligentfurnitureistheinevitablechoiceforsocialdevelopment.Manyelectricalappliancesinthefamilyhavebeenaffixedpointofviewintelligentlabels,suchaswaterheaters,washingmachines,airconditioning,tomakeacontributiontoimprovepeople'squalityoflife.Itisregrettablethatimportantpartsoffamilylife-windows,havebeenslowtokeepupwiththerapidpaceofdevelopmentofthecommunity.Isthemostprimitivetothemostwidelyusedwindowsanycontingent-artificialclosed,donothaveautomaticrain,fogandotheruser-friendlyfeatures.Thedesignoftheautomaticswitchwindowssystemthroughitsdatadetectionsensorcircuitcontinuouscycledetectionoutdoorhumidityandsmokeconcentration,whentheoutdoorhumidityreachesacertaintime（whenitrains）windowsautomaticallyshutdowntopreventmoistairorraintoentertheroom;whentheoutdoorsmokewindowsclosedautomaticallywhenacertainvalueisreached.
Keywords:
MCU,Automaticwindow,Sensor
摘要III
AbstractIII
1绪论1
课题的背景1
课题的意义1
自动窗进展现状1
2设计的任务与特点3
本设计的要紧任务3
本设计的特点3
3自动窗的组成及各模块4
自动窗的组成4
单片机4
步进电机及其驱动8
DHT11传感器9
MQ-2烟雾传感器10
ADC083211
LCD1602液晶显示11
4软件设计12
主程序流程图12
各部份子程序13
湿度检测13
LCD1602显示14
5系统组装及调试16
组装步骤16
整体原理图16
元器件清单16
焊接及注意事项17
焊接前处置17
焊接17
终止语17
参考文献18
附录20
附录1系统仿真图20
附录2焊接图21
附录3程序21
1绪论
课题的背景
我国的改革开放，经济的飞速进展，使得人们物质生活水平不断提高，人们对生活中各类用品的要求也愈来愈高，例如不仅希望拥有舒适、温馨的居处和汽车，而且对其平安性、智能性等方面也提出了更高的要求。
此刻的自动操纵系统已经为咱们的生活提供许多便利，在生活的各方面，人们迫切的需要一种智能的家庭自动开关窗系统，能够依照不同的天气进行开关工作，例如在下雨或起雾时，能够自动识别，实现自动关窗行为，以便人们能更好的工作学习，与此同时也保证了生活的舒适性和财产的平安性。
于是在社会各阶级中，各类场所中智能窗系统的开发和制作日趋被科研单位和生产厂家所重视。
此刻市场上也显现了各类各样的自动开关窗，但多由于其靠得住性差、造价高或利用复杂而难以推行。
随着电子通信技术的快速进展，单片机以其具有价钱低、体积小、集成度高、性价比高等优势已在工业操纵、智能仪表、数据搜集和各类家用电器等方面取得了普遍应用。
课题的意义
随着我国经济的飞速进展和人民生活水平的慢慢提高，人们加倍重视生活环境是不是较好室内的空气是不是清新，时常的开窗通风换气也成为人们一起的生活适应.可是在现今较快的生活节拍中，人们经常会忘记关窗，一旦逢起风下雨，便开始担忧，这严峻阻碍正常的工作和学习。
此刻市场上的自动关窗装置固然品种功能多样，但要紧应用在一些较为高级建筑和各类公开场合，而且要紧的都是和窗框一路定制，费用比较高与此同时不管是老的仍是新建的住房事先安装的大体都是手动推拉窗，大体没有人情愿把已安装好的窗户拆掉，改换成多功能自动窗。
综上所述，本课题希望开发一种在一般窗户的基础上改良的自动关窗装置，该装置装有湿度传感器，烟雾传感器，每当下雨或显现较浓的雾时，窗户便自动关闭，解除用户的后顾之忧，让生活变得加倍美好。
自动窗进展现状
一种能使室内冬暖夏凉，又不阻碍光照亮度的“智能窗户”，最近由美国伯克利劳伦斯国家实验所研发成功。
住进这种衡宇，即便你没有安装空调，也可不能在炎夏热得汗如雨下，在严冬冻得瑟瑟颤栗了。
智能窗户的关键，是利用了一种合成的氧化铟锡纳米晶体新材料。
这种材料既能作为涂层涂于窗户玻璃表面，也可作为液体溶剂注入窗户双层玻璃的夹层当中。
这种纳米晶体对光和热的传播，能够通过电压来调剂：
在酷寒天气，可见光和近红外光都能够通过，从而使热量进入房间；而在盛暑季节，施加微弱电流可使窗户仍然能够传播可见光，却会阻挡近红外光，从而幸免太阳的热量进入房间。
另外，锡还另外带有电荷，当施加电压时，纳米晶体里电子的密度会发生改变，从而使得所吸收的红外光的量也随之改变，于是房间始终维持适宜的温度。
与此有异曲同工之妙的，是英国工程师弗雷德里克·麦基发明的一种全数由双层玻璃组成的智能窗户。
玻璃夹层中充满水而不是空气。
溶于水中的一种化学物质，能将阳光中的红外线能量和热量吸收掉，但不阻碍可见光的通过。
玻璃夹层中的水是通过一台热互换器循环的。
热互换器能够使水中的热量存储起来，也能够使之冷却，以便依照室外气温的转变，合理地加以利用。
据介绍，如此动态性地改变红外光和热量的吸收，是一项重大技术创新。
上述新型智能窗户的问世，不仅能够使居住者感到十分舒适，而且能够减少一般窗户带来的能耗和花费——仅就美国建筑业而言，这笔花费每一年大约为400亿美元。
韩国研究人员研制出一种新型智能窗户，窗玻璃能依照室外温度不同变黑或变透明，起到隔间热量或增加室内光线的作用。
研究团队在美国化学学会主办的杂志中说，这种智能窗户有助节省能源。
该智能窗户由韩国电子技术研究所的林浩苏和崇实大学的曹郑浩、金株勇一起研制。
研究人员说，这种智能窗户能够在“夏日模式”与“冬季模式”间自由转换。
夏日室外温度高，智能窗户会变暗，以“反射大部份太阳光，避免建筑内部受阳光照射而过热”;冬季室外温度低，智能窗户的玻璃会变得透明，以接收太阳带来的免费热量，“通过吸收太阳能，让房间维持温暖”。
智能窗户由完全不透明状态转变成几乎完全透明状态历时很短，只需要几秒钟时刻。
智能窗户应用范围广，写字楼和住宅楼均能利用。
英国材料专家斯蒂芬莫里斯说，若是新型智能窗户真能迅速在不透明和透明之间转换，那么它将为能源节约带来福音。
“这将意味着，光线能更快进入室内，这会减少屋子的热量损失或夏天时让房间更凉爽，”莫里斯说。
2设计的任务与特点
本设计的要紧任务
对自动窗户功能进行设计，相应的硬件和系统软件设计，并做出操纵系统，从而达到设计的目的：
能够显示设定值与当前值；当室外湿度和烟雾值大于设定值时，通过电机的动作实现关窗;当小于设定值时实现开窗；按键能够对设定值进行调整，同时也可实现手动开关窗户。
本设计的特点
本系统要紧由多个传感器的传感信号处置器芯片和单片机AT89C52、电机驱动芯片和显示电路等组成，具有以下特点：
靠得住性高：
高靠得住性是系统应用的前提。
在系统设计的每一个环节，都应该将高靠得住性作为首要的设计准那么，系统一旦失去了靠得住性也就失去了产品的生命力。
因此，针对系统在具体利用进程中可能存在的情形依照理论原理对系统的设计方案深刻论证严格把关。
性能价钱比高：
此自动关窗系统具有体积小、速度快、功耗低等特点，而且集成了丰硕的硬件资源，具有很高性价比。
在设计硬件时，尽可能地做到简化设计，减少元器件的利用数量，提高复费用。
功能完备，操作简便，高度人性化：
壮大、完备的功能将受到更多用户的欢迎，显著增加产品在市场上的竞争力。
实现功能完备的同时，系统的操作利用上，尽可能做到简单、方便，高度的人性化。
比如说设防时只需要拨动一个按键就能够够，系统状态全面直观，一目了然。
模块化设计：
依照本系统是用于自动关窗的这一应用目的，系统尽可能利用模块化设计，实现模块化积木式组合与拆分的功能，便于以后的升级换代，减少二次投资，能够知足家庭利用的重要性和复杂度和利用对象对功能和价钱的选择。
3自动窗的组成及各模块
自动窗的组成
本操纵系统要紧由AT89C52单片机组成的中央操纵器，驱动电路，湿度传感器，烟雾传感器，1602显示电路，数据检测电路等组成。
其系统结构框图如下图。
中
央
控
制
器
驱动器
驱动器
驱动器
步进电机
烟雾传感器
湿度传感器
显示电路
检测电路
图系统结构框图
单片机
89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单芯片微型运算机，包含了8k字节的可反复擦写的闪速只读程序存储器和256字节的随机存取数据存储器（RAM），它采纳ATMEL公司的高密度、非挥发性存储技术生产，与工业80C51单芯片微型运算机的指令与引脚完全兼容，片内置通用8位中央处置器和闪速存储单元，89C52单片机在电子行业中有着普遍的应用。
89C52要紧功能特性
1）兼容MCS51指令系统
2）8kB可反复擦写闪速只读存储器；
3）32个双向的I/O口；
4）256x8比特内部随机存储器；
5）有3个16位的可编程按时/计数器中断；
6）时钟频率0-24兆赫兹；
7）2个串行中断，可编程UART串行通道；
8）2个外部的中断源，共8个中断源；
9）2个读写中断口线，3级加密位；
10）有低功耗空闲状态和掉电模式，能将软件设置成睡眠状态并能将其唤醒；
11）有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以便能够适应不同产品的需求。
89C52管脚功能及管脚电压管脚图如图所示：
图AT89C52管脚功能及管脚电压管脚图
89C52为8位通用微处置器，采纳工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的89C51相同，其要紧用于集聚调整功能的操纵。
其特点包括主IC的内部寄放器，RAM和外部接口的初始化数据融合，收敛调剂操纵，收敛测试图操纵，红外遥控信号的接收和解码和红外主板和CPU通信的功能组件。
其要紧管脚有：
XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）为专门为产生时钟振荡信号设立端口，外接12兆赫兹晶振。
RST/Vpd（9脚）为引导内部复位输入端口，在外部与电阻电容组成复位电路。
VCC（40脚）和VSS（20脚）为电源端口，别离接+5V电源和接地。
P0~P3为可编程的通用I/O脚，其功能用途由软件概念，在本次设计中，P0端口（32~39脚）和P2端口（21~28脚）被概念为1602显示器的功能实现操纵端口，别离与1602显示器相应的功能管脚相连，10~13脚概念为按键输入端，12脚、27脚及28脚概念为握手信号的功能端口，连接主板单片机的相应功能端，用于检测当前制式，集聚调整状态进入的操纵功能。
P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据的总线复用口。
当其作为输出口时，每位驱动8个双极型逻辑集成电路，对其写“1”时，可当做高阻抗输入端来使用。
在访问外部的数据或者程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问的这段时刻内启动内部上拉电阻。
在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校正检验时，输出指令字节，校正检验时，要求外接电阻并上拉。
P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向通行的I/O口，P1输出的缓冲级可以驱动（即吸收或输出电流）4个双极型逻辑集成电路。
对其写“1”，通过内部自带的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可作输入口。
当作输入口利历时，因为内部有上拉电阻，当某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
与89C51不同的是，和还可以别离当做按时/计数器2的外部计数输入（T2）和输入（T2EX）见表，在闪存编程和程序校正查验期间，P1接收低8位的地址。
端口引脚
第二功能
T2（定时/计数器2外部计数脉冲输入），时钟输出
T2EX（定时/计数2捕获/重装载触发和方向控制）
表P1第二功能表
P2是内部含有上拉电阻的8位双向通行的I/O口，P2输出的缓冲级可以驱动（即吸收或输出电流）4个双极型逻辑集成电路。
对其写“1”，通过自带的上拉电阻将端口拉到高电平，这时可将其作输入口，当作为输入口来利历时，因为内部有上拉电阻，当外部信号引脚被拉低时会输出一个电流（IIL）。
在访问外部的程序memory或16位地址的外部数据memory时，P2口送出高8位的地址数据。
在访问8位地址的外部的数据存储器（如实现MOVX@RI指令）时，P2口输出P2锁存器中的内容。
在Flash编程或校验时，P2则接收高位地址和一些操纵信号。
P3是拥有内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3输出的缓冲级可以驱动4个双极型逻辑集成电路。
对其写入“1”时，通过内部上拉电阻拉将电平变成高电平并可作为输入端口。
这时，被外部器件拉低电平的P3口将用内部上拉电阻来输出电流（IIL）。
P3口除作为一般的I/O口线外，更重要的是它的第二作用见表，P3口还能够接收一些用于闪速存储器编程和程序校正查验的操纵信号。
端口引脚
第二功能
RXD（串行输入）
TXD（串行输出）
INT0（外部中断0）
INT1（外部中断1）
T0（定时/计数器0外部输入）
T1（定时/计数器1外部输入）
WR（外部的数据memory写选通）
RD（外部的数据memory读选通）
表P3口第二功能表
RST复位输入端口。
在振荡器进行工作时，只要RST引脚显现两个及以上机械周期的高电平就将单片机复位。
ALE/PROG当访问外部的程序memory或数据memory时，ALE输出的脉冲信号就用于锁存地址的低8位字节。
通常情形下，ALE以时钟的振荡频率的1/6固定的输出脉冲信号，因此它可用于对外输出时钟信号或用于按时。
专门注意的是：
每当在访问外部数据memory时将会跳过一个ALE脉冲。
对闪存存储器编程期间，那个引脚还被当做输入编程的脉冲（PROG）。
如果有必要，可以通过对SFR区中的8EH单元的D0位进行置位，可禁止ALE进行操作。
那个位置位以后，只有一条MOVX指令和MOVC指令才能够将ALE启动。
另外，那个引脚会被略微拉高，在单片机执行外部的程序时，应该将ALE禁止位设置为无效。
PSEN程序贮存使能（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通脉冲信号，当AT89C52由外部程序memory取指令（或数据）时，在一个机械周期中PSEN有两次是有效的，即输出两个脉冲信号。
与此同时，当访问外部数据memory，就会跳过两次PSEN脉冲信号。
EA/VPP外部访问许诺。
若是想要使CPU只是访问外部的程序存储器（地址为0000H—FFFFH），那么EA端必需为低电平（接地）。
如EA端接Vcc端，CPU就会执行内部程序memory中的指令。
闪存存储器编程时，该引脚加上+12V的编程许诺电源Vpp，固然这必需是该器件是利用12V编程电压Vpp。
XTAL1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2振荡器反相放大器的输出端。
在AT89C52片内memory中，80H-FFH的共128个单元是SFR并不是所有的地址都被概念，从80H—FFH只有一小部份是被概念的，还有一部份并没有被概念。
对于那些没有被概念的单元进行读写操作是无效的，不仅读出的数据是不确信的，而且写入的数据也将被丢失。
这些地址单元在以后的利用中可能会有新的功能，在这种情形下，复位后这些地址单元中数据老是为“0”。
AT89C52有256个Bit的内部RAM，80H-FFH高128个Bit与SFR地址是相同的，但物理上它们是独立的。
当一条指令访问的地址为7FH以上的内部单元时，指令中所用到的寻址方式是有区别的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM仍是访问SFR。
·按时器0和按时器1：
AT89C52的按时器0和按时器1的工作方式与AT89C51相同。
步进电机及其驱动
借助单片机AT89C51实现对四相步进电机的操纵时，需要通过单片机的I/O端口输出具有一按时序的方波信号作为步进电机的操纵信号，但若是只是靠那个TTL电平仍是不能直接驱动电机。
若是想用74LS373对电机进行驱动，那么必需要有许多寄放器的配合才能够驱动电机，因此考虑利用ULN2003芯片来驱动步进电机。
ULN2003是一种高电压、大电流的达林顿陈晶体管。
每一对达林顿都串联一个的基极电阻，在5V工作电压下与TTL和CMOS电路直接相连，能够直接处置需要标准逻辑缓冲器来处置的数据。
ULN2003的灌电路可达500mA，而且在关态是能够经受50V的电压，可在高负载电流下并行输出运行。
电机驱动的关键要点确实是准确操纵电机旋转的角度。
在进行程序设计时需要依照系统中各传感器检测的信息判定电机方向，以更好的起动相应的所需要转动方向子程序。
正转和反转操纵程序依照操纵脉冲序列的要求，利用相应的系统模型，并确信是不是大幅度转向，使用改变脉冲宽度的方式来调剂电机的转速。
在应用程序的设计中将电机的操纵方式形成操纵模型，并将该模型用数据表形式保留在程序存储器中，如此程序在利用进程就能够直接利用。
一样都是用逻辑电路来对步进电机进行脉冲操纵，单片机操纵电机时，电机的运行方式、方向及转速通常能够通过编写相应的程序由I/O口输出脉冲信号来决定。
为了能够提高电机转动角度的准确性，采纳减速比为1:
90的减速齿轮组成的传动机构，也确实是当角度改变90°时，外部所能看到到的设备才转动1°。
对四相步进电机驱动的程序设置按八拍工作方式进行设置，依照流程图别离设置各个子程序，然后依照不同情形别离挪用。
图电机驱动原理图
DHT11传感器
DHT11数字温湿度传感器是一款复合传感器。
它利用特殊的数字模块搜集技术和温湿度传感技术，以保证其具有较高的靠得住性与优良的长久稳固性。
传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件。
因此该传感器具有优良的品质、响应速度快、较强的抗干扰能力、本钱低性能好等优势。
采纳单总线串行接口，使系统变得简便而快捷。
超小的体积、极低的功耗，具有20米以上的传输能力，使其成为一般的应用乃至最为苛刻的应用中最正确的选择。
产品采纳4针单排的引脚封装形式，在利用中方便连接，其管脚如表所示。
管脚
名称
功能
1
VDD
供电3－
2
DATA
串行数据，单总线
3
NC
空脚，请悬空
4
GND
接地，电源负极
表DHT11管脚表
DHT11采纳的电源为3－。
传感器在得电后，要等待1s以达到稳固的状态。
电源（VDD，GND）之间可利用一个100nF的电容，用以去耦滤波。
DATA用于中央处置器与DHT11之间的信息传送和通信,一次通信周期4ms左右,数据由小数部份和整数部份两部份组成,具体传送格式如下说明.操作流程如下:
一次完整的数据总长度为40字节,高位数据先出。
数据格式:
8字节湿度整数部份数据+8字节湿度小数部份数据+8字节温度整数部份数据+8字节温度小数部份数据+8字节的校正查验和。
正确的数据它的校验和数据等于“8字节湿度整数部份数据+8字节湿度小数部份数据+8字节温度整数
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