智能节能窗户控制系统的设计.docx

智能节能窗户控制系统的设计.docx

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摘 要

本系统的主要器件即为控制器件单片机和各种不同类型、不同功能的传感器，单片机根据接收传感器检测模块的信号，发出相应的控制指令，实现开、关窗，声光报警，等功能，实现窗户开、关的智能化。

智能窗户控制系统使用机械传动控制窗户的开关与窗帘的开合，机械部分由步进电机提供动力，通过设计动滑轮组在运动部件和窗架间进行传动。

电子自动控制系统部分包含湿度温度探测传感器模块、光敏电阻传感器模块、烟雾探测传感器模块、红外检测防盗模块、换风控制模块。

各传感器将探测到的变化反映到单片机口，由单片机根据信号的变化（即电平的高低）判断外界环境的变化，然后根据内部设定的程序发出命令，控制机械传动部分实现相应的动作。

关键词：

电机 传感器 信号 指令 自动控制

I

Abstract

ThemaindeviceofthesystemisthecontroldeviceMCUandvarioustypesanddifferentfunctionsofthesensor,MCUaccordingtoreceivethesignalofthesensordetectionmodule,issuedthecorrespondingcontrolinstructions,implementationofopen,window,soundandlightalarm,andsoon,to achievethewindowsopenandintelligent.Theintelligentwindowcontrolsystemusesthemechanicaltransmissioncontrolwindowswitchandthecurtaintoopenandclose,themechanicalpartisprovidedbythesteppingmotor,throughthedesignmovablepulleyblockcarriesonthetransmissionbetweenthemovingpartandthewindowframe.Theelectronicautomaticcontrolsystemincludeshumiditytemperaturedetectionsensormodule,photosensitiveresistancesensormodule,smokedetectionsensormodule,infrareddetectionanti-theftmodule,windchangecontrolmodule.Eachsensorwilldetectthechangesreflectedinthemicrocontrollermouth,theMCUaccordingtothechangeofsignal（i.eleveloflevel）tojudgethechangeoftheexternalenvironment,andthenaccordingtotheinternalprogrammedordertocontrolthemechanicaltransmissionparttoachievethecorrespondingaction.

Keywords:

Automaticcontrolofmotorsensorsignalinstruction

II

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 1

第1章绪论 1

1.1课题背景（样式中的标题2） 1

1.1.1课题应用情况（样式中的标题3） 1

1.1.2课题意义 2

1.2国内外研究现状 2

1.3课题的目的和意义 2

第2章 设计方案 4

2.1功能概述 4

2.2设计原理及组成结构 4

第3章 硬件设计 6

3.1单片机概述 6

3.2时钟电路设计 9

3.3复位电路设计 9

3.4防盗报警电路设计 10

3.4.1防盗报警设计思路 10

3.4.2常见红外传感器介绍 10

3.4.3RE200B工作原理 12

3.4.4放大电路设计 14

3.4.5声光报警电路设计 15

3.5湿度检测电路设计 16

3.5.1湿度检测电路设计思路 16

3.5.2常见湿度传感器介绍 16

3.5.3DHT11工作原理 19

3.6有毒气体检测电路设计 21

3.6.1有毒气体检测电路设计思路 21

3.6.2常见烟雾传感器介绍 21

3.6.3MQ-2工作原理 23

3.7 LCD1602介绍 24

3.9 电机驱动电路设计 25

第4章 系统软件设计 29

致 谢 75

参考文献 76

第1章 绪论

1.1课题背景

在我国智能家居也成为近年来一个最热门的话题之一,作为“居室眼睛”的窗户也成为了其中必不可少的一部分,引发了不少研究。

智能家居控制系统的应用让人们在家中能够享受到更安全、更舒适、更方便的生活，并且使生活更具有人性化，而现代家居中，窗户具有良好的装饰、采光和阻挡灰尘空气循环的主要途径，但同时也是盗窃非法进屋的一个重要途径，虽然现在很多家庭为了防盗通常采用钢筋结构的防盗网加固在窗户外，这样是起到了防盗功能，但一旦发生火灾等紧急情况，窗外的防盗网大大的降低了人们求生或逃生的机会，所以智能窗户的基本要求不能降低。

但是当前大部分窗户控制系统在一定程度上不是很完善，而且没有安防检测功能，在发生意外时只是开窗或关窗，而使用者完全没有发现的意识；有的产品没有换风系统，如果当一氧化碳或烟雾超标时，不能以最快的速度排出室内的一氧化碳或烟雾，有的产品没有红外感应安防的功能，不能尽快的通知主人可能有小偷进家，所以“居室眼睛”智能窗户控制系统它能在下雨且家中无人时,自动关闭以防止雨水进入损坏室内财物,室内有害气体超标则自动开窗,有盗贼入内则自动报警,当室内温湿度过高或过低时,自动监测调节环境,使窗户真正的智能起来,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。

当前大部分窗户在有烟雾过大时，或者在下雨天有雨水溅入时都要通过手动去开窗或关窗。

在空气比较闷热时（超过26°C），不能自动进行开窗以及通风换风，而且现在很多城市（揭阳、清远、韶关、广州，深圳等等）PM2.5（可入肺颗粒物）季均浓度都超过了国家空气新标准规定的二级限值35微克/立方米，严重危害人体健康，而现在大部分窗户都没有过滤装置，为了提高人们的生活质量，我们可以通过在窗户上的换风装置上装一个PM2.5过滤器，而且这个过滤器可以手动卸掉，进行定时清洁。

现在大多数的窗户系统都没有安防的功能，当有小偷想从窗户进入偷窃，不能及时发现，造成很大的损失，所以在窗户上装红外检测防盗系统，能够及时报警，尽量避免不必要的损失等等。

1.1.1课题应用情况

1

1.1.2课题意义

目前市场上智能家居虽然集成了家居生活有关的设施，但是对于各部分不能做到细致具体的设计，常常忽略了一些必要的功能（如烟雾检测功能、温湿度检测功能、红外检测报警功能、自动换气功能）或者不够人性化。

而窗户是智能家居的一个重要的组成部分，因此更好地实现窗户的智能控制和安全防护提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性显得尤为重要。

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文明程度在一定历史时期的体现。

多功能智能窗户系统在我国还刚刚兴起，但其发展前景广阔，推广和应用多功能窗户系统具有重要的现实意义。

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。

沿着这样的思路，本文设计了以AT89S51单片机为中央控制器的智能窗。

1.2国内外研究现状

多功能智能窗系统在我国还刚刚兴起，但其发展前景广阔，推广和应用多功能智能窗系统具有重要的现实意义。

该产品可以形成大规模生产，普及全国市场，产生巨大的经济效益。

另外，该多功能智能窗还可以广泛应用于宾馆、饭店、写字楼、会议厅、学校、医院等各种公共场所，因此该产品具有广阔的市场前景。

其一，改变人们的生活方式。

单片机控制的多功能智能窗有丰富的智能化功能，为家庭用户营造了一个高效、舒适、便利、环保的居住环境。

1.3课题的目的和意义

该多功能智能窗能自动识别室内外环境并根据环境不同驱动电机正反转，开启或者闭合窗户。

给人们日常生活带来极大的方便。

这些都将改变人们传统的生活方式，并提高了人们的生活质量。

其二，牵动一大批产业。

单片机控制的多功能智能窗产品面向家庭用户，其应用市场是庞大的，发展前景也是广阔的，必将吸引大批各类企业介入，从而牵动一大批产业的发展。

其三，开拓一个崭新的市场。

多功能智能窗系统牵动了许多的行业，有利于其它相关行业的发展。

本设计

2

希望开发一种在普通窗的基础上改进的智能关窗装置，该装置装有传感器，能够根据室内外环境自动实现开关窗。

因此开发一款基于单片机的多功能智能窗系统是很有必要的。

3

第2章 设计方案

2.1功能概述

“居室眼睛”智能窗户控制系统分为两部分设计即电子自动控制部分和机械传动部分，电子控制部分使用STC89C52单片机为核CPU，集成多种传感器实现监测控制;机械传动部分设计在窗户上安装步进

电机，实现精确控制窗户和窗帘的开启。

设计实现如下功能:

1.显示温湿度、烟雾值、亮度值、系统时间

2.设定湿度、亮度值、烟雾上下限值功能

3.手动、红外遥控自动开|关窗户功能

4.定时开|关窗户功能

5.下雨时通过温湿度传感器窗户自动关窗功能

6.当室内亮度值达到设定值时自动开|关窗户

7.当室内烟雾|可燃气体达到设定值时，窗户自动开启并且报警和启动换风功能

2.2设计原理及组成结构

智能窗户控制系统使用机械传动控制窗户的开关与窗帘的开合，机械部分由步进电机提供动力，通过设计动滑轮组在运动部件和窗架间进行传动。

电子自动控制系统部分包含湿度温度探测传感器模块、光敏电阻传感器模块、烟雾探测传感器模块、红外检测防盗模块、换风控制模块。

各传感器将探测到的变化反映到单片机口，由单片机根据信号的变化（即电平的高低）判断外界环境的变化，然后根据内部设定的程序发出命令，控制机械传动部分实现相应的动作。

该系统是基于51单片机控制多功能智能窗的设计，能根据外界的天气情况和室内空气情况来控制窗体的开启和关闭。

系统的主要模块包括：

有毒气体检测模块、红外防盗模块、湿度检测模块、风速检测模块、声光报警模块以及电机驱动模块。

如果室内发生煤气泄漏，而室内人并没有察觉煤