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• 本文标题：自动窗户控制系统的制作与设计的流程.doc
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• 内容摘要：摘要 窗户作为居家的眼睛，已经成为了智能家具不可缺少的组成成分引起了很多的研究。因而近年来我国智能家居的发展已经成为了比较热门的一个话题。 窗户软件的调试硬件的选用和设计自动控制系统的过程等问题在窗户自动系统中得到了充分的研究。系统通过依据用户的需要经过按键控制窗户的开关，可达到设置时间以及利用光照的强度来控制窗户的开闭状态，该功能可以使窗户处于任意一种开闭状态。具有报警功能和温度测量功能。自动窗户控制系统的组成主要由温度检测模块蜂鸣器报警模块电源模块光照检测模块LCD1602液晶显示模块按键模块步进电机驱动模块和单片机最小系统等构成。 本文阐述了自动窗户控制系统的制作与设计的流程，介绍了制作设计一套完整的窗户控制系统需要做的制作过程以及其理论分析。在应用层面上其利用Proteus软件对原理图进行设计制作。在理论层面上该设计，用编程语言驱使各模块运作，完成系统的内在联系。该控制系统整个系统在各模块的运作下可完成定时控制自动控制半自动控制等功能。51单片机是其采用的核心部件，还利用了信号调理电路光照传感器以及键盘显示接口电路等外围电路。自动控制属于信息科学及电子的一个重要组成部分，当下窗户控制系统可以解决一部分问题，家庭居住环境的避光及采光问题主要利用的是用手开关窗户，手动开关很多方面不仅不够人性化而且费力，还可能会对用户造成一定的困扰， 关键词:人工智能单片机自动控制 Abstract AbstractInChinasmarthomehasalsobecomeoneofthehottesttopicsinrecentyeaandthewindowsasroomeyeshavebecomeanindispeablepartofitwhichhascausedalotofresearch。 Automaticcontrolisaninformationscienceandanimportantbranchofelectronicsandhasagoodcurrentdevelopmentprospectinmodehome。Atpresentthemainproblemoflightingandavoidinglightinfamilylivingenvironmentismanualopeningandclosingofwindows。ManualopeningandclosingisnotonlylaboriousbutalsonotuserfriendlyinmanyaspectsWindowcontrolsystemwillsolvethoseproblems。whichmaycausesomeproblemsforuse。Thisarticlereviewsthedesignandmanufacturingprocessoftheautomaticwindowcontrolsystemandintroducesthetheoreticalanalysisandmanufacturingprocessneededtodesignandmanufactureacompletewindowcontrolsystem。the51singlechipmicrocomputerisThecoreoftheautomaticwindowcontrolsystem。followedbytheuseofperipheralcircuitssuchasthelightseorsignalconditioningcircuitandkeyboarddisplayinterfacecircuit。Thewholesystemcanachievesemiautomaticcontroltimingcontrolautomaticcontrolandotherfunctiowiththecooperationofvariousmodules。Thedesignusestheprogramminglanguagetodriveeachmoduletoworkatthetheoreticalleveltorealizetheintealconnectionofthesystem。AttheapplicationlevelThecompositionoftheautomaticwindowcontrolsystemismainlycomposedoftheminimumsystemofthesinglechipmicrocomputerthelightdetectionmoduleandthetemperaturedetectionmoduletheLCD1602liquidcrystaldisplaymodulethesteppermotordrivemodulethepowermodulethebuzzeralarmmodulethekeymoduleProteussoftwareisusedtodesigntheschematicdiagram。Thedesignprocesshardwareselectionandsoftwaredebuggingofthewindowautomaticcontrolsystemweremainlydiscussed。Throughthissystemthewindowcanbeopenedandclosedaccordingtotheuseneeds。ThisfunctioncanmakethewindowcloseandopeninanystateitcanbeusedsettingtimeandLightinteitytocontroltheautomaticopeningandclosingofwindows。Withalarmfunctionandtemperaturemeasurement。 Keywords  目录 摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1。1 选题的背景目的和意义 1 1。1。1 选题背景 1 1。1。2 选题目的和意义 2 1。2 国内外研究现状 2 1。3 本文研究内容 3 第2章 模块设计方案对比 5 2。1 单片机模块 5 2。1。1 方案一 5 2。1。2 方案二 5 2。2 显示模块 6 2。2。1 方案一 6 2。2。2 方案二 6 2。3 按键模块 6 2。3。1 方案一 5 2。3。2 方案二 5 2。4 时钟模块 6 2。4。1 方案一 5 2。4。2 方案二 5 2。5 温湿度采集模块 6 2。5。1 方案一 5 2。5。2 方案二 5 2。6 方案选择与结构设计 6 第3章 硬件的设计与分析 7 3。1 51单片机及相关电路 7 3。1。1 概述 5 3。2 液晶显示电路 7 3。2。1 工作原理 5 3。2。2 操作指令 5 3。3 按键模块电路 7 3。4 温湿度采集模块电路 10 3。4。1 工作原理 5 3。4。2 引脚说明 5 3。5 光感电路 10 3。6 步进电机控制电路 10 3。7 蜂鸣器报警电路 10 3。8 本章小结 10 第4章 程序设计与分析 11 4。1 主程序设计 11 4。2 子程序设计 11 3。4。1 显示程序 5 3。4。1 定时时钟程序 5 3。4。1 步进电机控制程序 5 3。4。1 光电开关报警程序 5 4。3 本章小结 11 第5章 系统的焊接和调试 13 5。1 电路板的焊接 13 5。2 软件调试 14 5。3 操作步骤 14 5。4 本章小结 14 结论 17 参考文献 18 致谢 19 附录1开题报告 21 附录2文献综述 23 附录3中期报告 25 附录4外文原文 27 附录5外文翻 29 绪论 选题的背景目的和意义 选题背景 当今是信息化的时代，互联网技术已经极度发达。在这个时代背景下，已经慢慢的走进人们的视线中的智能家居。将智能家居控制系统[13]定义为一个系统或者过程。通过使用先进的综合布线技术网络通信技术计算机技术，将与家居生活息息相关的各种子系统，有机地结合在一起，通过常规管理使家庭生活更加舒适，安全并且有效。在日常生活中，人们因为要为生活而忙碌，可能无法时刻去开关窗户，而单片机控制的自动窗户控制系统，既能解决每天手动开和关上窗户的不便，又显示出了生活的档次，同时还可以通过光线的变化来自动控制窗户的开关，达到调节室内的光线强度的目的，进一步地满足了人们的享受需求。 选题目的和意义 智能窗户控制系统的应用和推广具有重要的现实意义，人们的生活方式窗户控制系统单片机，窗户控制系统单片机控制的具有丰富的智能功能，为家庭用户一个高效的环境，带来了给人们日常生活。自动控制窗户系统又牵扯一大批产业，单片机控制的自动窗户产品面向家庭用户，设计中介绍了控制系统的软件设计硬件构成，最大可能满足不同人不同需求开闭。，系统在人们一般需求的设计开发外，供日后对控制系统的功能还提出解决，在考虑到简便性经济性的前提下系统的主要由两部分组成。硬件部分由各种实现单片机系统控制功能的接口电路以及单片机扩展的外围电路，软件部分各种程序组成主要由单片机系统实现其特定控制功能的。其应用市场是的，必将吸引各类企业，发展前景也是的，从而一大批产业的发展。 模块设计 单片机模块 方案一 可以运行各种复杂的逻辑功能的CPLD，还可编程逻辑器件用作控制器。其具有IO资源丰富而且容易于进行功能扩展大规模高密度小体积高稳定性的优点。系统的处理速度在并行输出和输入的使用中提高了，且适合作为控制核心给大型控制系统。但是，该系统对数据处理速度的要求不是很高，并且不需要复杂的逻辑功能。 方案二 51芯片可以用作控制核心。单片机具有强大的算术运算功能，灵活的软件编程和高度的自由度，可以使用软件编程来实现各种算法和逻辑控制，并且由于它的低功耗小体积成熟的技术和成本低等优点，它已被广泛的应用在各个领域。这样一来单片机就可以充分发挥其丰富的资源控制功能更强大位寻址操作功能更便捷和价格低廉等优点。51芯片具有强大的位操作指令，可以对IO端口进行按位寻址，而且程序空间多达8K，这对于本设计来说已经绰绰有余，更重要的是该芯片的价格非常便宜。 显示模块 2。2。1方案一 动态显示模块的硬件在使用动态显示方式时易于实现，间断扫描法功耗低硬件系统体积相对减小，硬件成本较低。位扫描和段扫描每个使用一个端口，总共需要14个微控制器端口， 2。2。2方案二 关于LCD方法的优点是直接与单片机接口并且可以硬件生产简单。它具有大量的屏幕内容，且具备低成本和低功耗的特点。在LCD1602显示32个字符时会使用LCD的亮度不足。 2。3按键模块 2。3。1方案一 矩阵式行列扫描方式的矩阵式键盘被采用时，缺点为加大编程难度且会电路复杂，优点是可降低占用单片机的IO口数目当按键较多时。 2。3。2方案二 在运用独立的按键电路时的缺点是当时，微控制器IO端口的数量就会增加，优点是电路设计简单。独立的按键电路，每个IO端口的工作状态不影响，一行IO接口，这种类型的键盘采用直接端口扫描。 程序时分秒。定时计数器提供秒信号，这种方法在时间上一定的错误。减少使用，降低了电路的复杂性节省了资金 2。4。2方案二 作为一种高精度的时钟芯片的DS1302芯片，可以自动计算年月周天小时分钟和秒。在存储区域中，功耗小于205到300nA，工作电压范围为5。5到2。5V，用于制作时钟时一般用DS1302时钟芯片。但电路连接更为复杂。 2。5温湿度采集模块 2。5。1方案一 DS18B20用于测量实际温度，由STC89C52微控制器和DS18B20数字温度计构成的温度测量设备能够直接发出温度的数字信号可直接与计算机连接通信。使用单总线数据输送是DS18B20的主要功能之一。 湿度采集模块使用对湿度敏感的元件，湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境的湿度时，必须将对湿气敏感的元件暴露于环境中以进行长期测试，该测试极易被污染并影响其测量精度和长期稳定性。 2。5。2方案二 DHT11温度和湿度传感器用于收集温度和湿度信息，每个DHT11湿度和温度传感器均校检于极为精准的湿度校准室中。单电缆串行接口能够使集成系统变得更加简单并且快速。将这些校准系数调用到传感器而且以程序的形式储存在OTP存储器中在校准系数处理检测信号期间。超低的功耗和极小尺寸使它成为在一些严苛应用中的最佳选择。而且该产品是一个4针单排针组，便于连接。DHT11数字湿度和温度传感器是一种复合湿度和温度传感器。该产品具有性价比很高抗干扰能力强相对快速质量良好等优点，含括已经校准好的数字信号输出。该传感器包含一个NTC温度测量元件和一个电阻式湿度传感器元件，并和高性能的8位微控制器相连接。它采用了温湿度检测技术和专用的数字模块采集技术来保证产品能够具备超强的长期稳定性和可靠性。 2。6方案选择与结构设计 该系统的总体设计方案要满足可实现性和经济适用性，根据上述方案的对比，和综合性的考虑，MCU模块采用51单片机，液晶屏模块采用LCD1602，按键采用独立按键，时钟模块采用单片机自带时钟，温湿度采集模块则使用DTH11温湿度传感器，还包括数模ADC0832转换模块电源模块蜂鸣器模块电机模块和GSM短信报警模块，利用Proteus[10]对电路原理图进行绘制。系统电路图如21所示。 手动和自动两种模式是智能窗户更加人性化的体现，这两个模式的综合运用会让用户得到更好的生活体验。手动模式可以让客户根据自己的需求随时的开关窗，自动模式则是根据检测光照值是否达到用户设定的光照值时间等条件进行自动的开关窗。 图21系统电路图 硬件的设计与分析 51单片机及相关电路 概述 SingleChipMicrocomputer是单片机[11]的起源，又被简称为SCM，其主要功能包括运算以及控制，因此，单片机又称作嵌入式微控制器。其在智能仪器与设备现代工业控制领域智能终端设备领域以及民用家用电器等众多领域得到全面的应用。STC89C51MCU学习板是基于8位MCU处理芯片的系统，STC系列MCU是美国STC公司发布的一种51内核单片机，它包含Flash程序存储器A\D和其他模块。该设备的基本功能与普通的51单片机完全兼容。下图为单片机管脚分布图。 图31MCU管脚分布图 部分引脚说明， ，1，时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTSL1引脚，这是振荡反相放大器和内部时钟发生器的输入端，连接外部晶体和微调电容的另一端，使用外部时钟时，该引脚必须接地。 XTAL2引脚，振荡电路频率由于振荡反向放大器输出端而与晶体固有频率保持相同，若发生外部时钟电路需求，必须向引脚区域输入外部时钟脉冲。 控制信号引脚TPSENEA和ALE T引脚，复位输入的一端，T是复位信号的输入端子，有效电平为高电平，当T引脚出现两个以上高电平周期时，单片机将会重启。该引脚还具有另一功能，就是为RAM提供所需要的备用电源，以保证存储在其中的数据不会发生丢失及损坏的现象，只需要在进行重启操作后便恢复正常工作水平。 PSEN引脚，作为主程序中稳定信号端子稳定输出的部分，端子会在对片外程序存储器访问的过程中，定期产生负脉冲，因此产生选通信号，以便于读取片外存储器的信息。 EA引脚，其允许固件编程电压输入，并且能够输入外部程序存储器地址。高电平若与EA引脚进行连接，芯片中的EPROMOM只能允许CPU访问，并对内部存储器指令进行执行，然而，程序计数器数值若远超OFFFH平均数值，芯片外程序存储器自动运行程式将发生于内部程序运转过程中。并且，若低电平与EA引脚输入信号向连接，不管芯片上是否存在相应的程序存储器，外部存储器命令与CPU访问外部EPROMOM操作将会同时进行。此引脚的第二个特色能力为VPP，常用于8751芯片，EPROM被当做输入端子，其主要能力是固化编程期间施加相对较高的编程电压。 引脚ALE，这是地址锁定使能信号端子，微控制器加电并有序运转后，稳定正脉冲信号将从ALE引脚进行输出。通常来说，振荡器信号频率的六分之一就是该信号端子的频率。当CPU在没有芯片的情况下访问存储器时，ALE输出信号将用作控制信号以阻止低8位地址。当不在芯片外访问存储器时，ALE端子还将发送正脉冲信号，其振荡频率仅为六分之一。因此，在外部输出和作定时所采用的稳定信号可以选取ALE信号。在对8751编程过程中，可以采用4KB的EPROM芯片，而该引脚输入编程脉冲通过功能PROG得以实现。 输入输出端口P0P1P2P3 组合的8位开漏型的双向IO端口构成端口P0，P0端口，其具体含义为地址数据总线复用端口系统。当起输出端口功能时，每个单独的位均能够实现通过吸收电流来调控这8个TTL逻辑门电路的功能，若输入口为PO端口，应先向端口锁存器写入全1，使得PO端口引脚保持浮空状态，进而使高阻抗输入任务更高效运行，若访问操作发行与程序与外部数据存储器，端口先的数据总线复位以及低八位地址进行分时转换操作，以确保在访问的有效时间内，其内部端口上拉电阻P0处于正常工作状态。 端口P1，P1端口是具有内部上拉电阻的8位型准双向IO端口的组合端口。一般地，P1端口的输出缓冲级可以同时进行四个LS型TTL负载处理的任务。除此之外，在P1端口作为输入口时，必须向P1端口锁存地址(90H)写入全1。基于此条件，由于受到内部上拉电阻的影响，P1端口引脚将恢复至高电平状态。由于受到内部独立上拉电阻影响，若将其作为输入端口，任一引脚发生削弱外部信号的问题，就会产生一个电流。 端口P2，作为一个8位型准双向IO组合端口，同时涵盖了内部上拉电阻。任一P端口都能够对4个LS型TTL负载进行同时处理。此外，当不进行芯片访问EPROMAM操作时，它将生成前8个地址位。 端口P3，作为一个8位型准双向IO组合端口，同时涵盖了内部上拉电阻。任一P3端口都能够对4个LS型TTL负载进行同时处理。除此之外，P3端口与其他IO端口差异性较大，其的引脚都具备用于串行数据接接受的附加功能， P3。0，P3。1，接收并输出串行数据。 br...
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