基于單片機的自動開關(guān)窗設計畢業(yè)設計

1、畢業(yè)設計 題 目： 基于單片機的自動開關(guān)窗設計 姓名： xxx 專業(yè)： 電子信息工程 班級： 電信n09 學 號： 20094567942 指導教師： xxxx 導師職稱： 年 月 日 3誠 信 聲 明我聲明，所呈交的論文是本人在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得或其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。我承諾，論文中的所有內(nèi)容均真實、可信。 論文作者簽名： 簽名日期： 年 月 日授 權(quán) 聲 明 學校有權(quán)保留送論文交的原件，允許論文被查閱和借閱，學校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，可

2、以影印、縮印或其他復制手段保存論文，學校必須嚴格按照授權(quán)對論文進行處理，不得超越授權(quán)對論文進行任意處置。論文作者簽名： 簽名日期： 年 月 日基于單片機的自動開關(guān)窗設計摘 要隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，更多改善人們生活環(huán)境和提高生活質(zhì)量的高科技產(chǎn)品將會進入了人們的日常生活。同時，科技的進步帶動了社會的快速發(fā)展，使得人們的生活節(jié)奏也加快了，在快節(jié)奏的生活下人們總會因各種各樣的原因忘記一些瑣事，因此智能化的家具是社會發(fā)展必然的選擇。目前家庭中的許多電器都已被貼上看智能化的標簽，例如熱水器、洗衣機、空調(diào)等，為提高人們的生活質(zhì)量做出了貢獻。但讓人感到遺憾的是家庭生活中重要的組成部分窗戶，卻遲遲沒有跟上社會

3、快速發(fā)展的步伐?，F(xiàn)在應用最廣泛的窗戶采用的任然是最原始的人工關(guān)閉的方式，不具備自動防雨、防霧等人性化的功能。本次設計的自動開關(guān)窗戶系統(tǒng)能通過其數(shù)據(jù)檢測傳感電路不斷循環(huán)檢測室外濕度及煙霧濃度，當室外濕度達到一定時（下雨時）窗戶自動關(guān)閉，防止潮濕空氣或雨水進入房間；當室外煙霧達到一定值時窗戶自動關(guān)閉。 關(guān)鍵詞：單片機，自動窗，傳感器microcontroller-based automatic switch window designabstract with the rapid development of science and technology, more to improve peop

4、les living environment and high-tech products will improve the quality of life into the daily lives of people. at the same time, the advancement of technology has led to the rapid development of society, so people also accelerated the pace of life in the fast-paced life, there will always be due to

5、a variety of reasons to forget some of the chores, intelligent furniture is the inevitable choice for social development. many electrical appliances in the family have been affixed point of view intelligent labels, such as water heaters, washing machines, air conditioning, to make a contribution to

6、improve peoples quality of life. it is regrettable that important parts of family life - windows, have been slow to keep up with the rapid pace of development of the community. is the most primitive to the most widely used windows any contingent - artificial closed, do not have automatic rain, fog a

7、nd other user-friendly features. the design of the automatic switch windows system through its data detection sensor circuit continuous cycle detection outdoor humidity and smoke concentration, when the outdoor humidity reaches a certain time (when it rains) windows automatically shut down to preven

8、t moist air or rain to enter the room; when the out door smoke windows closed automatically when a certain value is reached.keywords: mcu, automatic window, sensor目錄摘 要iiiabstractiii1 緒論11.1課題的背景11.2課題的意義11.3自動窗發(fā)展現(xiàn)狀12設計的任務與特點32.1本設計的主要任務32.2本設計的特點33 自動窗的構(gòu)成及各模塊43.1 自動窗的構(gòu)成43.2單片機43.3步進電機及其驅(qū)動83.4 dht11

9、傳感器93.5 mq-2煙霧傳感器103.6 adc0832113.7 lcd1602液晶顯示114 軟件設計124.1 主程序流程圖124.2 各部分子程序134.2.1 濕度檢測134.2.2 lcd1602顯示145系統(tǒng)組裝及調(diào)試165.1組裝步驟165.2 整體原理圖165.3 元器件清單165.4焊接及注意事項175.4.1焊接前處理175.4.2 焊接17結(jié)束語17參考文獻18附錄20附錄1 系統(tǒng)仿真圖20附錄2 焊接圖21附錄3 程序2139基于單片機的自動開關(guān)窗設計1 緒論1.1課題的背景我國的改革開放，經(jīng)濟的飛速發(fā)展，使得人們物質(zhì)生活水平不斷提高，人們對生活中各種用品的要求也

10、越來越高，例如不僅希望擁有舒適、溫馨的住所和汽車，而且對其安全性、智能性等方面也提出了更高的要求?，F(xiàn)在的自動控制系統(tǒng)已經(jīng)為我們的生活提供許多便利，在生活的各方面，人們迫切的需要一種智能的家庭自動開關(guān)窗系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同的天氣進行開關(guān)工作，例如在下雨或起霧時，能夠自動識別，實現(xiàn)自動關(guān)窗行為，以便人們能更好的工作學習，與此同時也保證了生活的舒適性和財產(chǎn)的安全性。于是在社會各階層中，各種場所中智能窗系統(tǒng)的開發(fā)和制作日益被科研單位和生產(chǎn)廠家所重視?，F(xiàn)在市場上也出現(xiàn)了各種各樣的自動開關(guān)窗，但多由于其可靠性差、造價高或使用復雜而難以推廣。隨著電子通訊技術(shù)的快速發(fā)展，單片機以其具有價格低、體積小、集成度高、

11、性價比高等優(yōu)點已在工業(yè)控制、智能儀表、數(shù)據(jù)采集以及各種家用電器等方面得到了廣泛應用。1.2課題的意義隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展和人民生活水平的逐漸提高， 人們更加重視生活環(huán)境是否較好室內(nèi)的空氣是否清新，時常的開窗通風換氣也成為人們共同的生活習慣. 可是在當今較快的生活節(jié)奏中，人們經(jīng)常會忘記關(guān)窗，一旦逢刮風下雨，便開始擔心，這嚴重影響正常的工作和學習。 現(xiàn)在市場上的自動關(guān)窗裝置固然品種功能多樣，但主要應用在一些較為高檔建筑和各種公共場所，并且主要的都是和窗框一起定制，費用比較高與此同時不管是老的還是新建的住房事先安裝的基本都是手動推拉窗，基本沒有人愿意把已安裝好的窗戶拆掉，更換成多功能自動窗。 綜上

12、所述，本課題希望開發(fā)一種在普通窗戶的基礎(chǔ)上改進的自動關(guān)窗裝置，該裝置裝有濕度傳感器，煙霧傳感器，每當下雨或出現(xiàn)較濃的霧時，窗戶便自動關(guān)閉， 解除用戶的后顧之憂，讓生活變得更加美好。1.3自動窗發(fā)展現(xiàn)狀一種能使室內(nèi)冬暖夏涼，又不影響光照亮度的“智能窗戶”，最近由美國伯克利勞倫斯國家實驗所研發(fā)成功。住進這種房屋，即使你沒有安裝空調(diào)，也不會在炎夏熱得汗流浹背，在嚴冬凍得瑟瑟發(fā)抖了。 智能窗戶的關(guān)鍵，是使用了一種合成的氧化銦錫納米晶體新材料。這種材料既能作為涂層涂于窗戶玻璃表面，也可作為液體溶劑注入窗戶雙層玻璃的夾層之中。這種納米晶體對光和熱的傳播，可以通過電壓來調(diào)節(jié)：在嚴寒天氣，可見光和近紅外光都可

13、以通過，從而使熱量進入房間；而在酷暑季節(jié)，施加微弱電流可使窗戶依然能夠傳播可見光，卻會阻擋近紅外光，從而避免太陽的熱量進入房間。此外，錫還另外帶有電荷，當施加電壓時，納米晶體里電子的密度會發(fā)生改變，從而使得所吸收的紅外光的量也隨之改變，于是房間始終保持適宜的溫度。 與此有異曲同工之妙的，是英國工程師弗雷德里克麥基發(fā)明的一種全部由雙層玻璃構(gòu)成的智能窗戶。玻璃夾層中充滿水而不是空氣。溶于水中的一種化學物質(zhì)，能將陽光中的紅外線能量和熱量吸收掉，但不影響可見光的通過。玻璃夾層中的水是通過一臺熱交換器循環(huán)的。熱交換器可以使水中的熱量存儲起來，也可以使之冷卻，以便根據(jù)室外氣溫的變化，合理地加以利用。據(jù)介紹

14、，這樣動態(tài)性地改變紅外光和熱量的吸收，是一項重大技術(shù)創(chuàng)新。上述新型智能窗戶的問世，不僅能夠使居住者感到十分舒適，而且可以減少普通窗戶帶來的能耗和花費僅就美國建筑業(yè)而言，這筆花費每年大約為400億美元。 韓國研究人員研制出一種新型智能窗戶，窗玻璃能根據(jù)室外溫度不同變黑或變透明，起到隔絕熱量或增加室內(nèi)光線的作用。研究團隊在美國化學學會主辦的雜志中說，這種智能窗戶有助節(jié)省能源。該智能窗戶由韓國電子技術(shù)研究所的林浩蘇和崇實大學的曹鄭浩、金株勇共同研制。研究人員說，這種智能窗戶可以在“夏季模式”與“冬季模式”間自由轉(zhuǎn)換。夏季室外溫度高，智能窗戶會變暗，以“反射大部份太陽光，防止建筑內(nèi)部受陽光照射而過熱”

15、;冬季室外溫度低，智能窗戶的玻璃會變得透明，以接收太陽帶來的免費熱量，“通過吸收太陽能，讓房間保持溫暖”。智能窗戶由完全不透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變成幾乎完全透明狀態(tài)用時很短，只需要幾秒鐘時間。智能窗戶應用范圍廣，寫字樓和住宅樓均能使用。英國材料專家斯蒂芬莫里斯說，如果新型智能窗戶真能迅速在不透明和透明之間轉(zhuǎn)換，那么它將為能源節(jié)約帶來福音?！斑@將意味著，光線能更快進入室內(nèi)，這會減少房子的熱量損失或者夏天時讓房間更涼爽，”莫里斯說。2設計的任務與特點2.1本設計的主要任務對自動窗戶功能進行設計，相應的硬件和系統(tǒng)軟件設計，并做出控制系統(tǒng)，從而達到設計的目的：能夠顯示設定值與當前值；當室外濕度和煙霧值大于設定值時

16、，通過電機的動作實現(xiàn)關(guān)窗;當小于設定值時實現(xiàn)開窗；按鍵可以對設定值進行調(diào)整，同時也可實現(xiàn)手動開關(guān)窗戶。2.2本設計的特點本系統(tǒng)主要由多個傳感器的傳感信號處理器芯片和單片機at89c52、電機驅(qū)動芯片以及顯示電路等組成，具有以下特點：可靠性高：高可靠性是系統(tǒng)應用的前提。在系統(tǒng)設計的每一個環(huán)節(jié)，都應該將高可靠性作為首要的設計準則，系統(tǒng)一旦失去了可靠性也就失去了產(chǎn)品的生命力。因此，針對系統(tǒng)在具體使用過程中可能存在的情況根據(jù)理論原理對系統(tǒng)的設計方案深刻論證嚴格把關(guān)。性能價格比高：此自動關(guān)窗系統(tǒng)具有體積小、速度快、功耗低等特點，并且集成了豐富的硬件資源，具有很高性價比。在設計硬件時，盡量地做到簡化設計，

17、減少元器件的使用數(shù)量，提高復用度。功能完備，操作簡便，高度人性化：強大、完備的功能將受到更多用戶的歡迎，顯著增加產(chǎn)品在市場上的競爭力。實現(xiàn)功能完備的同時，系統(tǒng)的操作使用上，盡量做到簡單、方便，高度的人性化。比如說設防時只需要撥動一個按鍵就可以，系統(tǒng)狀態(tài)全面直觀，一目了然。模塊化設計：根據(jù)本系統(tǒng)是用于自動關(guān)窗的這一應用目的，系統(tǒng)盡量使用模塊化設計，實現(xiàn)模塊化積木式組合與拆分的功能，便于以后的升級換代，減少二次投資，可以滿足家庭使用的重要性和復雜度以及使用對象對功能和價格的選擇。3 自動窗的構(gòu)成及各模塊3.1 自動窗的構(gòu)成本控制系統(tǒng)主要由 at89c52 單片機組成的中央控制器，驅(qū)動電路，濕度傳感

18、器，煙霧傳感器，1602顯示電路， 數(shù)據(jù)檢測電路等組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3.1所示。 中央控制器驅(qū)動器驅(qū)動器驅(qū)動器步進電機煙霧傳感器濕度傳感器顯示電路檢測電路圖 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.2單片機89c52是一個低電壓，高性能cmos 8位單芯片微型計算機，包含了8k 字節(jié)的可反復擦寫的閃速只讀程序存儲器和256 字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），它采用atmel公司的高密度、非揮發(fā)性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與工業(yè) 80c51 單芯片微型計算機的指令與引腳完全兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器和閃速存儲單元，89c52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。 89c52主要功能特性1) 兼容mcs51指令系統(tǒng)2

19、) 8kb可反復擦寫閃速只讀存儲器；3) 32個雙向的i/o口；4) 256x8比特內(nèi)部隨機存儲器；5) 有3個16位的可編程定時/計數(shù)器中斷；6） 時鐘頻率0-24兆赫茲；7） 2個串行中斷，可編程uart串行通道；8） 2個外部的中斷源，共8個中斷源；9） 2個讀寫中斷口線，3級加密位；10）有低功耗空閑狀態(tài)和掉電模式，能將軟件設置成睡眠狀態(tài)并能將其喚醒；11）有pdip、pqfp、tqfp及plcc等幾種封裝形式，以便能夠適應不同產(chǎn)品的需求。 89c52管腳功能及管腳電壓管腳圖如圖3.2所示：圖3.2 at89c52管腳功能及管腳電壓管腳圖89c52為8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的c

20、51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的89c51 相同，其主要用于會聚調(diào)整功能的控制。其特點包括主ic的內(nèi)部寄存器，ram和外部接口的初始化數(shù)據(jù)融合，收斂調(diào)節(jié)控制，收斂測試圖控制，紅外遙控信號的接收和解碼和紅外主板和cpu通信的功能組件。其主要管腳有：xtal1（19 腳）和xtal2（18 腳）為專門為產(chǎn)生時鐘振蕩信號設立端口，外接12兆赫茲晶振。rst/vpd（9 腳）為引導內(nèi)部復位輸入端口，在外部與電阻電容組成復位電路。vcc（40 腳）和vss（20 腳）為電源端口，分別接+5v電源和接地。p0p3 為可編程的通用i/o 腳，其功能用途由軟件定義，在本次設計中，p0 端口（3239

21、腳）和p2 端口（2128 腳）被定義為1602顯示器的功能實現(xiàn)控制端口，分別與1602顯示器相應的功能管腳相連，1013 腳定義為按鍵輸入端， 12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號的功能端口，連接主板單片機的相應功能端，用于檢測當前制式，會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。p0 口是一組8 位漏極開路型雙向i/o 口， 也即地址/數(shù)據(jù)的總線復用口。當其作為輸出口時，每位驅(qū)動8 個雙極型邏輯集成電路，對其 寫“1”時，可當做高阻抗輸入端來使用。在訪問外部的數(shù)據(jù)或者程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問的這段時間內(nèi)啟動內(nèi)部上拉電阻。在flash 編程時，p0 口接收指

22、令字節(jié)，而在程序校正檢驗時，輸出指令字節(jié)，校正檢驗時，要求外接電阻并上拉。p1 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向通行的i/o 口， p1輸出的緩沖級可以驅(qū)動（即吸收或輸出電流）4 個雙極型邏輯集成電路。對其寫“1”，通過內(nèi)部自帶的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可作輸入口。當作輸入口使用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，當某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(iil)。與89c51 不同的是，p1.0 和p1.1 還可以分別當做定時/計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和輸入（p1.1/t2ex）見表3.1，在閃存編程和程序校正檢驗期間，p1 接收低8 位的地址。端口引腳第二功能p1.0t2(定

23、時/計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入)，時鐘輸出p1.1t2ex(定時/計數(shù)2捕獲/重裝載觸發(fā)和方向控制)表3.1 p1第二功能表p2 是內(nèi)部含有上拉電阻的8 位雙向通行的i/o 口，p2輸出的緩沖級可以驅(qū)動（即吸收或輸出電流）4 個雙極型邏輯集成電路。對其寫“1”，通過自帶的上拉電阻將端口拉到高電平，這時可將其作輸入口，當作為輸入口來使用時，因為內(nèi)部有上拉電阻，當外部信號引腳被拉低時會輸出一個電流(iil)。在訪問外部的程序memory或16 位地址的外部數(shù)據(jù)memory時，p2 口送出高8 位的地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部的數(shù)據(jù)存儲器（如實現(xiàn)movx ri 指令）時，p2 口輸出p2 鎖存器中

24、的內(nèi)容。在flash 編程或校驗時，p2則接收高位地址和一些控制信號。p3 是擁有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口。p3 輸出的緩沖級可以驅(qū)動4 個雙極型邏輯集成電路。對其寫入“1”時，通過內(nèi)部上拉電阻拉將電平變成高電平并可作為輸入端口。這時，被外部器件拉低電平的p3 口將用內(nèi)部上拉電阻來輸出電流（iil）。p3 口除了作為普通的i/o 口線外，更重要的是它的第二作用見表3.2，p3 口還可以接收一些用于閃速存儲器編程和程序校正檢驗的控制信號。端口引腳 第二功能p3.0rxd(串行輸入)p3.1txd(串行輸出)p3.2int0(外部中斷0)p3.3int1(外部中斷1)p3.4t0(定時/

25、計數(shù)器0外部輸入)p3.5t1(定時/計數(shù)器1外部輸入)p3.6wr(外部的數(shù)據(jù)memory寫選通)p3.7rd(外部的數(shù)據(jù)memory讀選通)表3.2 p3口第二功能表rst 復位輸入端口。在振蕩器進行工作時，只要rst引腳出現(xiàn)兩個及以上機器周期的高電平就將單片機復位。ale/prog 當訪問外部的程序memory或者數(shù)據(jù)memory時，ale輸出的脈沖信號就用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。通常情況下，ale以時鐘的振蕩頻率的1/6固定的輸出脈沖信號，因此它可用于對外輸出時鐘信號或用于定時。特別注意的是：每當在訪問外部數(shù)據(jù)memory時將會跳過一個ale 脈沖。對閃存存儲器編程期間，這個引腳還被

26、當做輸入編程的脈沖（prog）。如果有必要，可以通過對sfr區(qū)中的8eh 單元的d0 位進行置位，可禁止ale 進行操作。這個位置位以后，只有一條movx 指令和movc指令才能夠?qū)le 啟動。另外，這個引腳會被稍微拉高，在單片機執(zhí)行外部的程序時，應該將ale 禁止位設置為無效。psen 程序儲存使能（psen）輸出是外部程序存儲器的讀選通脈沖信號，當at89c52 由外部程序memory取指令（或數(shù)據(jù)）時，在一個機器周期中psen 有兩次是有效的，即輸出兩個脈沖信號。與此同時，當訪問外部數(shù)據(jù)memory，就會跳過兩次psen脈沖信號。ea/vpp 外部訪問允許。如果想要使cpu 只是訪問外

27、部的程序存儲器（地址為0000hffffh），那么ea 端必須為低電平（接地）。如ea端接vcc端，cpu 就會執(zhí)行內(nèi)部程序memory中的指令。閃存存儲器編程時，該引腳加上+12v 的編程允許電源vpp，當然這必須是該器件是使用12v 編程電壓vpp。xtal1 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2 振蕩器反相放大器的輸出端。在at89c52 片內(nèi)memory中，80h-ffh 的共128 個單元是sfr并不是所有的地址都被定義，從80hffh只有一小部分是被定義的，還有一部分并沒有被定義。對于那些沒有被定義的單元進行讀寫操作是無效的，不僅讀出的數(shù)據(jù)是不確定的，而且寫入的數(shù)

28、據(jù)也將被丟失。這些地址單元在將來的使用中可能會有新的功能，在這種情況下，復位后這些地址單元中數(shù)據(jù)總是為“0”。at89c52 有256 個bit的內(nèi)部ram，80h-ffh 高128 個bit與sfr地址是相同的，但物理上它們是獨立的。當一條指令訪問的地址為7fh 以上的內(nèi)部單元時，指令中所用到的尋址方式是有區(qū)別的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高128 字節(jié)ram 還是訪問sfr。定時器0和定時器1：at89c52的定時器0和定時器1 的工作方式與at89c51 相同。3.3步進電機及其驅(qū)動 借助單片機at89c51實現(xiàn)對四相步進電機的控制時，需要通過單片機的i/o端口輸出具有一定時序的方波信號作為

29、步進電機的控制信號，但如果只是靠這個ttl電平還是不能直接驅(qū)動電機。如果想用74ls373對電機進行驅(qū)動，那么必須要有許多寄存器的配合才能夠驅(qū)動電機，因此考慮使用uln2003芯片來驅(qū)動步進電機。uln2003是一種高電壓、大電流的達林頓陳晶體管。每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7k的基極電阻，在5v工作電壓下與ttl和cmos電路直接相連，可以直接處理需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。uln2003的灌電路可達500ma，并且在關(guān)態(tài)是能夠承受50v的電壓，可在高負載電流下并行輸出運行。電機驅(qū)動的關(guān)鍵要點就是準確控制電機旋轉(zhuǎn)的角度。在進行程序設計時需要根據(jù)系統(tǒng)中各傳感器檢測的信息判斷電機方向，以更好的

30、起動相應的所需要轉(zhuǎn)動方向子程序。正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制程序根據(jù)控制脈沖序列的要求，使用相應的系統(tǒng)模型，并確定是否大幅度轉(zhuǎn)向，使用改變脈沖寬度的方式來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。在應用程序的設計中將電機的控制方法形成控制模型，并將該模型用數(shù)據(jù)表形式保存在程序存儲器中，這樣程序在使用過程就能直接使用。一般都是用邏輯電路來對步進電機進行脈沖控制，單片機控制電機時，電機的運行方式、方向及轉(zhuǎn)速通?？梢酝ㄟ^編寫相應的程序由i /o口輸出脈沖信號來決定。為了能夠提高電機轉(zhuǎn)動角度的準確性，采用減速比為1: 9 0的減速齒輪構(gòu)成的傳動機構(gòu)，也就是當角度改變90時，外部所能看到到的設備才轉(zhuǎn)動1。對四相步進電機驅(qū)動的程序設置按八拍工作

31、方式進行設置，按照流程圖分別設置各個子程序，然后根據(jù)不同情況分別調(diào)用。圖3.3 電機驅(qū)動原理圖3.4 dht11傳感器dht11數(shù)字溫濕度傳感器是一款復合傳感器。它利用特殊的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，以保證其具有較高的可靠性與優(yōu)異的長久穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個ntc測溫元件。因此該傳感器具有優(yōu)良的品質(zhì)、響應速度快、較強的抗干擾能力、成本低性能好等優(yōu)點。采用單總線串行接口，使系統(tǒng)變得簡便而快捷。超小的體積、極低的功耗，具有20米以上的傳輸能力，使其成為普通的應用乃至最為苛刻的應用中最佳的選擇。產(chǎn)品采用 4 針單排的引腳封裝形式，在使用中方便連接，其管腳如表3.3所示。管

32、腳名稱功能1vdd供電 35.5vdc2data串行數(shù)據(jù)，單總線3nc空腳，請懸空4gnd接地，電源負極表3.3 dht11管腳表dht11采用的電源為35.5v。傳感器在得電后，要等待 1s 以達到穩(wěn)定的狀態(tài)。電源（vdd，gnd）之間可利用一個100nf 的電容，用以去耦濾波。 data 用于中央處理器與 dht11之間的信息傳送和通訊,一次通訊周期4ms左右,數(shù)據(jù)由小數(shù)部分和整數(shù)部分兩部分組成,具體傳送格式如下說明.操作流程如下:一次完整的數(shù)據(jù)總長度為40字節(jié),高位數(shù)據(jù)先出。數(shù)據(jù)格式:8字節(jié)濕度整數(shù)部分數(shù)據(jù)+8字節(jié)濕度小數(shù)部分數(shù)據(jù)+8字節(jié)溫度整數(shù)部分數(shù)據(jù)+8字節(jié)溫度小數(shù)部分數(shù)據(jù)+8字節(jié)的

33、校正檢驗和。正確的數(shù)據(jù)它的校驗和數(shù)據(jù)等于“8字節(jié)濕度整數(shù)部分數(shù)據(jù)+8字節(jié)濕度小數(shù)部分數(shù)據(jù)+8字節(jié)溫度整數(shù)部分數(shù)據(jù)+8字節(jié)溫度小數(shù)部分數(shù)據(jù)”的結(jié)果的最后8位。用戶單片機發(fā)出一次啟動指令后,dht11將從低耗能狀態(tài)變換成高速狀態(tài),當單片機的啟動指令結(jié)束后,dht11發(fā)送出響應信號,送出40字節(jié)的數(shù)據(jù),并進行一次信號的采集.此狀態(tài)下,dht11只有在接收到啟動信號時才會進行一次溫濕度的采集工作,如果沒有接收到信號,dht11不會主動進行數(shù)據(jù)的采集.采集數(shù)據(jù)后自動轉(zhuǎn)換到低速狀態(tài)。3.5 mq-2煙霧傳感器mq-2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率較低的sno2。當放置傳感器環(huán)境的空氣中含有

34、可燃氣體時，傳感器的導電率將會跟隨空氣中所含有的可燃氣體濃度的變化而變化。這種氣體傳感器可以測出多種危險氣體，是一中符合不同場所應用的成本低效果理想的傳感器，其基本測試電路如圖3.4所示。 圖3.4 煙霧傳感器測試電路圖該傳感器的電壓有加熱電壓（vh）和工作電壓（vc）兩部分組成。其中 vh用于對傳感器進行加熱使其能夠正常的工作。而vc是作用于檢測與其串聯(lián)的外部電阻（rl）上的電壓（vrl）。這種傳感器具有一定的極性， vc只能使用直流電源供電。為了使傳感器能的各項性能更好，需要選擇恰當?shù)膔l值。 3.6 adc0832adc0832 是一種 8 位分辨率、雙通道 a/d 轉(zhuǎn)換芯片。由于它具有

35、較小的體積， 兼容性強，成本低性能好而受到普遍的歡迎。學習并使用 adc0832 可是使我們了解 a/d 轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機技術(shù)水平的提高。0832 為 8 位分辨率 a/d 轉(zhuǎn)換芯片，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。芯片a/d的轉(zhuǎn)換時間僅為 32s，通過雙輸出數(shù)據(jù)檢驗，以減少轉(zhuǎn)換過程中數(shù)據(jù)誤差。它的使能輸入端是獨立的，使多個器件的連接和中央處理器的控制更加便捷。通常情況下 adc0832 有4根數(shù)據(jù)線與單片機的接口相連接。當adc0832 處于空閑時其 cs 輸入端應該是高電平狀態(tài)，在這種情況下芯片被禁止使用，其它腳的電平可以任意。在將要進行 a/d 轉(zhuǎn)換時，須先將 cs 使能端的

36、電平變?yōu)榈投乙恢本S持這種低電平狀態(tài)等到轉(zhuǎn)換完全才可改變。這種狀態(tài)下芯片開始了模數(shù)轉(zhuǎn)換工作，與此同時由中央處理器向轉(zhuǎn)換芯片時鐘輸入端 clk 輸入時鐘脈沖，do/di 端則使用 di 端輸入通道功 能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 di 端必須是高電平，表示啟始信號。在第 2、3 個脈沖下沉之前 di 端應輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。 3.7 lcd1602液晶顯示1602液晶顯示，它是一種專門用來顯示簡單數(shù)據(jù)的點陣型液晶模塊。它由若干個5x7或者5x11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間

37、距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形（用自定義cgram，顯示效果也不好）。1602lcd是指顯示的內(nèi)容為16x2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于hd44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于hd44780寫的控制程序可以很方便地應用于市面上大部分的字符型液晶，管腳如圖3.5所示。 圖3.5 1602管腳圖1602的管腳功能如下：第1腳：vss為接地端。第2腳：vcc為+5v電源端。第3腳：v0用來調(diào)節(jié)對比度，為了更好的顯示字符可以連接一個10k的滑動變阻器來進行對比度的調(diào)節(jié)。第4腳：rs=1是使用數(shù)據(jù)寄存器，rs=

38、0時就選擇指令寄存器第5腳：rw為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。第6腳：e(或en)端為使能端,高電平（1）時讀取信息，負跳變時執(zhí)行指令。第714腳：d0d7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第1516腳：或空腳背景電源。15腳背光正極，16腳背光負極。4 軟件設計4.1 主程序流程圖本系統(tǒng)的單片機使用了atmel公司的低功耗單片機stc89c52。主程序中僅完成了系統(tǒng)的初始化和開始的顯示部分，然后就進入待機模式。當產(chǎn)生中斷時，單片機被喚醒并執(zhí)行相應的中斷服務子程序，從中斷子程序返回后，系統(tǒng)又進入到待機模式。整個程序的設計使系統(tǒng)在絕大多數(shù)時間都處于最低功耗狀態(tài)。整個系統(tǒng)軟件需

39、要對溫度傳感器dht11、mq-2煙霧傳感器、窗戶控制系統(tǒng)進行管理。溫度傳感器dht11為數(shù)字式溫度傳感器，直接與單片機的串口連接來讀取溫度，mq-2煙霧傳感器需要通過adc0832轉(zhuǎn)換芯片與單片機連接。以上所有模塊均在主程序中完成初始化過程，系統(tǒng)流程圖如圖4.1所示。大于設定值開始結(jié)束ny系統(tǒng)初始化中斷初始化傳感器數(shù)據(jù)讀取處理 圖4.1 主程序流程圖4.2 各部分子程序4.2.1 濕度檢測dht11子程序是結(jié)合它的用戶使用資料編寫，主要完成的是初始化dht11，從dht11中讀出一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，向dht11中寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，配置dht11包括警報濕度上限和下限、濕度轉(zhuǎn)換的精度，讀出scr

40、achpad存儲器中的九個字節(jié)的數(shù)據(jù)，讀出rom中的64位code值，對讀出的scrachpad數(shù)據(jù)進行crc校驗，然后根據(jù)讀出的數(shù)據(jù)得到測量出的十進制溫度值，流程圖如圖4.2所示。rom指令讀取溫濕度y儲存溫度ncrc校驗開始結(jié)束圖4.2溫度讀取流程圖dht11數(shù)據(jù)的crc校驗。為了解決單總線串行傳輸數(shù)據(jù)可能引起的錯誤，dht11內(nèi)部具有產(chǎn)生crc校驗碼電路，這樣編程時可以通過對讀出的數(shù)據(jù)進行crc校驗碼，并用這個校驗碼和獲得的數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)比較，若兩者相同則證明數(shù)據(jù)傳送沒有錯誤，從而驗證通信過程中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，使采集溫度信號的可靠性得到保證。 crc檢驗的求法。m為一個k位長的信息

41、幀。p為n+1位預先確定的用來生成校驗碼的二進制序列其最高位和最低位必須為1，ds18b20中使用的序列為：p 1 0011 0001。f為位fcs，即校驗碼序列。t為k位被傳輸?shù)膸?。因為f是接在m信息幀之后的，因此t=m 2 n (2 n 為2的n次方)中，m 2 相當于m左移位，后面添個零。設m 2 除以p的商和余數(shù)分別是q和r，則有m 2 =p q+r即m 2 /p=q+r/p若設t=m 2 +r，則t定能被整除。因為按模2的加減運算相當于異或運算，故有t/p=(m 2 +r)/p=(m 2 )/p+r/p =q+r/p+r/p=q這樣一來，校驗碼序列f就是m 2 除以p的余數(shù)r。通過計

42、算可以得到 256個用于crc檢驗的數(shù)據(jù)4。4.2.2 lcd1602顯示lcd顯示程序最主要的部分就在發(fā)送命令和發(fā)送數(shù)據(jù)這兩個基礎(chǔ)程序。通過lcd的數(shù)據(jù)手冊，可知lcd時序圖如表4.1所示。讀狀態(tài)輸入rs=l,r/w=h,e=h輸出d0d7=狀態(tài)字寫指令輸入rs=l,r/w=l,d0d7=狀態(tài)字，e=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入rs=h,r/w=h,e=h輸出d0d7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入rs=h,r/w=l,d0d7=狀數(shù)據(jù)，e=高脈沖輸出無表4.1 lcd12864基本操作狀態(tài)表1. 讀操作時序根據(jù)lcd12864控制器的數(shù)據(jù)手冊，可以通過流程圖來得知lcd讀取數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)的時序及流程。如圖4.3

43、所示。圖4.3 lcd12864讀操作時序2. 寫操作時序如圖圖4.4 lcd12864寫操作時序lcd寫操作包括寫數(shù)據(jù)和寫命令兩個部分構(gòu)成，當rs=0時，為寫命令，當rs=1時為寫數(shù)據(jù)。5系統(tǒng)組裝及調(diào)試5.1組裝步驟將之前各個模塊的原理圖組合最終形成整體的原理圖，根據(jù)整體原理圖進行實際電路的連接與調(diào)試。1. 形成整體的原理圖，并對其進行完善。2. 對萬能板進行檢查，是否存在問題。3. 清點所需要的器件及工具，是否完全。4. 將各器件進行焊接，形成實際電路板。5. 對電路板進行調(diào)試，解決存在的問題。5.2 整體原理圖見附錄15.3 元器件清單器件名稱數(shù)量萬能板1單片機1lcd16021uln2

44、0031步進電機1adc08321mq-2煙霧傳感器1發(fā)光二極管1電源112m晶振11k電阻210k變阻器2電容3按鍵5導線若干5.4焊接及注意事項5.4.1焊接前處理1.檢查電烙鐵通電后是否正常，是否有良好的接地。2.檢查器件焊接部位的氧化層，若存在氧化層可用小刀刮去焊接部位表面的氧化層，使其露出金屬光澤。電路板可用細紗紙將銅箔打光后，涂上一層松香酒精溶液。3.對元件鍍錫，進行以上處理后對器件和引線鍍錫?？蓪⒁€蘸一下松香后，將帶錫的電烙鐵頭壓在引線上，并轉(zhuǎn)動引線，即可使引線均勻地鍍上一層很薄的錫層。導線焊接前，應將絕緣外皮剝?nèi)?，再?jīng)過上面兩項處理。如果導線內(nèi)不是是多股金屬絲，經(jīng)過處理后應先

45、擰在一起，然后再鍍錫。5.4.2 焊接1.握持電烙鐵的方法。通常握持電烙鐵的方法有握筆法和握拳法兩種。（1）、握筆法。適用于輕巧型的烙鐵如30w的內(nèi)熱式。它的烙鐵頭是直的，頭端銼成一個斜面或圓錐狀的，適宜焊接面積較小的焊盤，本設計制作所采用的方法。（2）、握拳法。適用于功率較大的烙鐵，在本設計的制作過程中采用的是小功率的烙鐵因此不采用這種方法。2.在印刷電路板上焊接引線的幾種方法。 （1）、直通剪頭。引線直接穿過通孔，焊接時使適當?shù)腻a熔化在焊盤上方讓其均勻地分布在沾錫的引線四周，形成一個圓錐體模樣，等到它冷卻凝固后，將過長的引線剪去。（2）、直接埋頭。將引線通過焊孔并路出一定的長度，用熔化的焊

46、錫把引線頭固定在焊點里面。這種焊點像半球形，需要注意的是焊點是否存在虛焊。結(jié)束語 通過此次畢業(yè)設計讓我知道了只有能夠?qū)⒗碚撆c實際結(jié)合在一起那才是真正學到的。這次的畢業(yè)設計通過各種途徑搜集相關(guān)資料、查找各種器件、進行組裝與調(diào)試和撰寫論文對我來說是一次非常難得的經(jīng)歷和很好的鍛煉機會，可以說此次設計已經(jīng)囊括了大學期間大部分的知識，從選題到定稿，從理論到實踐需要將所學的專業(yè)知識都結(jié)合起來才能完成。這不僅是我更加深入的了解了之前所學的知識，而且還學到了很多之前未接觸的知識。對于我來說這不僅僅是一次畢業(yè)設計，更重要的是在過程中提高了我各方面的能力,讓我在以后的工作中能夠有更好的表現(xiàn)?；仡櫰鸫舜萎厴I(yè)設計，至

47、今我仍感慨萬分，可以說得是苦多于甜。在整個過程中遇到很多問題，發(fā)現(xiàn)了自己許多的不足之處，如在焊接器件時不夠仔細出現(xiàn)了器件正負極錯誤，出現(xiàn)虛焊或粘連的情況。通過此次設計更好的了解了單片機系統(tǒng)的設計方法，知道了各種器件的功能及使用注意事項。掌握了 professional軟件，學會了濕度傳感器和煙霧傳感器的使用方法，掌握了電機驅(qū)動的方法。參考文獻 1 王煜東. 傳感器應用電路400例m. 北京：中國電力出版社，2008.2 王化祥，張淑英. 傳感器原理及應用第三版. 天津：天津大學出版社，2007.2. 3 曾光宇. 現(xiàn)代傳感器技術(shù)與應用基礎(chǔ)m. 北京：北京理工大學出版社，2001：3063.4

48、負圖. 新型傳感器集成電路應用手冊(下)m. 北京：人民郵電出版社，2009.9. 5 卿太全.最新傳感器選用手冊m. 北京：中國電力出版社，2009.7. 6 鄧學欣, 檀潤華. 智能窗的概念設計j. 河北工業(yè)大學學報,2003(1). 7 秦曾煌. 電子技術(shù)第六版m. 北京：高等教育出版社,2004:80103.8 趙新民. 智能儀器原理及設計m. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社， 1995.9 高洪志. mcs-51單片機原理及應用技術(shù)教程m. 北京：人民郵電出版社，2009.4. 10 王幸之，鐘愛琴，王雷，王閃. at89系列單片機原理與接口技術(shù)m. 北京：北京航空航天大學出版社，20

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50、xtraction pulse oximetryj.j clin monit comput.2000;16(7):7 5-83.18 d. tulone. on the feasibility of global time estimation under isolation conditions in wireless sensor networks.附錄附錄1 系統(tǒng)仿真圖附錄2 焊接圖附錄3 程序#include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ulong unsig

51、ned longsbit rs=p20;sbit rd=p21;sbit lcden=p22;sbit menu=p25;sbit add=p24;sbit dec=p23;sbit open=p26;sbit close=p27;#define tl 0xba;#define th 0x3c;#define motorstep p1 /宏定義，定義p1口為步進電機驅(qū)動端口uchar bai,shi,ge,dava2,dsflj,kval,lofl;uint sudu;uchar count0,second,zhenzhuan,fanzhuan,timeflg,opensw,closesw,keysw;uint adc;uint upsmong,uphum;void delay(uint z);void write_rvalue();uchar code logo1= welcome to use ;uchar code logo2=window system ;uchar code logo3=temp=85oc hu=85% ;uchar code logo4=smog= ppm ;uchar code logo5=window open ;uchar code logo6=window clo