【《基于单片机的智能遥控窗户设计与实现8100字》（论文）】.docx

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1、基于单片机的智能遥控窗户设计与实现1.1 研究背景及意义21.2 国内外研究综述21.2.1 国外研究综述21.2.2 国内研究综述31.3 本文主要研究内容42/Qjv152.1 需求分析52.2 系统总体结构52.3 单片机选择63系统硬件设计63.1 硬件总体设计63.2 单片机相关电路设计63.2.1 晶振电路63.2.2 复位电路73.2.3 电源电路73.2.4 最小系统电路73.2.5 时钟电路83.3 步进电机电路设计83.4 键盘电路设计93.5 显示电路设计103.6 烟雾检测电路设计H3.7 光电传感器设计123.8 信号调理电路设计1238.1Irh123.8.2A/D

2、转换电路设计124系统软件设计134.1 主程序软件设计134.2 步进电机程序设计134.3 i1i2zj,王11殳1144.4 键盘程序设计154.5 定时程序设计165Proteus调试与仿真175.1 总体仿真思路185.2 仿真中遇到的问题及解决办法18总结20参考文献：211引言1.1 研究背景及意义21世纪以来，人类进入了信息化、智能化的新时代。网络通讯、面部识别等技术不但侵入了人们的日常生活，也悄然进入了人们的个人空间。即使目前市场上的这些高科技产品给我们的生活带来了很多便利，但仍有很大的改进空间。研究表明，目前市场上的大多数窗户都需要人工操作。如私人别墅、豪华酒店等场景采用大

3、落地窗，普通窗的不足就暴露出来了。普通窗的缺点在于窗口过大，占用了大量空间，并且需要耗费大量时间和人力去操控。针对上述问题，本文设计了一种以单片机为核心的智能窗口系统，通过光线检测自动控制、定时自动控制等方式实现自动控制。1.2 国内外研究综述1.2.1 国外研究综述2014年，SUnT和1iJ等人所设计的节能翻转式窗户系统，可以调整窗口板条接收阳光的方向，控制窗口的上下。在系统设计中，上位机进行数据存储、分析和打印，下位机利用感光元件采集光照数据。节能性能体现在室外材料使用太阳能电池板材料，能够收集光能，使太阳能电池板可以用来吸收阳光，然后将光能转换成化学能并储存在太阳能电池板中。系统使用太

4、阳能转换技术为系统供电，在一定程度上节约了家庭能耗。2010年，ZhangC.FengX等人一同研制出一种由数字温度传感器DS18B20组成的温控智能窗系统。这个系统可以实时检测室外温度数据，并符数据发送到移动应用程序，从而实现窗户的自动控制2017年，日本的专家制作了用于光控探测的节能智能窗系统，在玻璃和内窗之间安装了一个光线感应器。该系统专为舒适的家居设计，只有在光线良好时才会开启。光线达到一定强度的时候，可以检查窗口自动关闭。与此同时，该系统通过光加热半导体,把智能窗户外的光产生的热量转化为电能存储。也能够实现智能窗户无需充电,也可以实现自动升降窗口功能。2013年，英国设计师JangY

5、H等人研究了一种以WK6900-24ss控制为基础的百叶窗智能窗户。该产品在材料的选择上有很多亮点。它使用了一种透明的、非常坚固的聚碳酸酯板材,并在高温下涂上一层铝膜,这种膜可以反射大多数颜色的光。此外，进入房间的光线被调节和减弱，从而使房间保持正确的亮度和温度，而室内的用户仍然可以清楚地看到外面。2018年，国外也开发了智能窗户系统，在很大程度上降低了高层建筑的总重量。主控单元是AT89C52单片机，风压传感器和放大器作为信号的形成和处理元件，以及1CDI2864显示屏作为窗户的显示部分。风压传感器用于检测玻璃幕墙，模拟数据经过模数转换芯片进行转换，利用通信软件远程传输控制信号来控制窗口系统

6、。1.2.2 国内研究综述中国智能家居的第一阶段被称为智能小区期。智能家居在市场上还只是一个概念上的产品，没有成熟的技术和市场。十多年之前，我国尽管有一些企业和制造商生产了智能窗户，但因为当时技术不足以及普通人的生活条件差，最终未能将其成功推广1101O科学技术水平的不断提高，使得技术逐渐被应用到人们的生活中，在人们思维不断拓展的同时，对生活质量的要求也在不断提高。在许多先进的一线城市，绝大多数家庭正在逐渐使用智能窗户。2016年，小米公司的研究人员开发了Amara智能窗户，引发了一波智能家居购买热潮。该产品与其他普通电动窗相比最大的优势之一是能够与小米产品结合使用，但用户还需要Aqaba的智

7、能插座才能让Aqaba智能窗户正常运行。用户开关时间定时设置，无线W1F1控制和红外传感器实现产品的自动控制功能。它还能够通过语音助手进行通信，控制Aqaba电机，从而控制窗户。2012年东北农业大学的孙利新，王阿川等学者进行了基于智能手势识别技术的智能窗户系统的相关研究。该窗户系统主要借助手势识别技术以及视觉识别技术捕捉用户的手势信息，并做出相关的动作。在窗口系统的设计中，这次主要使用OPenCV库来处理和存储人类的手势动作。借助自身的分析处理，系统就会控制窗户的自动开合系统。本系统在操作上具有良好的人机交互，操作非常简单。目前国内市场上出现的智能窗户能够经过第三方语音系统控制光线探测和远程

8、控制窗户。一般来说，齐全的智能窗户控制系统的价格较高，只有极少数家庭能够负担得起这个成本。在某种程度上，这在很大程度上限制了智能窗户的发展。所以，迫切需要开发一种廉价、方便、智能化的单片机智能窗控制系统。1.3 本文主要研究内容这次本文的研究主要借助了相关案例进行电路设计与分析，从而明确了智能窗户,在我国的应用范围，结合设计需要确定了智能窗户的设计方案。在本次设计中，该系统能感受温湿度模块和烟雾传感器模块还有光电传感器等模块接收到旁边气象变化，所得到的信息经处理后到单片机控制器，在对信息进行转换，把得到的输出信号送进步进电机模块和显示模块以及蜂鸣器模块,根据信号处理结果来控制直流电机来控制窗户

9、开关和蜂鸣器发出警报。本次智能窗户系统设计主要为六个部分构成：第一部分为引言：总体概括论文的主要设计目标的国内和国外发展的不同情况、还有特点研究意义还有特点设计的基本内容和大致章节安排。第二部分总体系统方案设计内容：实现窗户控制器的实现配置功能。第三部分硬件系统方案设计内容：使用单片机作为关键其他硬件系统辅助运行。第四部分各个软件设计：目标是描述每个属性的设计过程。第五部分仿真：用Protues软件进行仿真测试。第六部分总结：针对设计的缺陷要及时进行反思。2总体方案设计2.1 需求分析现如今国民的财产越来越多，对高质量生活也有了向往，而绿色、健康、高品质的智能窗正逐渐成为每个家庭的必需品。但针

10、对目前的发展状况来看，智能窗领域仍有很大的提升空间。世界各地的研究人员必须不断地进行开发与测试，运用各种先进技术来更新和完善现有的智能窗控制系统,呈现出自动化操作、智能化操作的智能窗。系统主要从光照检测、定时驱动和手动控制三个方向进行开发。系统应具有以下功能：经过按键开关直接自动操作；不管是强光还是弱光，系统都能检测室外光的强度，并比较光的上限和下限。按照用户的具体需要，可以实现窗户的定时开合。2.2 系统总体结构本智能窗口控制系统的理论设计框架如图2-1所示。图2-1智能窗户控制系统示意图模块共同组成，它主要用于检测室内还有室外的不同时期发光强度和烟雾浓度值。传感器在处理完获得的数值以后，就

11、会向信号调理系统传送信号。再把接收到的环境变化信息传递到单片机中，由单片机根据状态的变化确定外界环境的改变，进而在通过内部设置的程序发送相关的指令,控制机械传动部分进行相关的动作被转变完成的指示主要目的就是单片机接受到，然后由系统处理后使步进电机发出指令，并向显示元件传输系统的状态信号，在整个系统当中键盘是主要的参数输入设备也2.3 单片机选择现在市面上用的最多的就是STM单片机与51单片机，但STM系列单片机学习比较困难，难以理解。于此相比，51系列单片机学习难度较小，它的课程是大多数是在大学学习中就可以学到的，结合丰富的网上资料，降低学习成本。虽然51系列单片机性能不如STM单片机，但是由

12、于本设计的核心足够，芯片价格低廉，编程方便。因此，本设计使用51系列单片机，型号选用STC89C52。下面是对芯片的详细介绍：STC89C52属于一款性能较强的8位单片机，能够满足256字节存储器的运行要求。3系统硬件设计3.1 硬件总体设计本设计具有电动按钮控制窗户开合的功能，这是一般窗户控制器最基本的功能。在选择窗户原理图时，本着简便、实惠、耐用的原则，设计比较简洁的电路。合闸功能，以零件做为基础，尽量设计，用最简单的电路布局来满足设计要求“支对于此次窗户控制系统的硬件设计和系统中显示器与键盘也是较为重要的设备,这些模块共同构成了智能遥控窗户系统的整个设计组成。3.2 单片机相关电路设计3

13、.2.1 晶振电路因为晶振电路有着超强的频率稳定性，不会因为外界因素而出现运行不稳定的情况，因此这次的晶振电路设计可以利用参考频率进行初初步设计，参考频率影响着整个设计的频率精度。并且时钟信号需要借助晶振电路产生的振荡电流来获取111O而此次晶振电路当中，电容C1还有C2的典型值总、是设定为33PF,采用电容能够加强晶振电路的振荡过程，电容的数值范围在15PF到33PF之间。因此从运行速度高这个特点可以看出，此次电路设计对于电路板印刷的要求也十分重要，寄生电容。在进行晶振电路设计的时候，不可以，距离单片机系统过远，与单片机的距离越小，寄生电容越小，振荡器的电流运输过程更加稳定。电路示意图如下所

14、示Y1XT11112XT2XTA1C2Cap33pC1Cap33pGND3.2.2 复位电路复位电路是单片机的基本电路，在本次设计中，所计的复位电路系统其中包涵有IOuF的极化电容C1和IOK的电阻R3o在保证电容电压不变的前提之下，RESET模块的引脚在系统提供电的过程之中呈现为高电平的模式。3.2.3 电源电路单片机使用5V的电压展开具体工作，用5V的USB直接提供电量，可以用手机的充电器等装置进行供电。3.2.4 最小系统电路单片机的最小电路示意图3-1所示：U1R1103_IOr3zH1OKDAT12KEY113IKEY214-KEY315GNDKEY416KEY517X11812MC

15、2=p4=C330pF30pF1GNDP1OP11P12PI3PI4P15P16P17RESETP30/RXDP3I/TXDP32/1NTOP33iNTiP34/T0P35/T1P36/WRP37/RDXTA12XTA11GNDCQI234567-AE-M76543210vcpocpop()pop(wpopopo-a1SESp2p2p2p2p2p2p2p239DO38D137D236D335D434D533D632D72345678931302928272625242322217654P2P2P2P2.GND图3-1单片机最小系统3.2.5 时钟电路时钟电路本质上就是可以想时钟精准运动的电路系统当系统时间与