1.2 选题意义
目前,我们生活中随处可见的窗户仍旧保持着老式的摸样,与智能家具没有丝毫的联系。试想一下,如果我们平常所用的窗户能够具有一些智能化的功能,比如说室内温度低时自动关上保持凉爽,刮风下雨天能够自动关上。那将给我们的生活带来便利,极大地提高我们的生活质量。
根据以上假想,再结合我现有的知识水平和指导老师的帮助,我们设计出了基于51单片机的智能窗控制系统。该控制系统是以51单片机为中央控制器,在日常工作时通过传感电路上的传感器对室内的指标进行检测,经过相关处理后传递给单片机,再由单片机对所得到的参数与参考数值进行比较,从而做出开关窗的判断,调整输出脉冲信号传到步进电机,通过步进电机带动齿轮传动装置控制窗户自动开关。
2 系统总体方案的设计
2.1 系统的主要功能
(1)高低温自动开关窗。天气晴朗的早晨温度传感器通过检测温度来打开窗户通风换气,傍晚自动关上。
(2)自动防雨。当湿敏传感器检测到雨水时,窗户会自动关上。避免由于主人不在家而造成造成不必要的损失,此功能特别适合经常不在家的住户。
2.2 系统的主要构成
本智能窗控制系统是由机械传动部分和自动控制系统组成的。其中,窗扇、窗框、齿条、齿轮等组成了机械传动部分。自动控制系统主要是由以 AT89 S51单片机为基础的中央控制器, A/ D转换器,数据检测传感电路,窗驱动电路、步进电机,窗驱动控制接口电路等组成。
控制系统构架图
2.3 系统结构的设计
2.3.1 自动开关窗的设计
系统的传动是由步进电机带动窗扇在滑槽内来回滑动来实现的,任务虽然简单,但是需要更高的准确度。通过机械设计的有关知识我们可以得出,齿轮齿条传动比较精确,可靠性比较高,同时具有较高的机械效率。所以,齿轮齿条传动可以满足智能窗控制系统的要求。
2.3.2 窗户结构的设计
窗户的设计是在常规窗框的基础上进行一些改变,在常规窗口框架的顶部和底侧分别开出一道滑动槽,让窗框在滑动槽内滑动来实现自动开关。
3 系统硬件的设计
3.1 单片机选型
3.1.1 单片机简介
单片微型计算机( Single- Chip Microcomputer),简称单片机,就是将微处理器 CPU,存储器 ROM和 RAM,定时器/计数器,中断系统,输入/输出接口,总线和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机。由于单片机的重要应用领域为智能化电子产品,一般需要嵌入仪器设备内,故又称为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。
单片机的主要特点如下。
(1)可靠性高
(2)便于扩展
(3)控制功能强
(4)低电压,低功耗
(5)片内存储容量较小
除此之外,单片机还具有集成度高,体积小,性价比高,应用广泛,易于产品化等特点。
1974年,美国仙童公司研制了世界上第一台单片机F8。该机由两块集成电路芯片组成,结构奇特,具有与众不同的指令系统,深受家用电器与仪器仪表领域的欢迎和重视。从此,单片机开始迅速发展,应用领域也在不断扩大,现已成为微型计算机的重要分支。单片机的发展通常可以分为以下4个阶段。
(1)第一阶段(1974-1976)
在这个时期生产的单片机,制造工艺落后,集成度低,而且采用了双片形式。