目錄摘要.1關(guān)鍵詞.1Abstract.1Keywords.1引言.11總體方案的設(shè)計(jì).11.1本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和內(nèi)容.21.2智能窗的總體構(gòu)成.22機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì).32.1自動(dòng)開關(guān)窗機(jī)械傳動(dòng)形式設(shè)計(jì).32.1.2齒輪齒條參數(shù)選擇.42.2窗框與窗扇的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).42.2.1窗框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).42.2.2窗扇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).42.2.3步進(jìn)電機(jī)滑槽設(shè)計(jì).52.3180旋轉(zhuǎn)工作流程示意圖.63自動(dòng)控制系統(tǒng)主要硬件的設(shè)計(jì).73.1單片機(jī)選型.73.1.1單片機(jī)發(fā)展過程.73.1.2單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì).73.1.3AT89S51單片機(jī)簡(jiǎn)介.83.2數(shù)據(jù)檢測(cè)傳感器的選擇.83.2.1數(shù)據(jù)檢測(cè)傳感模塊組成.83.2.2傳感器選型及電路.83.3A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì).123.3.1A/D轉(zhuǎn)換器的選型.123.3.2ADC0809內(nèi)部功能與引腳介紹.123.3.3A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口電路的設(shè)計(jì).143.4語音報(bào)警電路的設(shè)計(jì).153.4.1語音錄放電路的設(shè)計(jì).153.4.2揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì).163.5行程開關(guān).174紅外線遙控開關(guān)的設(shè)計(jì).184.1紅外線簡(jiǎn)介.184.2遙控方案設(shè)計(jì).184.3成品紅外接收頭.194.4編碼器和譯碼器的選擇.204.5紅外遙控發(fā)射電路的設(shè)計(jì).224.6紅外遙控接收電路設(shè)計(jì).234.7電源電路的設(shè)計(jì).245動(dòng)力源的選型與設(shè)計(jì).255.1步進(jìn)電機(jī)選型.255.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì).256系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì).267結(jié)術(shù)語.28參考文獻(xiàn).29致謝.30本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1基于51單片機(jī)控制的智能窗的設(shè)計(jì)摘要：我們現(xiàn)在使用的窗戶大部分采用人工關(guān)閉方式，不具有自動(dòng)防盜、防雨、防煤氣中毒等人性化的功能；平時(shí)我們外出時(shí)經(jīng)常忘記關(guān)閉窗戶，遇上下雨時(shí)，雨水會(huì)進(jìn)入室內(nèi)，對(duì)室內(nèi)的電器、擺設(shè)等物品造成不必要的損害。晚上睡覺時(shí)我們通常把窗戶關(guān)死，一旦燃?xì)獍l(fā)生泄漏，由于室內(nèi)不透氣造成窒息中毒致殘、致死的事件時(shí)有發(fā)生。為了防盜，我們一般在窗戶外面安裝防護(hù)欄，但如今很多城市為了美化市容通常不允許安裝防盜窗。再者，現(xiàn)在使用的窗戶大多數(shù)是單純推拉式或平移式的，這給在樓層高的住戶擦拭玻璃帶來很大困難。本文借助三維建模軟件Solidworks、單片機(jī)、電子電路及傳感器的知識(shí)設(shè)計(jì)了可以實(shí)現(xiàn)清晨自動(dòng)開窗、防雨、智能防盜和可燃性氣體泄漏時(shí)報(bào)警并開窗，以及實(shí)現(xiàn)窗扇180轉(zhuǎn)向的智能窗，從而可解決現(xiàn)實(shí)生活中存在的很多問題。本智能窗的設(shè)計(jì)本著安全、方便、節(jié)能、人性化的原則進(jìn)行，可使現(xiàn)代生活顯著提高7。關(guān)鍵詞：防風(fēng)雨、防盜；51單片機(jī)；窗扇的180旋轉(zhuǎn)；智能51single-chipmicrocomputercontrolbasedonthedesignoftheintelligentwindowAbstract：Wenowusethewindowsclosedmostoftheartificialmeans,doesnothaveautotheft,rain,wind,anti-gaspoisoningandotherpersonalizedfeatures；normallyclosedweoftenforgetwhentheygooutthewindow,encounteredbadweather,sandandrainwillentertheroom,andindoorappliances,furnishingsandotheritemscausingunnecessarydamage.Usuallyatnightwhenweclosedthewindows,oncethegasleak,poisoning,suffocationcausedbyindoorairtightdisabled,thefrequentoccurrenceofdeath.Forsecurity,weusuallyinstallthefenceoutsidethewindow,butnowmanyofthecitiestobeautifythecityusuallydonotallowtheinstallationofsecuritywindow.Moreover,thewindowsaremostlyusedpush-pullorpan-style,givingthefloorahighhouseholdcleaningglassmoredifficult.Wedesignedthesmartwindowcanbeachievedearlyinthemorningautomaticallyopenthewindow,automaticwind,rain,smartsecurityandcombustiblegasleakalarmwindow,andtheachievementoftheoverallwindowsash180freedomofdirectionandrelativerotationbetweenthetwosashes,inordertoaddresstherealitylifeoftheaforementionedproblems.Thesmartwindowdesigninlinewithsafe,convenient,energysaving,theprincipleofhumanity,cansignificantlyimprovemodernlife.Keywords:Preventrain，anti-theft；51SCM；180rotate.Casement；Intelligentwindow.引言:當(dāng)今世界建筑正朝著智能化方向發(fā)展，這種發(fā)展趨勢(shì)也正是人類社會(huì)的文明程度在一定歷史時(shí)期的體現(xiàn)。但現(xiàn)在使用的窗戶大多數(shù)是單純的推拉式或平移式的，并且與自動(dòng)控制毫不沾邊,更不用說智能化了。如果使窗戶具有一定的智能,如下雨則自動(dòng)關(guān)、室內(nèi)有害氣體超標(biāo)則自動(dòng)開、有盜賊入內(nèi)則自動(dòng)報(bào)警等,就會(huì)給人們的居家生活帶來諸多方便,從而進(jìn)一步提高人們的生活質(zhì)量。再者，這給在樓層高的住戶擦拭玻璃帶來很大困難。沿著這樣的思路,我們?cè)O(shè)計(jì)了以AT89S51單片機(jī)為中央控制器的智能窗。該智能窗能通過其數(shù)據(jù)檢測(cè)傳感電路不斷循環(huán)檢測(cè)室內(nèi)濕度、有害氣體(如媒氣)濃度等信號(hào)，經(jīng)處理后傳入單片機(jī)。單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，然后與由預(yù)先設(shè)置的參數(shù)臨界值相比較,從而作出開/關(guān)窗的判斷,再結(jié)合窗狀態(tài)檢測(cè)電路所檢測(cè)到的當(dāng)前窗狀態(tài),再輸出脈沖信號(hào)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)，完成下雨刮風(fēng)自動(dòng)關(guān)窗、室內(nèi)有害氣體超標(biāo)自動(dòng)開窗等。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21總體方案的設(shè)計(jì)1.1本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和內(nèi)容1、自動(dòng)開關(guān)窗：陽光明媚的早上光敏晶體管感光通過單片機(jī)控制板自動(dòng)打開窗戶，更新室內(nèi)空氣；傍晚太陽落下時(shí)窗子自動(dòng)關(guān)閉；2、自動(dòng)防風(fēng)：當(dāng)風(fēng)速超過8m/s時(shí)，風(fēng)速傳感器檢測(cè)信號(hào)，單片機(jī)控制板使窗戶自動(dòng)關(guān)閉。即使主人不在家，照樣將其看管得無微不至，為您營造一個(gè)干干凈凈的環(huán)境。3、自動(dòng)防雨：平時(shí)上班或臨時(shí)加班不能及時(shí)關(guān)窗、出門在外也總有忘記關(guān)窗的時(shí)候，遇到下雨時(shí)，濕敏傳感器檢測(cè)到下雨信息，單片機(jī)控制板控制電動(dòng)機(jī)動(dòng)作，窗門自動(dòng)關(guān)閉，使您的家用設(shè)備遭雨水侵襲，解除您的后顧之憂。此功能特別適合高樓住戶。4、防盜：如遇上小偷觸碰窗戶，振動(dòng)傳感器檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)后，單片機(jī)控制板控制窗戶上的喇叭播放“抓賊了，在單元號(hào)”的報(bào)警聲，接著電動(dòng)機(jī)動(dòng)作，關(guān)閉窗戶，避免造成財(cái)產(chǎn)及安全損失。5、防可燃性氣體泄漏：當(dāng)室內(nèi)的液化氣、天然氣等可燃?xì)怏w發(fā)生泄漏時(shí)，傳感器檢測(cè)到氣體信號(hào)時(shí)，單片機(jī)控制板控制報(bào)警蜂鳴器立即發(fā)出報(bào)警聲，接著電動(dòng)機(jī)動(dòng)作，打開窗戶將有毒氣體排到窗外，這樣既有效地防止人中毒，也能避免火災(zāi)、爆炸事故的發(fā)生。6、獨(dú)特旋轉(zhuǎn)功能：窗扇可實(shí)現(xiàn)180旋轉(zhuǎn)，便于高層住戶擦拭玻璃。1.2智能窗的總體構(gòu)成本智能窗主要機(jī)械傳動(dòng)部分和自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。其中，機(jī)械傳動(dòng)部分要由窗框、窗扇、齒輪齒條等。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括AT89S51單片機(jī)組成的中央控制器,數(shù)據(jù)檢測(cè)傳感電路,A/D轉(zhuǎn)換器,窗驅(qū)動(dòng)控制接口電路、窗驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)等組成。其整體結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3圖1-1整體結(jié)構(gòu)圖1-窗框2-窗扇3-窗扇24-護(hù)罩5-齒條6-電機(jī)固定座上7-滑槽塊8-電機(jī)固定座下9-電機(jī)滑移螺栓10-固定螺母11-固定螺栓12-行程開關(guān)13-煤氣傳感器14-風(fēng)速傳感器15-濕度傳感器16-人體熱釋紅外傳感器17-光敏傳感器18-步進(jìn)電機(jī)ATS89C51電源模塊盜情監(jiān)測(cè)模塊窗戶狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊光強(qiáng)檢測(cè)模塊煤氣檢測(cè)模塊濕度檢測(cè)模塊風(fēng)速檢測(cè)模塊紅外接收模塊圖1-2控制系統(tǒng)架構(gòu)圖2機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)開關(guān)窗機(jī)械傳動(dòng)形式設(shè)計(jì)2.1.1自動(dòng)開關(guān)窗任務(wù)分析智能窗的傳動(dòng)任務(wù)是由動(dòng)力源通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)窗扇在滑移槽內(nèi)來回滑動(dòng)，任務(wù)簡(jiǎn)單，但要求精確度較高。通過學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)知道，齒輪齒條傳動(dòng)傳動(dòng)較為準(zhǔn)確、可靠，并且機(jī)械效率高18，因此，選定齒輪齒條傳動(dòng)能滿足智能窗傳動(dòng)任務(wù)的要求。傳動(dòng)形式見圖2-1。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4圖21齒輪齒條傳動(dòng)2.1.2齒輪齒條參數(shù)選擇由于此傳動(dòng)所帶負(fù)載不是很大，故齒輪齒條參數(shù)選取較為寬松，根據(jù)具體需要確定其主要參數(shù)為：齒輪：m=1.5Z=20d=mz=30mm=20P=m=3.141.5=4.7mm齒條：m=1.5=20P=m=3.141.5=4.7mm2.2窗框與窗扇的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1窗框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)此窗框是在常規(guī)窗框的基礎(chǔ)上進(jìn)行的更改設(shè)計(jì)，在窗框上下兩側(cè)各開一道滑移槽，使窗扇開關(guān)窗時(shí)在滑移槽內(nèi)滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)關(guān)窗。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)窗扇的旋轉(zhuǎn)在滑移槽一側(cè)各設(shè)計(jì)一轉(zhuǎn)軸槽。其具體設(shè)計(jì)見圖1-3窗框結(jié)構(gòu)圖。圖2-2窗框結(jié)構(gòu)圖2.2.2窗扇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)窗扇在常規(guī)窗扇的基礎(chǔ)上進(jìn)行部分改進(jìn)，在窗扇一側(cè)加一旋轉(zhuǎn)軸，同時(shí)在旋轉(zhuǎn)軸上安裝滑動(dòng)輪。具體設(shè)計(jì)見圖2-3。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5圖2-3窗扇結(jié)構(gòu)圖2.2.3步進(jìn)電機(jī)滑槽設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)窗扇的180旋轉(zhuǎn)，特別將電機(jī)卡座設(shè)計(jì)成可上下移動(dòng)的形式。具體設(shè)計(jì)見圖2-4滑移槽設(shè)計(jì)圖與2-5步進(jìn)電機(jī)滑槽設(shè)計(jì)裝配局部圖。圖2-4滑移槽設(shè)計(jì)圖本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6圖2-5步進(jìn)電機(jī)滑槽設(shè)計(jì)裝配局部圖2.3180旋轉(zhuǎn)工作流程示意圖本設(shè)計(jì)窗扇可以具有180旋轉(zhuǎn)功能，此設(shè)計(jì)解決了樓層高的住戶擦拭玻璃困難的問題。繪制了其工作流程示意圖加以說明，見圖2-6。圖2-6180旋轉(zhuǎn)工作流程示意圖1、窗戶開閉狀態(tài)圖2、拿下防護(hù)罩狀態(tài)圖3、齒輪與齒條離合狀態(tài)圖4、旋轉(zhuǎn)后狀態(tài)圖本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）73自動(dòng)控制系統(tǒng)主要硬件的設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)選型3.1.1單片機(jī)發(fā)展過程單片機(jī)是一種集成電路芯片。它采用超大規(guī)模技術(shù)將具有數(shù)據(jù)處理能力的微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器（含程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM）、輸入、輸出接口電路(I/O接口)集成在同一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)既小巧又很完善的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，在單片機(jī)程序的控制下能準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。其誕生于20世紀(jì)70年代末，主要經(jīng)歷了SCM、MCU、SOC三大階段。1）SCM即單片微型計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。2）MCU即微控制器（MicroControllerUnit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。3)MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS-51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。4)單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SOC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SOC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)4。3.1.2單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)（1）CMOS化近年，由于CHMOS技術(shù)的進(jìn)步，大大地促進(jìn)了單片機(jī)的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)芯片多數(shù)是采用CMOS（金屬柵氧化物）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。CMOS電路的特點(diǎn)是低功耗、高密度、低速度、低價(jià)格。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工藝。CHMOS和HMOS工藝的結(jié)合。目前生產(chǎn)的CHMOS電路已達(dá)到LSTTL的速度，傳輸延遲時(shí)間小于2ns，它的綜合優(yōu)勢(shì)已在于TTL電路。因而，在單片機(jī)領(lǐng)域CMOS正在逐漸取代TTL電路。（2）高性能化主要是指進(jìn)一步改進(jìn)CPU的性能