緒論1.1研究背景隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能家居成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)。在智能家居中，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗控制器是一種創(chuàng)新的設(shè)備，它能夠自動調(diào)節(jié)窗戶的開合和溫度，為人們的居住環(huán)境提供了更加智能化和舒適的體驗(yàn)。這項(xiàng)研究旨在探索基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗控制器設(shè)計(jì)，并解決傳統(tǒng)窗戶控制方式中的一些問題。傳統(tǒng)窗戶控制方式主要依賴于人工的操作，存在著一些局限性。首先，傳統(tǒng)手動控制方式需要人們親自開關(guān)窗戶，不僅不便捷，還容易導(dǎo)致使用不規(guī)范和能源的浪費(fèi)。其次，傳統(tǒng)溫度調(diào)節(jié)器需要人們手動調(diào)整溫度，無法根據(jù)環(huán)境的變化自動調(diào)節(jié)窗戶的開合。這使得傳統(tǒng)窗戶控制方式無法滿足人們對智能和舒適生活的需求。而在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大力推動下，智能窗控制器的設(shè)計(jì)成為了一種新的解決方案。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過將各種設(shè)備、傳感器和網(wǎng)絡(luò)連接起來，實(shí)現(xiàn)信息的共享和自動化控制。在智能窗控制器的設(shè)計(jì)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、自動調(diào)節(jié)窗戶開合以及溫度等功能。通過與其他智能設(shè)備的聯(lián)動，比如溫度感應(yīng)器、光照感應(yīng)器和氣象傳感器等，智能窗控制器可以根據(jù)環(huán)境的變化，自動調(diào)整窗戶的開合程度和溫度，以達(dá)到舒適的居住環(huán)境。智能窗還可以從安全方面進(jìn)行研究，比如智能化防盜和對室內(nèi)有害氣體檢測并報(bào)警，確保家庭人員的安全。此外，智能窗控制器的研究也是出于對環(huán)保和節(jié)能的需求。當(dāng)前，全球氣候變化日趨嚴(yán)重，環(huán)保和節(jié)能已成為全社會的共同責(zé)任。智能窗控制器可以通過自動調(diào)節(jié)窗戶的開合和溫度，減少能源的浪費(fèi)，從而降低溫室氣體排放，為環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。市場需求也是推動智能窗控制器研究的重要驅(qū)動力。隨著人們對生活品質(zhì)要求的不斷提高，智能家居設(shè)備成為了消費(fèi)市場的熱門產(chǎn)品之一。智能窗控制器作為一種新型的智能家居設(shè)備，具有廣闊的市場前景。因此，設(shè)計(jì)一款功能全面、用戶友好、安全可靠的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗控制器，對于智能家居領(lǐng)域的發(fā)展至關(guān)重要。通過深入研究和探討，可以為智能窗控制器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供新的思路和解決方案，推動智能家居技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和普及。1.2研究目的與意義隨著科技的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸融入人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，智能家居和智能建筑概念也因此而興起。窗戶作為建筑物的重要組成部分，其開關(guān)控制對于室內(nèi)舒適度、能源利用和安全防護(hù)等方面至關(guān)重要。具體研究目的與意義如下：1、提高生活質(zhì)量：智能窗控制器可以根據(jù)環(huán)境因素自動控制窗戶的工作狀態(tài)，為用戶提供舒適的居住環(huán)境。用戶無需手動操作窗戶，減少了繁瑣的任務(wù)，增加了生活的便利性和舒適度。2、節(jié)能環(huán)保：智能窗控制器可以根據(jù)環(huán)境狀況自動開關(guān)窗戶，以提供最佳的溫度和通風(fēng)效果。通過及時(shí)調(diào)整窗戶狀態(tài)，可以避免能源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)能源的有效利用。3、提升安全性：智能窗控制器可以與安全系統(tǒng)集成，通過傳感器檢測異常情況，自動關(guān)閉窗戶，避免不必要的安全風(fēng)險(xiǎn)。這為居住者提供了更高水平的安全保障。4、改善空氣質(zhì)量：智能窗控制器能夠通過對室內(nèi)空氣品質(zhì)的監(jiān)控，對門窗進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使室內(nèi)和室外的空氣流通。這對提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，降低室內(nèi)空氣質(zhì)量有著十分重要的作用。5、提升智能化水平：智能窗控制器可以與其他智能設(shè)備（如智能音箱、智能燈具等）進(jìn)行聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)智能化的生活場景。例如，通過語音控制窗戶狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制窗戶等，提升了整體智能家居的體驗(yàn)。6、推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展：智能窗控制器是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用之一。通過對智能窗控制器的研究，可以推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為其他領(lǐng)域的智能化應(yīng)用提供借鑒和啟示。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)被越來越多地應(yīng)用于各行各業(yè)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)也越來越受到人們的重視。其中，智能窗控制器作為智能家居系統(tǒng)的重要組成部分，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對窗戶的遠(yuǎn)程控制和自動化管理，提高了居民的生活質(zhì)量和能源利用效率。本文將對基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗控制器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。國外研究現(xiàn)狀：國外關(guān)于智能窗控制器的研究較早，主要集中在窗戶的自動控制、節(jié)能環(huán)保和智能化等方面。美國、歐洲等地區(qū)的一些科研機(jī)構(gòu)和公司已經(jīng)推出了一些具有代表性的智能窗控制器產(chǎn)品。這些產(chǎn)品大多采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過傳感器、控制器和云平臺等實(shí)現(xiàn)對窗戶狀態(tài)的監(jiān)測和控制。國外的智能窗控制器應(yīng)用領(lǐng)域較廣，包括住宅、商業(yè)建筑、公共場所等。通過對窗戶的智能控制，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)環(huán)境的舒適度調(diào)節(jié)、節(jié)能降耗和安全管理等功能。國內(nèi)研究現(xiàn)狀：近年來，我國在智能窗控制器方面的研究取得了顯著進(jìn)展。許多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制算法等方面進(jìn)行了大量研究，并取得了一定的成果。國內(nèi)的一些智能窗控制器產(chǎn)品已經(jīng)具備了窗戶自動控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、環(huán)境感知等功能。國內(nèi)的智能窗控制器應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展，主要包括住宅、酒店、辦公樓等。隨著智能家居市場的快速發(fā)展，智能窗控制器在國內(nèi)的市場需求也在不斷增長。雖然國內(nèi)外在基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗控制器方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些問題和挑戰(zhàn)。如控制算法不夠完善、傳感器精度有待提高、產(chǎn)品穩(wěn)定性不足等。未來，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和智能家居市場的不斷擴(kuò)大，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗控制器將在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并進(jìn)一步提高居民的生活質(zhì)量。為解決現(xiàn)有問題，今后的研究可以關(guān)注以下幾個(gè)方面：1.優(yōu)化控制算法，提高窗戶控制的精度和效率。2.研發(fā)高性能的傳感器，提高對環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測精度。3.加強(qiáng)產(chǎn)品穩(wěn)定性測試，提高智能窗控制器的可靠性和安全性。4.探索更多應(yīng)用場景，拓展智能窗控制器的市場空間?？傮w來說，智能窗控制器的設(shè)計(jì)是一個(gè)跨學(xué)科、多技術(shù)融合的領(lǐng)域，無論是國內(nèi)還是國外，都在不斷推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的進(jìn)步，未來智能窗控制器將更加智能化、個(gè)性化?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能窗控制器是智能家居領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，通過不斷研究和優(yōu)化，智能窗控制器將為人們帶來更加舒適、便捷和節(jié)能的生活體驗(yàn)。

2總體方案設(shè)計(jì)2.1智能窗控制器的設(shè)計(jì)要求整個(gè)硬件電路由單片機(jī)主控電路、傳感器電路、鍵盤電路、顯示電路、電機(jī)驅(qū)動電路、報(bào)警電路、無線通信電路等組成。整個(gè)軟件程序由數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處理機(jī)及分析程序、電機(jī)驅(qū)動程序、參數(shù)設(shè)置程序、報(bào)警程序、顯示程序、無線通信程序等。各種傳感器模塊的信號經(jīng)單片機(jī)綜合分析處理，實(shí)現(xiàn)智能窗控制器的各種功能。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案，最后通過硬件和軟件實(shí)現(xiàn)了各個(gè)功能模塊。2.2系統(tǒng)總體框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求并綜合各方面因素，本次課題設(shè)計(jì)選用STC89C52單片機(jī)作為主控制器，傳感器模塊采用光敏傳感器、雨滴傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器、空氣質(zhì)量傳感器，外加無線通信模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、蜂鳴器，設(shè)計(jì)一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗控制器。當(dāng)陽光充足時(shí)，光敏傳感器檢測到光線強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定閾值，即可觸發(fā)自動開窗機(jī)制；溫濕度傳感器結(jié)合光敏傳感器的信號，當(dāng)室內(nèi)溫度和濕度達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，也可以觸發(fā)自動開窗機(jī)制。雨滴傳感器能夠感知雨滴的大小和數(shù)量，當(dāng)檢測到雨滴達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，可以觸發(fā)自動關(guān)窗機(jī)制。人體紅外傳感器能夠感知到人體的紅外熱輻射，當(dāng)有人試圖翻窗進(jìn)入監(jiān)測范圍時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)檢測到人體的存在，并立即觸發(fā)報(bào)警?？諝赓|(zhì)量傳感器檢測到室內(nèi)有煙霧、二氧化碳等有害氣體時(shí)，將會觸發(fā)自動開窗機(jī)制，并立即觸發(fā)報(bào)警。使用無線通信模塊（如Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee等）可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制窗戶的功能。這種模塊可以與窗戶控制器相連接，并通過手機(jī)、電腦或其他遠(yuǎn)程設(shè)備發(fā)送指令控制窗戶的開關(guān)。各個(gè)傳感器模塊將外部環(huán)境探測到的變化反饋給單片機(jī)，單片機(jī)基于這些信號的變化對外部環(huán)境進(jìn)行判定，再按照內(nèi)部設(shè)置的程序，對電動機(jī)驅(qū)動模塊進(jìn)行指令，使其完成相應(yīng)的動作，以此來完成智能窗控制器的各項(xiàng)功能。系統(tǒng)總體框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)總體框圖2.3主要元器件的選擇選用單片機(jī)作為主控制器，各種傳感器模塊，外加電機(jī)驅(qū)動模塊、無線通信模塊、顯示模塊、報(bào)警電路、復(fù)位電路、鍵盤電路設(shè)計(jì)和電源電路。2.3.1單片機(jī)的選擇本次課題設(shè)計(jì)選用STC89C52單片機(jī)作為主控制器。STC89C52單片機(jī)如圖2.2所示。圖2.2STC89C52單片機(jī)2.3.2傳感器的選擇本次課題設(shè)計(jì)采用光敏傳感器、雨滴傳感器、溫濕度傳感器、人體紅外傳感器、空氣質(zhì)量傳感器作為傳感器模塊。光敏傳感器：光敏傳感器是一種對外部光線具有感應(yīng)或轉(zhuǎn)化作用的靈敏器件，又叫光敏電阻、光敏電容或光敏二極管。感光元件是一種感應(yīng)光強(qiáng)的感應(yīng)裝置，它可以感應(yīng)到光強(qiáng)的改變，然后把它轉(zhuǎn)化成電信號輸出。其核心是利用感光元件將外界光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電信號，實(shí)現(xiàn)對光強(qiáng)的探測與控制。光敏傳感器模塊如圖2.3所示。圖2.3光敏傳感器模塊雨滴傳感器：雨滴傳感器是一種能夠檢測雨水是否落在特定位置上的傳感器設(shè)備。它主要通過檢測雨滴與傳感器表面之間是否發(fā)生接觸或產(chǎn)生漏電現(xiàn)象來判斷是否下雨。在雨水落在傳感器表面時(shí)，會改變傳感器的電阻或電容等特性，從而可以通過檢測這些參數(shù)的變化來判斷是否有雨水降落。雨滴傳感器模塊如圖2.4所示。圖2.4雨滴傳感器模塊溫濕度傳感器：溫濕度傳感器是一種將外界溫、濕度等參量轉(zhuǎn)化為電信號并將其轉(zhuǎn)化為容易處理的電信號輸出的設(shè)備。該傳感模塊一般包括兩個(gè)部件：靈敏部件和變換部件。其中，傳感單元主要是對外界溫、濕度的變化進(jìn)行傳感，傳感器將其轉(zhuǎn)化為電信號，以供讀出與處理。溫濕度傳感器模塊如圖2.5所示。圖2.5溫濕度傳感器模塊人體紅外傳感器：人體紅外傳感器是一種用于檢測和感知身體熱量傳遞的傳感器。它可以檢測和測量身體形成的紅外輻射，從而實(shí)現(xiàn)對人體存在和活動的感知。人體紅外傳感器廣泛應(yīng)用于自動控制、安全監(jiān)控、智能家居、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，為相關(guān)系統(tǒng)和設(shè)備提供了重要的人體識別和觸發(fā)功能。人體紅外傳感器的工作原理是基于身體發(fā)出的紅外線輻射和紅外線探測技術(shù)。當(dāng)人體處于激活狀態(tài)時(shí)，表面會釋放熱量，產(chǎn)生紅外線輻射。人體紅外線傳感器利用紅外線探測器接收身體發(fā)出的紅外線輻射，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。人體紅外傳感器模塊如圖2.6所示。圖2.6人體紅外傳感器模塊空氣質(zhì)量傳感器：空氣質(zhì)量傳感器是對大氣中各類污染物及有害氣體進(jìn)行監(jiān)測與評估的裝置，可為使用者提供實(shí)時(shí)的空氣質(zhì)量信息。空氣品質(zhì)傳感器有很多種，主要有化學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)等。該傳感器利用多種探測機(jī)理對大氣中的顆粒物，二氧化硫，氮氧化物，一氧化碳，揮發(fā)性有機(jī)物等進(jìn)行定量分析。空氣質(zhì)量傳感器模塊如圖2.7所示。圖2.7空氣質(zhì)量傳感器模塊2.3.3顯示器的選擇本次課題設(shè)計(jì)采用LCD1602液晶作為顯示器。LCD1602液晶顯示器如圖2.8所示。圖2.8LCD1602液晶顯示器2.3.4無線通信的選擇本次課題設(shè)計(jì)采用藍(lán)牙作為無線通信。藍(lán)牙模塊如圖2.9所示。圖2.9藍(lán)牙模塊

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路組成。STC89C52單片機(jī)的時(shí)鐘引腳為XTAL1和XTAL2；控制信號的引腳有RST，ALE，PSEN和EA；I/O端口有P0，P1，P2和P3。復(fù)位電路是用來對微控制器起動狀態(tài)進(jìn)行控制的。在微控制器內(nèi)寫的代碼，在微控制器的運(yùn)行中，如果出現(xiàn)了錯(cuò)誤，或者是簡單的死機(jī)，或者是停止了運(yùn)行，或者是因?yàn)橥獠康臄_動，需要再次執(zhí)行，那么就需要重置一次。通常情況下，重置方法有兩種，一種是自動重置，一種是鍵重置。時(shí)鐘電路實(shí)質(zhì)上是一種晶振，它為單片機(jī)提供方波信號，所以它的運(yùn)算速度和處理能力完全取決于時(shí)鐘電路。倒相放大器的輸入端子是XTAL1，而反向放大器的輸出端子是XTAL2。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖3.1所示。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.1.1STC89C52單片機(jī)簡介STC89C52單片機(jī)是一個(gè)8位的低功耗、高性能的8位微處理器，它的內(nèi)存為8Kb。在單片上，采用了8位可編程的CPU，以及可編程的Flash，使其功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展性強(qiáng)，適合多種類型的嵌入式系統(tǒng)及控制應(yīng)用。3.1.2時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)以時(shí)鐘為核心的微控制器中的各個(gè)功能模塊以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有序地工作。所以，時(shí)鐘頻率對微控制器的工作速率有很大的影響，而時(shí)鐘電路的好壞又會影響到微控制器的工作穩(wěn)定與否。本次課題設(shè)計(jì)中的時(shí)鐘電路，采用了12MHz的晶體振蕩器作為振蕩源，因?yàn)樵谖⒖刂破髦杏幸粋€(gè)振蕩電路，因此選擇了兩個(gè)電容CX1和CX2，它們都是20PF。在單片機(jī)中，以管腳XTAL1作為輸入，以管腳XTAL2作為輸出端，用來組成振蕩器。這兩個(gè)管腳分別連接晶體振蕩器、電容，組成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩電路。時(shí)鐘電路如圖3.2所示。圖3.2時(shí)鐘電路3.1.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路是在微控制器的重置管腳RST外接電容、電阻，實(shí)現(xiàn)上電重置。復(fù)位電平的寬度要比MCU的兩個(gè)機(jī)器循環(huán)要長，重置電平只有在重置電平維持在兩個(gè)機(jī)器循環(huán)以上時(shí)才生效。本次課題設(shè)計(jì)將復(fù)位電路接上電容和電阻，電容和電阻的另一端分別接上正電源和地電源，然后將復(fù)位引腳與STC89C52單片機(jī)的引腳RST相連。復(fù)位電路如圖3.3所示。圖3.3復(fù)位電路3.2傳感器電路設(shè)計(jì)本次課題設(shè)計(jì)采用的是各種傳感器模塊，它將采集到的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再利用通訊協(xié)議將該數(shù)位訊號傳送至微控制器，再經(jīng)由微控制器將該數(shù)位訊號以有線或無線的方式傳送至其它元器件，完成相關(guān)的功能。另外光敏傳感器和空氣質(zhì)量傳感器需要借助ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。3.2.1光敏傳感器接口電路設(shè)計(jì)光敏電阻本質(zhì)上就是一個(gè)純電阻元件，其制作材料是半導(dǎo)體，沒有正負(fù)極性之分。它可以與直流線路相連，也可以與交流供電線路相連。本次課題設(shè)計(jì)中光敏傳感器的一個(gè)引腳接地電源另一個(gè)引腳接一個(gè)電阻，將電阻另一端接正電源。然后將連接好的光敏傳感器及電阻一起與ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的引腳CH1相連。ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的引腳CS、CLK分別與STC89C52單片機(jī)的引腳P3.5、P3.7相連接，將引腳DO和DI一起與STC89C52單片機(jī)的引腳P3.6相連。引腳VCC接正電源，GND接地電源。光敏傳感器接口電路設(shè)計(jì)如圖3.4所示。圖3.4光敏傳感器接口電路設(shè)計(jì)3.2.2雨滴傳感器接口電路設(shè)計(jì)雨滴感應(yīng)器與一組暴露的銅導(dǎo)線，共同作為一個(gè)可變電阻器，它的阻值隨其表面的水含量而改變。水面越多，電導(dǎo)率越高，阻力越小。表層水分越少，電導(dǎo)率越低，阻力越大。該傳感器基于電阻值，生成一個(gè)輸出的電壓，經(jīng)過測量，判斷有無降雨。本次課題設(shè)計(jì)將雨滴傳感器的引腳2-DO與STC89C52單片機(jī)的引腳P2.2相連接，引腳3-GND接地電源，引腳4-VCC接正電源。雨滴傳感器接口電路設(shè)計(jì)如圖3.5所示。圖3.5雨滴傳感器接口電路設(shè)計(jì)3.2.3溫濕度傳感器接口電路設(shè)計(jì)DHT11傳感器基于濕度的影響和導(dǎo)電材料的特性變化。傳感器通過濕度感測器檢測環(huán)境中的濕度，并通過溫度感測器檢測環(huán)境的溫度。濕度檢測：該傳感器的感應(yīng)部件含有一種特別的物質(zhì)，它被涂上了一層濕氣感應(yīng)器。這種涂料的電阻隨環(huán)境濕度的增大而改變。這種阻值的改變將由感應(yīng)器的控制回路來檢測，并轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的濕度。溫度檢測：該傳感器采用熱敏電阻對周圍溫度進(jìn)行檢測。熱敏電阻器的阻值將隨外界溫度的不同而發(fā)生變化。該感應(yīng)器的控制線路會測出該阻值，并把它轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的溫度。數(shù)字信號輸出：傳感器測量完濕度和溫度后，通過數(shù)字信號輸出接口將這些數(shù)據(jù)傳送給外部設(shè)備。數(shù)據(jù)以數(shù)字形式進(jìn)行傳輸，常見的通信協(xié)議是單線串行通信。本次課題設(shè)計(jì)將溫濕度傳感器的引腳2-DATA與STC89C52單片機(jī)的引腳P2.0相連。引腳1-VCC接正電源，引腳4-GND接地電源。溫濕度傳感器接口電路設(shè)計(jì)如圖3.6所示。圖3.6溫濕度傳感器接口電路設(shè)計(jì)3.2.4人體紅外傳感器接口電路設(shè)計(jì)人體紅外傳感器是一種用于檢測和感知身體熱量傳遞的傳感器。它可以檢測和測量身體形成的紅外輻射，從而實(shí)現(xiàn)對人體存在和活動的感知。人體紅外傳感器的工作原理是基于身體發(fā)出的紅外線輻射和紅外線探測技術(shù)。當(dāng)人體處于激活狀態(tài)時(shí)，表面會釋放熱量，產(chǎn)生紅外線輻射。它采用紅外檢測器，從人體內(nèi)接收紅外光，然后轉(zhuǎn)化成電信號。本次課題設(shè)計(jì)將人體紅外傳感器模塊的引腳OUT與STC89C52單片機(jī)的引腳P2.3相連接，引腳VCC接正電源，引腳GND接地電源。人體紅外傳感器接口電路設(shè)計(jì)如圖3.7所示。圖3.7人體紅外傳感器接口電路設(shè)計(jì)3.2.5空氣質(zhì)量傳感器接口電路設(shè)計(jì)本次課題設(shè)計(jì)采用MQ135空氣質(zhì)量傳感器，它是MQ氣體傳感器的一種，用于檢測、測量和監(jiān)測空氣中存在的各種氣體，如氨、酒精、苯、煙霧、二氧化碳等。它在5V電源和150mA下工作消耗。需要注意，在操作前需要預(yù)熱20秒，以獲得準(zhǔn)確的輸出。如果氣體濃度超過空氣中的閾值限制，則數(shù)字輸出引腳變?yōu)楦唠娖?。閾值可以通過使用傳感器的電位器來改變。模擬輸出電壓是從傳感器的模擬引腳獲得的，它給出了空氣中存在的氣體濃度的近似值。本次課題設(shè)計(jì)將MQ135的引腳1-AO與ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的引腳CH0相連，引腳3-GND接地電源，引腳4-VCC接正電源。ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的引腳CS、CLK分別與STC89C52單片機(jī)的引腳P3.5、P3.7相連，將引腳DO和DI一起與STC89C52單片機(jī)的引腳P3.6相連。引腳VCC接正電源，GND接地電源?？諝赓|(zhì)量傳感器接口電路設(shè)計(jì)如圖3.8所示。圖3.8空氣質(zhì)量傳感器接口電路設(shè)計(jì)3.3報(bào)警電路設(shè)計(jì)蜂鳴器是一種能夠發(fā)出持續(xù)或間斷的聲音信號的設(shè)備，通常用于發(fā)出警報(bào)、提醒、提示或指示的作用。蜂鳴器的聲音通常具有較高的頻率和強(qiáng)烈的幅度，以確保其能夠在嘈雜環(huán)境中被清楚地聽到。蜂鳴器一般是利用振膜振動或震動物體而工作的，它有常規(guī)的電磁蜂鳴器、壓電式蜂鳴器和磁力蜂鳴器。電磁蜂鳴器是利用交變電磁場對振膜進(jìn)行振動，以實(shí)現(xiàn)發(fā)聲。壓電式蜂鳴器采用的是壓電效應(yīng)，在外加電壓的作用下，使其變形并發(fā)出聲響。磁力蜂鳴器是利用磁力來震動磁物而發(fā)出聲響。蜂鳴器模塊如圖3.9所示。圖3.9蜂鳴器模塊本次課題設(shè)計(jì)中使用了無源蜂鳴器，蜂鳴器的驅(qū)動電路由三極管、蜂鳴器、電阻三個(gè)部分組成。三極管Q1用作一個(gè)開關(guān)，它的高電平使得三極管接通，從而發(fā)出蜂鳴器的聲音；當(dāng)電壓較低時(shí)，三極管關(guān)斷，蜂鳴器就不會發(fā)出聲音。電阻器R3是一個(gè)限流電阻器，它可以避免過大的基極電流對三極管造成損壞。無源蜂鳴器是沒有正負(fù)之分的，將兩端引腳分別一個(gè)接正電源，一個(gè)接三極管，然后將三極管的另一個(gè)引腳接地電源，之后再接入一個(gè)電阻，將電阻的另一端接入STC89C52單片機(jī)的引腳P2.1上。這樣就形成了一個(gè)報(bào)警電路，與之相連接的元器件被觸發(fā)后由單片機(jī)的P2.1引腳控制，當(dāng)P2.1輸出低電平時(shí)，三級管Q1關(guān)斷，沒有電流流過線圈，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)P2.1輸出高電平時(shí)，三極管Q1接通，這樣蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音。報(bào)警電路設(shè)計(jì)如圖3.10所示。圖3.10報(bào)警電路設(shè)計(jì)3.4電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)本次課題設(shè)計(jì)采用28BYJ48步進(jìn)電機(jī)和ULN2003電機(jī)驅(qū)動板構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動模塊。步進(jìn)電動機(jī)工作時(shí)，采用開環(huán)控制方式，將脈沖信號轉(zhuǎn)化為線性位移和等效角度位移。步進(jìn)電機(jī)的速度僅取決于脈沖數(shù)目和脈沖信號的頻率，而不受載荷（如停點(diǎn)）的影響。每次向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出一道脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就會以預(yù)定的“步距角”，按預(yù)定的角度向前移動。只需計(jì)算輸入脈沖的個(gè)數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)精確定位，步進(jìn)電機(jī)精確定位；輸入脈沖的頻率決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度。步進(jìn)馬達(dá)在開關(guān)窗的速度和位置控制上，沒有累積誤差，只有階段性誤差，十分可靠。電機(jī)驅(qū)動模塊如圖3.11所示。圖3.11電機(jī)驅(qū)動模塊本次課題設(shè)計(jì)將電機(jī)驅(qū)動板的引腳IN1、IN2、IN3、IN4分別與STC89C52單片機(jī)的引腳P2.4、P2.5、P2.6、P2.7相連。電機(jī)驅(qū)動板的引腳OUT1、OUT2、OUT3、OUT4分別與步進(jìn)電機(jī)的引腳2（橙色）、3（黃色）、4（粉色）、5（藍(lán)色）相連，步進(jìn)電機(jī)引腳1（紅色）接正電源。電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)如圖3.12所示。圖3.12電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)3.5顯示電路設(shè)計(jì)3.5.1LCD1602液晶簡介LCD1602液晶顯示器由16列2行共32個(gè)字符組成，每個(gè)字符可顯示5×8點(diǎn)陣的圖形。它采用帶背光的單色屏幕，通常顯示黑色字符，可在藍(lán)色背光的照明下清晰顯示。它具有低功耗、易于控制和廣泛使用的特點(diǎn)，廣泛用于各種嵌入式系統(tǒng)、家電產(chǎn)品和科技應(yīng)用中。LCD1602液晶通過和微控制器等外部設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)文字、數(shù)字等的顯示。通常它采用并行接口，需要幾個(gè)引腳來控制數(shù)據(jù)和命令的傳輸。有時(shí)也可以通過I2C接口進(jìn)行通信。為了控制LCD1602液晶的顯示，通常需要使用特定的LCD控制芯片，如HD44780等。這些控制芯片內(nèi)置了驅(qū)動電路和字符發(fā)生器，可以讓用戶通過發(fā)送不同的指令和數(shù)據(jù)來控制液晶的顯示內(nèi)容和位置。3.5.2LCD1602液晶接口電路設(shè)計(jì)本次課題設(shè)計(jì)選擇的顯示器是16個(gè)引腳的LCD1602液晶。接口電路設(shè)計(jì)：將LCD1602的引腳VSS接地電源，引腳VCC接正電源，引腳VO接一個(gè)排阻RP1，并且RP1需要接地電源和正電源，RP1是一種機(jī)械式開關(guān)，其內(nèi)部由電磁鐵和觸點(diǎn)組成。通過控制線圈來控制觸點(diǎn)的閉合和斷開，從而實(shí)現(xiàn)電路的隔離和切換。LCD1602的引腳RS、R/W和E分別與STC89C52單片機(jī)的引腳P1.0、P1.1和P1.2相連。LCD1602的引腳D0~D7分別與STC89C52單片機(jī)的引腳P0.0~P0.7相連。引腳BLA接正電源，引腳BLK接地電源。LCD1602液晶接口電路設(shè)計(jì)如圖3.13所示。圖3.13LCD1602液晶接口電路設(shè)計(jì)3.6無線通信電路設(shè)計(jì)3.6.1藍(lán)牙簡介藍(lán)牙模塊是將藍(lán)牙技術(shù)與其相結(jié)合，使其能夠在多個(gè)終端間進(jìn)行無線通訊及數(shù)據(jù)傳輸。藍(lán)牙模塊一般包含藍(lán)牙芯片，天線，射頻器件，外接接口等部件，可直接與多種電子產(chǎn)品相結(jié)合，從而達(dá)到藍(lán)牙通訊的目的。藍(lán)牙是一種能夠在小范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送與通訊的無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。藍(lán)牙技術(shù)使用了2.4GHz的無線電頻段，采用短距通信技術(shù)，常用于連接不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，如手機(jī)、平板電腦、耳機(jī)、音箱、智能手表、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等。3.6.2藍(lán)牙接口電路設(shè)計(jì)藍(lán)牙模塊是智能窗控制器和手機(jī)之間的一個(gè)接口，使用者可以通過手機(jī)上的藍(lán)牙串口APP來控制窗口的開啟和關(guān)閉。藍(lán)牙模塊的引腳1-TXD、2-RXD分別與STC89C52單片機(jī)的引腳P3.1、P3.0相連。引腳3-GND接地電源，引腳4-VCC接正電源。藍(lán)牙接口電路設(shè)計(jì)如圖3.14所示。圖3.14藍(lán)牙接口電路設(shè)計(jì)3.7鍵盤電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤是一個(gè)很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是最常見的輸入裝置。用鍵盤進(jìn)行數(shù)據(jù)或指令的輸入，可以進(jìn)行簡單的人機(jī)交互。在設(shè)定的功能鍵和數(shù)值鍵被按下后，由單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)其所規(guī)定的功能。針對一套按鍵或一套鍵盤，通過一種接口電路連接到微控制器上。單片機(jī)可以通過查詢或者中斷的方法來知道是否有按鍵輸入，并查看是哪個(gè)按鍵被按下，如果有一個(gè)按鍵被按下，就會跳到對應(yīng)的鍵盤處理程序，如果沒有按鍵，那么就會繼續(xù)進(jìn)行其它的程序。本次課題設(shè)計(jì)采用三個(gè)獨(dú)立式按鍵，每個(gè)按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。將按鍵K1、K2和K3的一端引腳分別接入STC89C52單片機(jī)的引腳P1.3、P1.4和P1.5上，按鍵K1、K2和K3的另一端全部接地電源。鍵盤電路設(shè)計(jì)如圖3.15所示。圖3.15鍵盤電路設(shè)計(jì)

4軟件程序設(shè)計(jì)4.1開發(fā)平臺軟件的選擇與簡介本次課題設(shè)計(jì)選擇Keil5作為開發(fā)平臺軟件。Keil5開發(fā)平臺軟件界面如圖4.1所示。圖4.1Keil5開發(fā)平臺軟件界面Keil5是一款嵌入式軟件開發(fā)工具，用于編寫、調(diào)試和測試嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序。該軟件為用戶提供了一系列的功能和工具，包括代碼編輯器、編譯器、調(diào)試器、仿真器和性能分析器等。Keil5支持多種編程語言，包括C、C++和匯編語言，并且與許多流行的嵌入式操作系統(tǒng)兼容。它還提供了許多實(shí)用工具，如實(shí)時(shí)變量監(jiān)視器、內(nèi)存映射器和時(shí)間線分析器，以幫助開發(fā)人員在開發(fā)過程中進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化。Keil5支持多種MCU芯片的開發(fā)，包括ARM、8051等，它集成了開發(fā)工具鏈，可以方便地進(jìn)行開發(fā)、編譯、調(diào)試和燒錄等操作。4.2主程序設(shè)計(jì)在主程序中，首先要對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，之后系統(tǒng)進(jìn)入while主循環(huán)。在整個(gè)主循環(huán)中，首先進(jìn)入第一個(gè)按鍵函數(shù)，該函數(shù)主要分為兩個(gè)部分。第一個(gè)部分主要是調(diào)用按鍵掃描函數(shù)獲取按鍵的鍵值，第二個(gè)部分主要是通過獨(dú)立按鍵值進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)處理操作，例如切換顯示界面、修改設(shè)置顯示界面上的閾值、控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)功能。其次進(jìn)入第二個(gè)傳感器數(shù)據(jù)采集函數(shù)，該函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)檢測功能，可以控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及報(bào)警器報(bào)警的功能。再次進(jìn)入第三個(gè)顯示函數(shù)，該函數(shù)能夠根據(jù)不同的顯示標(biāo)志去顯示相對應(yīng)且不同的界面，其顯示界面顯示的內(nèi)容分別是溫度、濕度、空氣質(zhì)量閾值、光照強(qiáng)度閾值，根據(jù)按鍵鍵值可以切換界面以及修改設(shè)置其顯示的閾值。將傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理完之后，最后進(jìn)入第四個(gè)處理函數(shù)，該函數(shù)主要判斷當(dāng)前傳感器采集到的數(shù)據(jù)是否超過閾值，如果超過閾值將會啟動報(bào)警器或步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，如果沒有超過閾值將會在顯示器上顯示當(dāng)前閾值。主程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2主程序流程圖

4.3傳感器數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)在傳感器數(shù)據(jù)采集程序中，系統(tǒng)進(jìn)入初始化，各種傳感器模塊程序開始運(yùn)行。傳感器模塊將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后通過通信協(xié)議將數(shù)字信號傳輸給主控制器進(jìn)行處理，然后主控制器將這些處理過的數(shù)字信號，通過有線或無線的方式發(fā)送給其它元器件來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。另外經(jīng)過系統(tǒng)核心主控制器的任何數(shù)據(jù)都會與先前設(shè)置的閾值進(jìn)行對比，判斷接收到的數(shù)據(jù)是否大于先前設(shè)置的閾值。如果大于閾值的話，則會被觸發(fā)，反之不會被觸發(fā)。第一光敏傳感器模塊函數(shù)，該函數(shù)通過檢測環(huán)境的陽光度是否強(qiáng)烈，如果強(qiáng)烈步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)窗戶打開。第二溫濕度傳感器模塊函數(shù)，該函數(shù)通過檢測環(huán)境的溫度或濕度是否過高，如果過高步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)窗戶打開。第三空氣質(zhì)量傳感器模塊函數(shù)，該函數(shù)通過檢測空氣中的有害氣體是否超標(biāo)，如果超標(biāo)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)窗戶打開并且報(bào)警器報(bào)警。第四人體紅外傳感器模塊函數(shù)，該函數(shù)通過檢測環(huán)境中是否有人進(jìn)入檢測范圍內(nèi)，如果有人進(jìn)入報(bào)警器將會報(bào)警。第五雨滴傳感器模塊函數(shù)，該函數(shù)通過檢測外界環(huán)境中是否下雨，如果下雨步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)窗戶關(guān)閉。傳感器數(shù)據(jù)采集程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3傳感器數(shù)據(jù)采集程序流程圖4.4報(bào)警程序設(shè)計(jì)在報(bào)警程序中，系統(tǒng)進(jìn)入初始化，經(jīng)過系統(tǒng)核心主控制器的任何數(shù)據(jù)都會與先前設(shè)置的閾值進(jìn)行對比，判斷接收到的數(shù)據(jù)是否大于先前設(shè)置的閾值。如果大于閾值的話，則會被觸發(fā)，反之不會被觸發(fā)。首先系統(tǒng)設(shè)置報(bào)警值，其次進(jìn)入傳感器模塊進(jìn)行環(huán)境檢測，之后將檢測到的數(shù)值進(jìn)行判斷是否小于報(bào)警值。如果小于報(bào)警值，將繼續(xù)返回到傳感器模塊環(huán)境檢測中繼續(xù)檢測，如果大于報(bào)警值，則報(bào)警器報(bào)警。報(bào)警程序流程圖如圖4.4所示。圖4.4報(bào)警程序流程圖4.5電機(jī)驅(qū)動程序設(shè)計(jì)在電機(jī)驅(qū)動程序中，系統(tǒng)進(jìn)入初始化，經(jīng)過系統(tǒng)核心主控制器的任何數(shù)據(jù)都會與先前設(shè)置的閾值進(jìn)行對比，判斷接收到的數(shù)據(jù)是否大于先前設(shè)置的閾值。如果大于閾值的話，則會被觸發(fā)，反之不會被觸發(fā)。首先系統(tǒng)設(shè)置電機(jī)啟動閾值，其次進(jìn)入傳感器模塊進(jìn)行環(huán)境檢測，之后將檢測到的數(shù)值進(jìn)行判斷是否小于電機(jī)啟動閾值。如果小于電機(jī)啟動閾值，將繼續(xù)返回到傳感器模塊環(huán)境檢測中繼續(xù)檢測，如果大于電機(jī)啟動閾值，則將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，電機(jī)正轉(zhuǎn)窗戶打開，電機(jī)反轉(zhuǎn)窗戶關(guān)閉。電機(jī)驅(qū)動程序流程圖如圖4.5所示。圖4.5電機(jī)驅(qū)動程序流程圖4.6液晶顯示程序設(shè)計(jì)在液晶顯示程序中，系統(tǒng)進(jìn)入初始化，首先進(jìn)入讀取/顯示檢測值函數(shù)，該函數(shù)能夠通過傳感器模塊將外界環(huán)境中采集到的數(shù)據(jù)顯示在主界面中，還能夠?qū)崟r(shí)顯示出數(shù)據(jù)改變情況以便我們觀察。最開始的時(shí)候主界面顯示的是先前設(shè)置的初始值，主界面顯示的數(shù)據(jù)分別是溫度值、濕度值、空氣質(zhì)量值和光照值。根據(jù)傳感器外界環(huán)境檢測值來判斷報(bào)警器報(bào)警或步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。液晶顯示程序流程圖如圖4.6所示。圖4.6液晶顯示程序流程圖4.7無線通信程序設(shè)計(jì)在無線通信程序中，系統(tǒng)進(jìn)入初始化，本次課題設(shè)計(jì)采用藍(lán)牙模塊作為無線通信模塊。首先藍(lán)牙模塊進(jìn)入初始化，其次設(shè)備檢測連接，然后設(shè)備是否連接上，是否有回應(yīng)。如果設(shè)備沒有連接上，那么將返回到檢測連接中，直到設(shè)備連接上為止。如果設(shè)備連接上了卻沒有藍(lán)牙模塊的回應(yīng)，那么將返回到連接處繼續(xù)連接，直到藍(lán)牙模塊有回應(yīng)為止。設(shè)備與藍(lán)牙模塊成功建立連接的話，那么設(shè)備和藍(lán)牙模塊之間就可以互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。無線通信程序流程圖如圖4.7所示。圖4.7無線通信程序流程圖4.8鍵盤程序設(shè)計(jì)在鍵盤程序中，系統(tǒng)進(jìn)入初始化，首先進(jìn)入按鍵掃描函數(shù)，其次判斷是否有按鍵按下，如果有按鍵按下則獲取按鍵值，如果沒有則結(jié)束進(jìn)程。本次課題設(shè)計(jì)采用三個(gè)獨(dú)立式按鍵，每個(gè)按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。如果當(dāng)前獲取的鍵值為K1時(shí)，則切換系統(tǒng)設(shè)置界面，還可以選擇要修改的閾值。如果當(dāng)前獲取的鍵值為K2時(shí)，則選擇的閾值加1。如果當(dāng)前獲取的鍵值為K3時(shí)，則選擇的閾值減1。另外在主顯示界面中，如果當(dāng)前獲取的鍵值為K2時(shí)，可以讓電機(jī)正轉(zhuǎn)打開窗戶。如果當(dāng)前獲取的鍵值為K3時(shí)，可以讓電機(jī)反轉(zhuǎn)關(guān)閉窗戶。鍵盤程序流程圖如圖4.8所示。圖4.8鍵盤程序流程圖

5功能樣機(jī)測試5.1系統(tǒng)實(shí)物的測試步驟首先用Keil5軟件編寫好的程序生成.hex文件，之后把程序.hex文件導(dǎo)入到單片機(jī)主板內(nèi)。第一步把實(shí)物接上電源，系統(tǒng)進(jìn)入初始化，顯示器顯示初始值，所以元器件開始運(yùn)轉(zhuǎn)。第二步檢查實(shí)物電路是否完好無損，各個(gè)元器件是否正常工作，整體確認(rèn)無誤后開始測試。第三步測試光敏傳感器模塊功能，當(dāng)陽光充足時(shí)，光敏傳感器檢測到光線強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定閾值，即可觸發(fā)自動開窗機(jī)制。第四步測試雨滴傳感器模塊功能，雨滴傳感器能夠感知雨滴的大小和數(shù)量，當(dāng)檢測到雨滴達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，可以觸發(fā)自動關(guān)窗機(jī)制。第五步測試溫濕度傳感器模塊功能，溫濕度傳感器結(jié)合光敏傳感器和雨滴傳感器的信號，當(dāng)室內(nèi)溫度和濕度達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，也可以觸發(fā)自動開窗機(jī)制。第六步測試人體紅外傳感器模塊功能，人體紅外傳感器能夠感知到人體的紅外熱輻射，當(dāng)有人試圖翻窗進(jìn)入監(jiān)測范圍時(shí)，能夠?qū)崟r(shí)檢測到人體的存在，并立即觸發(fā)報(bào)警。第七步測試空氣質(zhì)量傳感器模塊功能，空氣質(zhì)量傳感器檢測到室內(nèi)有煙霧、二氧化碳等有害氣體時(shí)，將會觸發(fā)自動開窗機(jī)制，并立即觸發(fā)報(bào)警。第八步測試藍(lán)牙模塊功能，這種模塊可以與窗戶控制器相連接，并通過手機(jī)、電腦或其他遠(yuǎn)程設(shè)備發(fā)送指令控制窗戶的開關(guān)。顯示器顯示的初始值都可以通過獨(dú)立按鍵進(jìn)行修改，按鍵K1切換主界面以及選中要修改的初始值，按鍵K2初始值加1，按鍵K3初始值減1。另外按鍵K2可以控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，按鍵K3可以控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5.1所示。圖5.1系統(tǒng)實(shí)物圖5.2系統(tǒng)測試5.2.1陽光充足時(shí)自動開窗功能測試陽光充足時(shí)自動開窗功能需要用到光敏傳感器模塊，在測試的時(shí)候可以將實(shí)物放在室外陽光充足的地方，也可以在室內(nèi)用手機(jī)自帶的手電筒去照光敏傳感器。光敏傳感器是對外界光信號或光輻射有響應(yīng)或轉(zhuǎn)換功能的敏感裝置。本人測試是在室內(nèi)用手機(jī)自帶的手電筒，讓手電筒照射在光敏傳感器上，光照度值高于先前設(shè)置的初始值，步進(jìn)電機(jī)開始正轉(zhuǎn)。陽光充足時(shí)自動開窗功能正常。如圖5.2所示。圖5.2陽光充足時(shí)自動開窗功能測試5.2.2雨天時(shí)自動關(guān)窗功能測試雨天時(shí)自動關(guān)窗功能需要用到雨滴傳感器模塊，在測試的時(shí)候可以將實(shí)物中的雨滴傳感器模塊上的感應(yīng)墊放在室外有雨的地方，也可以在室內(nèi)滴幾滴水在感應(yīng)墊上。雨滴傳感器帶有一系列裸露銅走線的感應(yīng)墊一起用作可變電阻器，其電阻值根據(jù)其表面的水量而變化。本人測試是在室內(nèi)滴幾滴水在感應(yīng)墊上，裸露銅走線被水橋接，步進(jìn)電機(jī)開始反轉(zhuǎn)。雨天時(shí)自動關(guān)窗功能正常。如圖5.3所示。圖5.3雨天時(shí)自動關(guān)窗功能測試5.2.3當(dāng)有人試圖翻窗進(jìn)入時(shí)自動報(bào)警功能測試當(dāng)有人試圖翻窗進(jìn)入時(shí)自動報(bào)警功能需要用到人體紅外傳感器模塊，在測試的時(shí)候可以調(diào)節(jié)人體紅外傳感器模塊的檢測范圍。人體紅外傳感器是一種用于檢測和感知身體熱量傳遞的傳感器。本人測試是用手靠近人體紅外檢測范圍內(nèi)，報(bào)警器發(fā)出聲響。當(dāng)有人試圖翻窗進(jìn)入時(shí)自動報(bào)警功能正常。如圖5.4所示。圖5.4當(dāng)有人試圖翻窗進(jìn)入時(shí)自動報(bào)警功能測試5.2.4檢測到空氣中的有害氣體時(shí)自動開窗并報(bào)警功能測試檢測到空氣中的有害氣體時(shí)自動開窗并報(bào)警功能需要用到空氣質(zhì)量傳感器模塊，用于檢測、測量和監(jiān)測空氣中存在的各種氣體，如氨、酒精、苯、煙霧、二氧化碳等。本人測試是用打火機(jī)對著空氣質(zhì)量傳感器釋放有害氣體，有害氣體值高于先前設(shè)置的初始值，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)并且報(bào)警器發(fā)出聲響。檢測到空氣中的有害氣體時(shí)自動開窗并報(bào)警功能正常。如圖5.5所示。圖5.5檢測到空氣中的有害氣體時(shí)自動開窗并報(bào)警功能測試5.2.5遠(yuǎn)程控制窗戶開關(guān)功能測試遠(yuǎn)程控制窗戶開關(guān)功能需要用到無線通信模塊，本次課程設(shè)計(jì)選擇藍(lán)牙模塊作為無線通信模塊。這種模塊可以與窗戶控制器相連接，并通過手機(jī)、電腦或其他遠(yuǎn)程設(shè)備發(fā)送指令控制窗戶的開關(guān)。首先在手機(jī)上打開藍(lán)牙和位置，手機(jī)與藍(lán)牙成功建立連接后，打開先前下載好的APP，點(diǎn)擊APP對話模式，輸入open指令，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，輸入close指令，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，并且相關(guān)數(shù)據(jù)能在手機(jī)APP上完整的顯示出來。遠(yuǎn)程控制窗戶開關(guān)功能正常。遠(yuǎn)程控制窗戶開關(guān)功能測試如圖5.6所示。手機(jī)APP界面如圖5.7所示。圖5.6遠(yuǎn)程控制窗戶開關(guān)功能測試圖5.7手機(jī)APP界面5.3數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析是智能窗控制器中的重要環(huán)節(jié)。通過對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、趨勢預(yù)測和模式識別等處理，可以深入了解智能窗工作狀況及其變化趨勢。我們用各個(gè)傳感器模塊將外部環(huán)境探測到的變化反饋給單片機(jī)，單片機(jī)基于這些信號的變化對外部環(huán)境進(jìn)行判定，再按照內(nèi)部設(shè)置的程序，對電動機(jī)驅(qū)動模塊進(jìn)行指令，使其完成相應(yīng)的動作，以此來完成智能窗控制器的各項(xiàng)功能。然后傳感器采集到的數(shù)據(jù)需要以直觀的方式進(jìn)行展示，以便用戶快速了解智能窗工作狀況。常見的展示方式包括圖表、報(bào)告和實(shí)時(shí)監(jiān)控界面等。下面就是各個(gè)傳感器采集到的數(shù)據(jù)以及智能窗、報(bào)警器工作狀態(tài)，由表格的形式展現(xiàn)。Temp溫度℃Humi濕度%KQZL空氣質(zhì)量%Light光照度%設(shè)置的閾值35503080當(dāng)前的閾值40627385窗戶工作狀態(tài)打開打開打開打開報(bào)警器工作狀態(tài)報(bào)警同時(shí)，還需要對分析結(jié)果進(jìn)行解讀，為用戶提供針對性的建議和改進(jìn)措施。

總結(jié)本次課題設(shè)計(jì)了一種簡單的智能窗控制器，根據(jù)在學(xué)校、網(wǎng)上、參考文獻(xiàn)以及老師的指導(dǎo)所學(xué)到的知識，運(yùn)用單片機(jī)和電路的一些基本知識，順利完成了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗控制器設(shè)計(jì)。整個(gè)實(shí)物以STC89C52單片機(jī)作為主控制器，各種傳感器模塊，外加電機(jī)驅(qū)動模塊、無線通信模塊、顯示模塊、報(bào)警電路、復(fù)位電路、鍵盤電路和電源電路設(shè)計(jì)而成的?？偟脑韥碚f就是利用各個(gè)傳感器模塊將外部環(huán)境探測到的變化反饋給單片機(jī)，單片機(jī)基于這些信號的變化對外部環(huán)境進(jìn)行判定，再按照內(nèi)部設(shè)置的程序，對電動機(jī)驅(qū)動模塊進(jìn)行指令，使其完成相應(yīng)的動作，以此來完成智能窗控制器的各項(xiàng)功能。本次課題設(shè)計(jì)也有許多不足之處，在此基礎(chǔ)上我們還可以增加其它的功能，例如在有風(fēng)的情況下，可以對室外的空氣速度進(jìn)行監(jiān)測，使之能夠在有風(fēng)的情況下，自動關(guān)上窗戶。如果進(jìn)一步深入還可以語音控制和定時(shí)開關(guān)窗，這樣就能更好的方便用戶了。智能窗控制器設(shè)計(jì)在市場上具有廣闊的前景。隨著人們對生活品質(zhì)的要求不斷提高，智能家居設(shè)備成為了消費(fèi)市場的熱門產(chǎn)品之一。智能窗控制器作為一種新型的智能家居設(shè)備，不僅帶來了智能化和便捷性，還能提升居住環(huán)境的舒適度和節(jié)能效果，滿足人們對高品質(zhì)生活的追求。盡管在研究中存在一些挑戰(zhàn)和技術(shù)難題，如數(shù)據(jù)安全、算法優(yōu)化和系統(tǒng)集成等，但基于物聯(lián)網(wǎng)的智能窗控制器設(shè)計(jì)已經(jīng)進(jìn)入蓬勃發(fā)展的階段，并具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著人們對生活品質(zhì)要求的提高和智能家居市場的不斷發(fā)展，智能窗控制器作為一種新穎的智能家居設(shè)備，具有巨大的市場潛力。與此同時(shí)，在本次課題設(shè)計(jì)的過程中，也出現(xiàn)了不少的問題，但是經(jīng)過與老師的交流，利用網(wǎng)上的資料和查閱相關(guān)的資料以及參考文獻(xiàn)，很多問題都迎刃而解了。通過這次課題設(shè)計(jì)，我對我所學(xué)過的專業(yè)知識進(jìn)行了強(qiáng)化，同時(shí)也讓我將理論知識和實(shí)際操作緊密地聯(lián)系在一起，通過自我檢查，發(fā)現(xiàn)自己還有哪些地方需要改進(jìn)，以便在以后的學(xué)習(xí)中不斷地改進(jìn)和提高。

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