智能窗戶(hù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試一、選題的依據(jù)與意義隨著環(huán)保和節(jié)能日益受到重視，能源合理利用的呼聲越來(lái)越大，同時(shí)節(jié)能產(chǎn)品的研制和開(kāi)發(fā)取得較大進(jìn)展。日常生活中大部分人們的生活節(jié)奏漸漸加快，長(zhǎng)時(shí)間的重心都放在工作以及其他方面，對(duì)家中環(huán)境卻缺少關(guān)注。如果工作在外或者外出游玩，那么家中窗戶(hù)便是首先應(yīng)該考慮的因素，是否可以預(yù)防小偷、是否可以合適的保護(hù)家中環(huán)境、是否可以預(yù)防突發(fā)的惡劣天氣等意外情況，這些情況都對(duì)戶(hù)主家庭環(huán)境、財(cái)產(chǎn)安全等有著或大或小的威脅，那么智能窗戶(hù)控制系統(tǒng)就可以在此時(shí)派上用場(chǎng)。一款合適的智能窗戶(hù)系統(tǒng)可以在關(guān)鍵時(shí)刻保護(hù)家庭環(huán)境、財(cái)產(chǎn)安全等問(wèn)題，還可以讓?xiě)糁髟谕涥P(guān)窗時(shí)通過(guò)遠(yuǎn)程控制完成，非常方便有效。如果需要，還可以設(shè)置與溫度、空氣質(zhì)量等相關(guān)的條件，使得窗戶(hù)更加智能化。畢業(yè)設(shè)計(jì)思路1、通過(guò)討論確定選題；2、通過(guò)查找資料確定作品設(shè)計(jì)方案及所需材料；3、通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法完成電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)；4、通過(guò)電子產(chǎn)品焊、裝、調(diào)、測(cè)完成作品制作；5、通過(guò)資料查閱、總結(jié)歸納、文本撰寫(xiě)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)成果說(shuō)明表；6、通過(guò)信息化手段在愛(ài)數(shù)據(jù)云盤(pán)發(fā)布全部設(shè)計(jì)文檔。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)成果形成的過(guò)程3.1系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)主要是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)Internet通信控制單片機(jī)、雨滴傳感器和溫濕度傳感器等簡(jiǎn)單完成智能窗戶(hù)系統(tǒng)的基本操作和功能。本作品系統(tǒng)采用Stc15w4k564系列單片機(jī)作為主控芯片，DC-005電源模塊、直流電源模塊、5.5-2.1MMdc電源模塊，Esp8266wifi模塊，繼電器模塊，以及電機(jī)和驅(qū)動(dòng)板。Stc15w4k564單片機(jī)模塊上的串口通信配置Esp8266wifi模塊，并且完成接受Esp8266wifi模塊對(duì)各模塊的基本指令要求，電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)板，實(shí)現(xiàn)在面對(duì)雨水等情況時(shí)智能窗戶(hù)系統(tǒng)做出基本反應(yīng)，使得窗戶(hù)可以完成自動(dòng)開(kāi)關(guān)的功能。傳送層可以通過(guò)WIFI模塊將智能窗戶(hù)系統(tǒng)作為客戶(hù)端連接上網(wǎng)，再通過(guò)設(shè)計(jì)的專(zhuān)屬手機(jī)APP，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)端發(fā)送基本指令要求到服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給WIFI模塊，進(jìn)而通過(guò)串口傳遞到單片機(jī)模塊，完成在遠(yuǎn)端對(duì)智能窗戶(hù)系統(tǒng)的控制。簡(jiǎn)單便捷的使用方式完成智能窗戶(hù)系統(tǒng)的基本操作和功能。加上報(bào)警器的原因是適用于家中有人在休息或者完成別的事情時(shí)忽略人體感受不到而元器件系統(tǒng)可以真切感受到的具體情況。總體設(shè)計(jì)方框圖如圖所示：總體設(shè)計(jì)方框圖3.2硬件設(shè)計(jì)3.2.1主控制器模塊采用Stc15w4k564系列單片機(jī)來(lái)作為智能窗戶(hù)系統(tǒng)的核心控制模塊，增強(qiáng)型51單片機(jī)使模塊在擁有高性能的同時(shí)更加簡(jiǎn)單易用，硬件支持ADC，PWM，SPI，CCP，串口等實(shí)用外設(shè)。同時(shí)兼容ArduinoUNOR3的接口，兼容更多的模塊。集成USB轉(zhuǎn)串口電路，可以獨(dú)立使用，預(yù)留了5V,3V,GEN排針，可以給外部模塊供電。三個(gè)獨(dú)立按鍵和兩個(gè)獨(dú)立LED指示燈，方便實(shí)驗(yàn)和明確實(shí)驗(yàn)結(jié)果。有四組拓展接口，便于連接外部模塊。兩種程序下載方式，冷啟動(dòng)下載和自動(dòng)下載。所以選擇這個(gè)類(lèi)型的單片機(jī)是十分不錯(cuò)的。單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖如下圖所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)原理圖3.2.2溫濕度傳感器模塊溫濕度傳感器是指能將溫度量和濕度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。市場(chǎng)上的溫濕度傳感器一般是測(cè)量溫度量和相對(duì)濕度量。所以相關(guān)硬件的選擇就很容易了。冬天溫度為18至25℃，濕度為30%至80%；夏天溫度為23至28℃，濕度為30%至60%。在此范圍內(nèi)感到舒適的人占95%以上。在裝有空調(diào)的室內(nèi)，室溫為19至24℃，濕度為40%至50%時(shí)，人會(huì)感到最舒適。如果考慮到溫、濕度對(duì)人思維活動(dòng)的影響，最適宜的室溫度應(yīng)是工作效率高。18℃，濕度應(yīng)是40%至60%，此時(shí)，人的精神狀態(tài)好，思維最敏捷。所以溫濕度對(duì)家庭環(huán)境影響是有影響的，根據(jù)溫濕度傳感器可以了解家中的具體溫濕度，從而做出一些措施，使得人們生活的更舒適，精神狀態(tài)更好。下面是溫濕度傳感器的原理圖：溫度傳感器原理圖3.2.3步進(jìn)電機(jī)模塊我選擇的是28YBJ-4828BYJ48減速步進(jìn)電機(jī)，它具有一種更優(yōu)性能的工作模式，那就是在單四拍的每?jī)蓚€(gè)節(jié)拍之間再插入一個(gè)雙繞組導(dǎo)通的中間節(jié)拍，組成八拍模式。新增加的這個(gè)中間節(jié)拍，還會(huì)在原來(lái)單四拍的兩個(gè)節(jié)拍引力之間又加了一把引力，從而可以大大增加電機(jī)的整體扭力輸出，使電機(jī)更“有勁”。電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖所示：電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.2.4電源模塊電源模塊是采用降壓模塊將DC-005電源模塊降壓后所得的3.3V供給傳感器和單片機(jī)進(jìn)行供電。原理圖如圖所示：電源模塊3.3軟件設(shè)計(jì)：3.3.1程序設(shè)計(jì)思路：程序設(shè)計(jì)要根據(jù)之前選擇的實(shí)現(xiàn)各基本功能的模塊以及手機(jī)端APP緊密聯(lián)系，為實(shí)現(xiàn)基本功能慎重考慮，硬件選擇大致有雨滴、溫濕度、步進(jìn)電機(jī)等。所以從各模塊出發(fā)一一對(duì)應(yīng)的程序分別為：手機(jī)端APP，首先按照所需要的功能排版合理的按鍵，如溫度顯示、濕度顯示、雨滴有無(wú)、臨界溫度值以及智能控制方面的報(bào)警、窗戶(hù)開(kāi)關(guān)控制和自動(dòng)控制等。然后主要進(jìn)行智能控制方面的報(bào)警開(kāi)關(guān)、使窗戶(hù)智能化的開(kāi)關(guān)以及自動(dòng)控制等。手機(jī)端APP顯示界面：2、雨滴傳感器，要實(shí)現(xiàn)的主要功能為檢測(cè)雨滴或水，當(dāng)檢測(cè)到雨滴或水的時(shí)候，智能窗戶(hù)系統(tǒng)需要完成依靠電機(jī)使得窗戶(hù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)關(guān)的基本功能。3、報(bào)警器，也就是蜂鳴器，主要實(shí)現(xiàn)的基本功能是雨滴傳感器檢測(cè)到雨滴或水時(shí)要根據(jù)實(shí)際需要發(fā)出響聲讓用戶(hù)在工作或休息時(shí)知道下雨，及時(shí)主動(dòng)關(guān)窗或用戶(hù)不在家時(shí)啟動(dòng)自動(dòng)控制，保護(hù)家庭環(huán)境及財(cái)產(chǎn)安全及時(shí)止損。3.3.2系統(tǒng)程序流程3.4調(diào)試3.4.1檢查元件的好壞按照之前硬件設(shè)計(jì)需要的材料清單購(gòu)買(mǎi)元器件，準(zhǔn)備開(kāi)始調(diào)試時(shí)清點(diǎn)好作品上元器件是否齊全，確認(rèn)齊全后還要檢查元器件的好壞，檢測(cè)并了解元器件之后才可進(jìn)行下一步。3.4.2放置、焊接各元件根據(jù)原理圖的位置以及實(shí)際情況來(lái)擺放各個(gè)元器件，在放置過(guò)程中要先擺放、焊接難度較低的元件，例如傳感器等。之后再焊接其他元器件。下面是焊接好的作品簡(jiǎn)圖：3.4.3調(diào)試一切都準(zhǔn)備好之后，準(zhǔn)備調(diào)試。將數(shù)據(jù)線兩頭接入，此時(shí)必須注意電路板上的傳感器是否亮燈。若燈不亮，就需要檢查是電路還是傳感器的問(wèn)題，如果亮燈則電路完好即可進(jìn)行下一步。打開(kāi)手機(jī)端連接我們自己的WIFI模塊（其他熱點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)或其他意外情況），然后打開(kāi)手機(jī)端APP，點(diǎn)擊連接服務(wù)器后再進(jìn)行操作。APP界面顯示溫度與濕度的具體數(shù)值、蜂鳴器開(kāi)或者關(guān)、窗戶(hù)開(kāi)或者關(guān)的狀態(tài)以及是否有雨滴，還有幾項(xiàng)關(guān)于智能控制的按鍵操作。首先調(diào)試自動(dòng)控制關(guān)閉且有水時(shí)，蜂鳴器是否報(bào)警、窗戶(hù)是否可以手動(dòng)點(diǎn)擊關(guān)閉。接下來(lái)調(diào)試自動(dòng)控制打開(kāi)時(shí)的基本測(cè)試步驟和操作（與自動(dòng)控制相同），看窗戶(hù)是否會(huì)自動(dòng)進(jìn)行開(kāi)關(guān)。四、作品(產(chǎn)品)特點(diǎn)如果工作在外或者外出游玩，那么家中窗戶(hù)便是首先應(yīng)該考慮的問(wèn)題，作品可以合適的保護(hù)家中環(huán)境、可以預(yù)防突發(fā)的惡劣天氣等意外情況，智能窗戶(hù)系統(tǒng)可以在關(guān)鍵時(shí)刻保護(hù)家庭環(huán)境、財(cái)產(chǎn)安全等問(wèn)題，非常方便有效。若戶(hù)主在家休息或者工作