基于单片机的多功能智能窗户设计

基于单片机的多功能智能窗户设计内容摘要：

控电路图。 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计 (论文 )说明书 第 7 页 共 32 页 图 22 单片机主控电路图 温 湿度模块电路设计分析 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器 ,传感器内部是由一个电阻式感湿元件和一个 NTC测温元件组成。 单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。 超小的体积、极低的功耗，其中信号传输距离可达 20米以上。 （ 1） DHT11引脚功能如图 23所示： 引脚 1为 VDD： 接。 引脚 2为 DATA：该引脚为单总线串行数据传输脚。 引 脚 3为 NC： 该引脚为空脚，悬空。 引脚 4为 GND： 该引脚为接低端，接电源负极。 （ 2） DHT11时序原理分析 图 23 DHT11引脚图 DHT11数字型温湿度传感器的测量分辨率分别为 8bit（温度）、 8bit（湿度 ）。 直接与微控制器的端口。 微控制器模拟传感器 DHT11的工作时序，读取其寄存器的湿度值，微控制器是采取主动的方式与传感器 DHT11进行通信，并且 DHT11传感器不需要进行相关的寄存器设置。 ① DATA的通讯方式 DATA用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步、采用单总线数据格式，一次通讯时间 4ms左右，数据分小数部分和整数部分，小数部分用于扩展，在本系统读出为零。 一次完整的数据传输为 40bit，高位先出。 数据格式： 8bit湿度整数数 据 +8bit湿度小数数据 +8bit温度整数数据 +8bit温度小数数据 +8bit校验和。 数据传送正确时校验和数据等于E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 0 5 1C13 0 p fC23 0 p fY11 2 MR11 0 kS1S W P BV C C12345678910111213141516J 1 0L C DV C C4 7 0R E S 3D1L E D12J3风扇继电器123J4L 2 9 8 NV C C1 0 kR E S 4Q28 0 5 0V C CL S 1S P E A K E RQ18 5 5 01J1R S 5 0 112J2C O N 21234J7C O N 4123J6C O N 3123J5C O N 3V C C+C31 0 uS2S W P BS3S W P BR41 0 kV C C123456789J 2 01 0 KV C CP 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7P 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7V C C 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计 (论文 )说明书 第 8 页 共 32 页 “ 8bit湿度整数数据 +8bit湿度小数数据 +8bi温度整数数据 +8bit温度小数数据”所得结果的末 8位。 单片机发送一次开始信号后， DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后， DHT11发送响应信号送出 40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据。 在从模式下， DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集 , 如果没有接收到主机发送开始信号， DHT11不会主动进行温湿 度采集。 采集数据后转换到低速模式。 时序图如图 24所示。 图 24 DHT11 读时序图 ② DHT11 写时序如图 25 所示 总线空闲状态为高电平，主机把总线拉低等待 DHT11 响应，主机把总线拉低必须大于 18 毫秒，保证 DHT11 能检测到起始信号。 DHT11 接收到主机的开始信号后，等待主机开始信号结束 ,然后发送 80us 低电平响应信号。 主机发送开始信号结束后，延时等待 2040us 后，读取 DHT11 的响应信号，主机发送开始信号后 ，可以切换到输入模式，或者输出高电平均可，总线由上拉电阻拉高。 如图 25 所示。 图 25 DHT11 写时序图 ③ DHT11 结束时序图如图 26 所示 总线为低电平 ,表明 DHT11 发送响应信号 ,DHT11 发送响应信号后 ,再把总线拉高80us,准备发送数据 ,每一 bit 数据都以 50us 低电平时隙开始 ,高电平的长短决定了数据位是 0 还是 1。 如果读取响应信号为高电平 ,则 DHT11 没有响应 ,请检查线路是否连接正常。 当最后一 bit 数据传送完毕后， DHT11 拉 低总线 50us，随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。 数字“ 0”信号表示方法如图 26 所示，数字“ 1”信号表示方法如图 27 所示。 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计 (论文 )说明书 第 9 页 共 32 页 图 26 DHT11 结束时序图 ④ DHT11 信号表示时序图如图 27 所示 图 27 DHT11 信号表示图 本模块电路设计 VCC 端供电电压为 ，数据连接线长度小于 20米时，用 的上拉电阻，大于 20 米时根据实际情况使用合适上拉电阻，通过上拉电阻使控制总线处在高电平状态。 电源引脚（ VCC,GND）之间加一个 发光二极管，用于表示此模块正常接通电源。 如图 28 所示。 图 28 DHT11 模块 硬件接线电路图 煤气检测 模块电路设计分析 在本模块设计中， 直接采用了 MQ5 煤气检测模块， 气敏传感器 MQ5 适用于家庭或工业上对液化气，天然气，煤气的监测装臵。 其具有对液化气、天然气、城市煤气有较好的灵敏度；对乙醇，烟雾几乎不响应，具有优良的抗干扰能力；有快速的响应恢 复特性；有长期的使用寿命和可靠的稳定性；测试电路比较简单等优 点。 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计 (论文 )说明书 第 10 页 共 32 页 结构及工作原理 MQ5 煤气检测模块 由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感层 ,测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。 封装好的气敏元件有 6 只针状管脚，其中 4 个用于信号取出， 2 个用于提供加热电流。 首先，可燃性气体浓度信号通过 MQ5 气体传感器将可燃性气体浓度信号转换成电压信号，经过 A/D 转换，输出一个适合单片机接收的电压信号，然后，送入 STC89C52RC中，线性化数据处理后，将电压信号转化成对应的十六进制浓度值。 当检测到的可燃性气体浓度超出上限报警设定值时，报警器发出声音 和报警灯 报警。 在本次设计中只采用了数字信号来检测是否有可燃气体，并没有使用检测到的模拟信号来输出可燃气体的浓度，气体浓度检测可使用模块上的灵敏度调节。 MQ5 煤气检测模块 内部结构图如图 29所示。 图 29 MQ5 内部结构图 本模块设计有 4 个接口，分别为电源接口 VCC， GND。 还有一个模拟信号接口，一个数字信号接口。 可以选择向单片 输入模拟量或输入数字量。 另接一个 10K的可调电阻，用于调节检测可燃气体的灵敏度。 两个 LED 灯，绿色用于表示电源正常接通，红色用于表示传感器检测到可燃气体。 如图 210所示。 图 210 MQ5 煤气检测模块电路图 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计 (论文 )说明书 第 11 页 共 32 页 风力检测 模块电路设计分析 市面上面的风速传感器， 风速传感器是 将空气的流动速度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。 风速 传感器种类 有采用毕托管测风速、热线热膜测风速、机械式传感器测风速、超声波测风速和三杯式 风速传感器 测风速。 这些传感器可以直接使用，准度也比较高。 但是有几个缺陷：第一这些种类的风速传感器体型普遍较大，若要固定于窗体上则会占用很大的空间，会影响窗体的整体外观。 第二这些种类的风速传感器风力测试仪价格都比较高，不符合设计的初衷。 本设计的 风力检测 采用霍尔传感器集成与单片机上，将信号磁铁固定于排风扇的扇叶上，并配合霍尔传感器。 当室外天气为大风时，风吹动排风扇，扇叶转动会给霍尔传感器输入信号，单片机根据霍尔传感器输入的脉冲数量计算，当达到一定条件，识别为大风状况时，就自动起开自动关窗动作。 霍尔传感器稳定性高，反应速度快，体积小，性价比高。 经过霍尔传感器和排风 扇的配合，可以识别大风天气。 霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器，它具有灵敏度高，线性度好，稳定性高、体积小和耐高温等特点，所以，在测量技术、自动化技术和信息处理等方面得到了广泛的应用，通常被用来测量位移、压力、转速等物理量。 使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。 如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。 在粘磁钢时要注意 ，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。 这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。 本设计采用了 3144 霍尔元件作为检测风速的主要元件，并接入 74HC14 六反相 器与两个 LED 灯，形成一个风力检测模块。 绿灯作为一个电源是指灯，红灯作为脉冲信号指示灯，接入电源后，霍尔元件并未靠近磁铁时，则红灯保持发光状态，当扇叶带动磁铁靠近霍尔元件，则红灯熄灭，此时霍尔元件向单片机输入一个脉冲信号，单片机通过记录在一定时间 内接收到的脉冲信号判断是否达到关窗动作的条件。 风力测试模块电路图如图 211 所示。 图 211 风力测试模块电路图 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计 (论文 )说明书 第 12 页 共 32 页 雨天检测模块 电路设计及其功能介绍 （ 1） 电路设计的优点 一般 市面上的雨滴传感器有两种，一种是集合式的雨滴传感器模块，这种模块把雨滴采集部分和电路部分直接连接在一个板子上，缺点比较明显，采集范围小，而且容被雨水损坏电路。 第二种是分离式的雨滴传感器，就是雨滴采集部分和电路部利用导线连接使用，这样的方式可以把电路部分放在室内不被雨水浸入，有效的保护电路不被雨水损害，并可以扩大雨水采集的范围。 对雨天的识别效果比较明显。 所以，本次设计就直接使用分离式的雨滴传感器模块。 （ 2） 雨滴传感器 原理介绍 本设计使用的雨滴传感器的控制核心是 LM393 电压比较器， LM393 是由两个独立的、高精度电压比较器组成的集成电路，失调电压低，最大为。 它专为获得宽电压范围、单电源供电而设计，也可以以双电源供电；而且无论电源电压大小，电源消耗的电流都很低。 它还有一个特性：即使是单电源供电，比较器的共模输入电压范围接近地电平。 主要应用于限幅器、简单的模 /数转换器、脉冲发生器、延时发生 器、宽频压控。