物联网智能门窗系统设计与实现

引言
目录
引言
（一） 物联网智能门窗系统的发展背景
（二） 物联网智能门窗系统的国内外发展现状
（三） 本文主要研究内容
二、 方案设计及元器件选择
（一） 物联网智能门窗系统的方案设计
（二） STM32F103微处理器芯片简介
（三） ENC28J60以太网模块简介
（四） RJ45网线插口模块简介
（五） 步进电机简介
三、 系统硬件设计
（一） 最小系统电路设计
1. 时钟电路设计
2. 复位电路构建
（二） 以太网通信电路设计
（三） 步进电机电路设计
（四） 按键电路设计
四、 系统软件设计
（一） 物联网智能门窗系统的主程序流程设计
（二） 以太网驱动流程设计
（三） 步进电机流程设计
总结
参考文献
致 谢
附录一 原理图
附录二 PCB图
附录三 元件列表
附录四 程序代码
附录五 实物图
引言
（一）物联网智能门窗系统的发展背景
在物联网智能门窗系统的历史上发展过程中共出现了两大类型的物联网智能门窗系统，其中第一种是较早期的简易系统，而第二种是以微处理器等典型处理器作为主控的智能系统。图书馆的参考文献以及网络上可以查阅到的数据资料显示，物联网智能门窗系统在很早以前就已出现在人类社会，这款器件的初期版本乃至可能尚不能够称之为是一个系统，这是由于它不只功能简陋而且与电子系统的概念还相差甚远。本论文将以“物联网智能门窗系统的设计”作为研究课题，配置一种可以完成各个预期功能指标的电子系统，。在物联网智能门窗系统的发展历程中，出现了多种不同款式的版本，接下来把几种较为典型的系统进行简略描述。智能家居如图1所示。


图1 智能家居
通过微处理器且结合其他多种功能的传感器是完成嵌入式系统的必 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072# 
经之路，遵照程序设计者的设计水平，各种性能都可以被嵌入到物联网智能门窗系统中，以微小型处理器当作内部核心架构的物联网智能门窗系统称之为控制系统，微处理器可控制的IO管脚很多，随便把任何一个智能传感器或者部分设计到其硬件系统中，都可以完成优良的控制，当然这也对微处理器具有相关要求，从最初的8位机到当今成熟的32位机，主控处理器控制系统一步一个脚印的走过来，到目前为止已被大幅度的应用到各种控制系统中，它强大的控制作用是构建物联网智能门窗系统的首选，当前市场上很多性能突出的系统也都是通过高性能主控器件来完成。十八世纪后期英国的工业革命爆发后，珍妮纺纱机的工作成果带动了其他产业的迅速崛起，其中一些简易的物联网智能门窗系统最初的样子出现，此时它仅仅能够实现一些比较简单的功能，并且内部以机械结构为主，里面几乎没有电子器件，等到第二次工业革命后期，最早的用于放大电压电流信号的电子管被设计出来，这种电子元件是当今三极管的雏形，那时的设计师把这些电子器件进行电路配置，能够完成物联网智能门窗系统电子系统的最初的样子。再到后来一些简单的集成器件和可编程控制器（PLC）出现后，具备控制功能的物联网智能门窗系统才真正出现，其中以PLC控制器当作主控的系统在那时比较流行，设计人员通过梯形语言等语言实现对可编程控制器的驱动，通过它的可编程的引脚完成对外部继电器以及其他必要模块的驱动，通过这种核心架构的配置能够完成一些简单的物联网智能门窗系统，尽管如此，采用这类体积庞大的PLC当作主控，不能完成嵌入式系统设计，对于物联网智能门窗系统的普及是没有多大推动作用。
（二）物联网智能门窗系统的国内外发展现状
通过对当前市场上的物联网智能门窗系统产品进行综合较为之后可以发现，高端产品和中低端产品的价格区间具有极大一部分重叠区，差距不是很大，如今国内对高端产品的研究技术掌握力度还不是很够，而中低端产品和高端产品不论是在价格方面还是性能方面都没有足够的竞争力。物联网智能门窗系统的研究技术的掌握程度现如今在国内外具备较为明显的差距，欧美一些发达国家由于对物联网智能门窗系统开始设计的时间比较早，从而在经过多年持续优化和优化过程中催生出很多学会了顶尖技术的企业，而国内多所企业和大学目前正沉下心去而且以攻坚克难的态度在对高档物联网智能门窗系统进行研发。物联网智能门窗系统的高度集成技术是国际上公司的研究重点，把完成物联网智能门窗系统的所有功能的电路所有合成在一片硅片中并且把全部接口管脚引出来，这是未来物联网智能门窗系统的发展趋势。
（三）本文主要研究内容
本课题能够实现的功能为远程启闭家居门窗的内容，在系统上电后，用户通过PC机打开浏览器，并输入192.168.1.112地址，访问该地址后浏览器将显示家居控制界面，在该界面上用户将能够看到门窗分别的启闭状态，如果用户要启闭门窗，那么只需要点击WEB界面上的相应按钮即可，控制指令将通过uIP/TCP协议经过网线送入处理器终端，ARM处理器接收到该指令后将通过驱动电机等装置实现门窗的控制。
设计内容：首先确立整个系统的硬件框架结构，包括ARM处理器的搭建、嵌入式以太网接口的搭建、WEB界面的设计，然后通过C语言、HTML语言以及Javascript语言设计WEB界面以及ARM处理器底层驱动程序。
二、方案设计及元器件选择
（一）物联网智能门窗系统的方案设计
本设计主要构建了一款基于STM32F103单片机实现的物联网智能门窗系统，系统通过STM32F103的ARM内核作为重要部分，在硬件电路系统上完成了对LCD1602、步进电机和ULN2003步进电机驱动芯片等电子元器件的驱动，处理器芯片通过GPIO管脚和这些器件进行相连并将程序指令输入到各模块中使其进行性能输出，每一个功能模块在本物联网智能门窗系统中所表现出的效果可以阐述为：
在门窗启闭的方式上，本系统采用步进电机拖动方案来实现，当要实现开启或者关闭门窗时，由STM32F103型ARM处理器通过GPIO管脚发出电机驱动脉冲送入ULN2003驱动器，将驱动脉冲进行功率放大后送入步进电机使其正转或者反转，从而拖动门窗进行开启或者关闭。

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