单片机的智能窗控制系统的设计
【摘要】现如今，人们使用的家用窗户仍然是传统的手动控制，智能更是少。如果有一种智能窗户，不仅可以实现自动开关窗口，而且还能自动识别天气，环境，安全等状况。随着科学经济的发展，智能系统将会逐渐地应用于生活乃至工作。本文提出的智能窗控制系统的设计。它就是一种基于STC89C52的单片机系统，该系统通过检测气体的温度和湿度以及环境的信号输入一些指令到单片机中，然后单片机再对这些信号进行分析加上处理，最后单片机再发出一些指令，控制开/关窗。智能窗可以响应环境变化等环境参数，通过开关窗，来保证舒服的家住环境。
【KEY WORD】: STC89C52 Intelligent window Environmental parameters 目录
引言 1
（一）课题提出意义 1
（二）智能窗的研究现状 1
一、方案的选择与论证 2
（一）温湿度检测方案 3
（二）窗户控制系统设计方案 3
二、硬件设计 5
（一）电路的最小系统设计 5
（二）电路的温湿度检测设计 6
（三）电路的电机驱动设计 8
（四）电路的显示设计 9
（五）电路的时钟设计 11
（六）电路的光电开关设计 12
（七）电路的按键设计 13
三、软件设计 14
（一）主程序设计 14
（二）温度检测子程序设计 15
（三）显示子程序设计 16
结束语 17
参考文献 19
致谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 源程序 23
引言
首先，智能窗一般的应用在公共场所、商品房、超市商场，但随着科学经济的快速发达，人们的生活水平快速升高，人们的安全、舒适的生活日渐急切的需要。智能家居将会逐渐的应用于人类的生活之中更甚于工作。因此，许多小区的用户，别墅已经引用智能家居系统的使用。根据科学专家的统计，在未来的十几二十年，在经济的可持续发展之下，使用智能窗户的用户将会逐渐增加，智能窗户将会是未来的一股潮流。智能窗顾名思义，它
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是在突然刮风或下雨的时候而你又不在家的情况下，门窗会自动检测到环境的变化自动关闭或者开启；智能窗是指先进自动防盗、防雨淋的门窗技术。
（一）课题提出意义
最新的智能窗户控制系统的设计的最主要的功能要求如下：工作时间的家居安全。可以设置窗口的自动切换，自动关闭窗口时，工作打开，安全便利。如果不在家而外面又下雨，忘记关闭窗口往往会经常烦恼忧愁。如今，智能窗户的设计可以使你特别的放心，它是利用湿度传感器，当家内的空气的湿度达到80%的时候，温湿度传感器就能够收到感应，门窗立刻自动关闭，让你从大胆的光线中走出心灵的呵护。室外的温度超过30度的时候，将会自动关闭窗户，保持室温。当室外温度降低到15度的时候，窗户将会自动打开，保持通风以及室内环境的清新。如果增加手动窗口，这将会使智能窗户更加的人性化。
（二）智能窗的研究现状
因为中国房地产行业的迅速的发达，这将会导致中国的门窗行业的快速发展，一般的建筑的房屋面积，有10%的窗户，15%个门，在未来的这几年将会有超过10亿平方米的门窗需求。因为会有很多的城镇农村改造，所以这个门窗需求将会逐年增加，按照市场价格计算，每年的门窗消费将会达到600亿的恐怖数字，并且这个消费需求将会逐年增加。
智能家居安防系统的重要组成部分由智能窗户组成，它是由先进的温湿度传感器构成，智能窗户是智能化以及人性化还有高科技产品为一体的物联网智能系统。智能窗户可以有效的自动控制家居安全，它的特点有很多比如说：时尚，安全，便利，舒适。但是，目前智能窗功能并不完善，虽然该设备可以自动关闭下雨时的窗口，但最后没有及时打开，雨后的天空看起来很蓝。这将让主人回到家后感到空气流通，新鲜等。所以，我利用毕业设计这个机会，改进了一些功能和方法，我通过STC89C52的单片机的设计，再加上传感器，增加了智能开启的功能以及空调窗户，这个系统以高效、便利、易于实施为宗旨，强调环保节能为理念。智能窗户能够自动开启和关闭的关键是长条式设置，智能控制系统是由温湿度传感器组成，人们早上出门还是晴朗的天空的时候，窗户将会是开启的状态，在下午，如果突然下雨，窗户就会自动关闭。自动打开和关闭的窗口也可以打开和关闭通过遥控器控制的智能窗，不需要人为去开启窗口或者关闭窗口。在未来人们会越来越青睐智能窗户的使用。很多大城市的小区别墅中都会实施智能化的管理。因此在我的毕业设计中我选择这个我比较感兴趣并且很有意义的毕业项目和课题。
一、方案的选择与论证
传动装置由皮带、电动机和定滑轮组成。当电动机主轴转动的时候，可移动的窗扇移动到窗户开着的状态。当电机被反转，可移动窗口移动到左边，电机停止，此时窗户的状态为关。智能窗的模型如图1所示：
图1 智能窗户的模型
微处理器、温湿度检测电路、报警电路、电机驱动电路是智能窗控制系统的重要模块。系统框图如图2所示。
图2 系统框图
（一）温度与湿度的方案检测
方案1：温度由热敏电阻温度传感器测量。热敏电阻的原理是电阻测量元件的特性随温度的变化而产生变化；铂，铜的应用，镍和其他耐热性；热敏电阻的主要特点：准确高，范围大。
方案2：数字温湿度传感器DHT11。它使用的是特殊的数字模块采集技术和温湿度传感技术，它可以通过传感器检测到的温湿度状况以一种数字信号表达出来，这样的表达方式将会大大提高其准确性。湿度传感元件和NTC测量元件是数字温湿度传感器的重要组成部分，因此数字温湿度传感器的测试品质还是属于技术前列的。并且 STC89C52单片机的温湿度传感器的电机驱动电路、LCD显示电路拥有较强的抗干扰能力，较高的性价比。DHT11传感器拥有非常准确的校准标准。OTP存储器用来存储校准系数。它使用的存储器是单线的串行接口，这样信号之间的传输会大大的提高，更加简便快捷。它的特点有：低功耗，尺寸小，传输距离远。这让其在传感器领域拥有非常高的评价是计算机技术的最佳选择。其单片机的数字读取的数量，在数据采集领域也较高，尺寸大小，非常符合本设计的要求，并且DHT11温湿度检测快，精度准确，响应速度快。因此第二方案是我们的最佳选择。
（二）窗户控制系统
直流电机控制窗户开关。
方案一：直流电机驱动电路是在计算机领域中被我们广泛应用，它属于H型全桥电路。它可以非常方便的进行控制。其基本原理如图3所示。
图3 H桥电机驱动电路
全桥驱动电路拥有4个开关，S1、S2为一组负责运行与指导，S3、S4为另一组主要是负责关闭电路，S1和S2以及S3和S4之间的状态是互补的关系。当S1、S2导通时，电机正向发动，窗户开启，此时的电机两端通过正电压；当S3、S4关断时，电机反向发动，直至窗户移动到限位处时停止，此时电机两端为反向电压。在窗口的移动过程中，即电机在正向或者反向之间来回切换的过程，在S1、S3或者S4和S2导通时，S1、S3或者S2， S4导通时，两者之间的过渡状态。一般的出现这种情况，按道理来说应该是两组互补控制信号，但实际情况，由于开关器件的开启和关闭时间会产生延迟，如果互补控制必然会导致上下桥臂短路。如图4。
【KEY WORD】: STC89C52 Intelligent window Environmental parameters 目录
引言 1
（一）课题提出意义 1
（二）智能窗的研究现状 1
一、方案的选择与论证 2
（一）温湿度检测方案 3
（二）窗户控制系统设计方案 3
二、硬件设计 5
（一）电路的最小系统设计 5
（二）电路的温湿度检测设计 6
（三）电路的电机驱动设计 8
（四）电路的显示设计 9
（五）电路的时钟设计 11
（六）电路的光电开关设计 12
（七）电路的按键设计 13
三、软件设计 14
（一）主程序设计 14
（二）温度检测子程序设计 15
（三）显示子程序设计 16
结束语 17
参考文献 19
致谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 源程序 23
引言
首先，智能窗一般的应用在公共场所、商品房、超市商场，但随着科学经济的快速发达，人们的生活水平快速升高，人们的安全、舒适的生活日渐急切的需要。智能家居将会逐渐的应用于人类的生活之中更甚于工作。因此，许多小区的用户，别墅已经引用智能家居系统的使用。根据科学专家的统计，在未来的十几二十年，在经济的可持续发展之下，使用智能窗户的用户将会逐渐增加，智能窗户将会是未来的一股潮流。智能窗顾名思义，它
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
是在突然刮风或下雨的时候而你又不在家的情况下，门窗会自动检测到环境的变化自动关闭或者开启；智能窗是指先进自动防盗、防雨淋的门窗技术。
（一）课题提出意义
最新的智能窗户控制系统的设计的最主要的功能要求如下：工作时间的家居安全。可以设置窗口的自动切换，自动关闭窗口时，工作打开，安全便利。如果不在家而外面又下雨，忘记关闭窗口往往会经常烦恼忧愁。如今，智能窗户的设计可以使你特别的放心，它是利用湿度传感器，当家内的空气的湿度达到80%的时候，温湿度传感器就能够收到感应，门窗立刻自动关闭，让你从大胆的光线中走出心灵的呵护。室外的温度超过30度的时候，将会自动关闭窗户，保持室温。当室外温度降低到15度的时候，窗户将会自动打开，保持通风以及室内环境的清新。如果增加手动窗口，这将会使智能窗户更加的人性化。
（二）智能窗的研究现状
因为中国房地产行业的迅速的发达，这将会导致中国的门窗行业的快速发展，一般的建筑的房屋面积，有10%的窗户，15%个门，在未来的这几年将会有超过10亿平方米的门窗需求。因为会有很多的城镇农村改造，所以这个门窗需求将会逐年增加，按照市场价格计算，每年的门窗消费将会达到600亿的恐怖数字，并且这个消费需求将会逐年增加。
智能家居安防系统的重要组成部分由智能窗户组成，它是由先进的温湿度传感器构成，智能窗户是智能化以及人性化还有高科技产品为一体的物联网智能系统。智能窗户可以有效的自动控制家居安全，它的特点有很多比如说：时尚，安全，便利，舒适。但是，目前智能窗功能并不完善，虽然该设备可以自动关闭下雨时的窗口，但最后没有及时打开，雨后的天空看起来很蓝。这将让主人回到家后感到空气流通，新鲜等。所以，我利用毕业设计这个机会，改进了一些功能和方法，我通过STC89C52的单片机的设计，再加上传感器，增加了智能开启的功能以及空调窗户，这个系统以高效、便利、易于实施为宗旨，强调环保节能为理念。智能窗户能够自动开启和关闭的关键是长条式设置，智能控制系统是由温湿度传感器组成，人们早上出门还是晴朗的天空的时候，窗户将会是开启的状态，在下午，如果突然下雨，窗户就会自动关闭。自动打开和关闭的窗口也可以打开和关闭通过遥控器控制的智能窗，不需要人为去开启窗口或者关闭窗口。在未来人们会越来越青睐智能窗户的使用。很多大城市的小区别墅中都会实施智能化的管理。因此在我的毕业设计中我选择这个我比较感兴趣并且很有意义的毕业项目和课题。
一、方案的选择与论证
传动装置由皮带、电动机和定滑轮组成。当电动机主轴转动的时候，可移动的窗扇移动到窗户开着的状态。当电机被反转，可移动窗口移动到左边，电机停止，此时窗户的状态为关。智能窗的模型如图1所示：
图1 智能窗户的模型
微处理器、温湿度检测电路、报警电路、电机驱动电路是智能窗控制系统的重要模块。系统框图如图2所示。
图2 系统框图
（一）温度与湿度的方案检测
方案1：温度由热敏电阻温度传感器测量。热敏电阻的原理是电阻测量元件的特性随温度的变化而产生变化；铂，铜的应用，镍和其他耐热性；热敏电阻的主要特点：准确高，范围大。
方案2：数字温湿度传感器DHT11。它使用的是特殊的数字模块采集技术和温湿度传感技术，它可以通过传感器检测到的温湿度状况以一种数字信号表达出来，这样的表达方式将会大大提高其准确性。湿度传感元件和NTC测量元件是数字温湿度传感器的重要组成部分，因此数字温湿度传感器的测试品质还是属于技术前列的。并且 STC89C52单片机的温湿度传感器的电机驱动电路、LCD显示电路拥有较强的抗干扰能力，较高的性价比。DHT11传感器拥有非常准确的校准标准。OTP存储器用来存储校准系数。它使用的存储器是单线的串行接口，这样信号之间的传输会大大的提高，更加简便快捷。它的特点有：低功耗，尺寸小，传输距离远。这让其在传感器领域拥有非常高的评价是计算机技术的最佳选择。其单片机的数字读取的数量，在数据采集领域也较高，尺寸大小，非常符合本设计的要求，并且DHT11温湿度检测快，精度准确，响应速度快。因此第二方案是我们的最佳选择。
（二）窗户控制系统
直流电机控制窗户开关。
方案一：直流电机驱动电路是在计算机领域中被我们广泛应用，它属于H型全桥电路。它可以非常方便的进行控制。其基本原理如图3所示。
图3 H桥电机驱动电路
全桥驱动电路拥有4个开关，S1、S2为一组负责运行与指导，S3、S4为另一组主要是负责关闭电路，S1和S2以及S3和S4之间的状态是互补的关系。当S1、S2导通时，电机正向发动，窗户开启，此时的电机两端通过正电压；当S3、S4关断时，电机反向发动，直至窗户移动到限位处时停止，此时电机两端为反向电压。在窗口的移动过程中，即电机在正向或者反向之间来回切换的过程，在S1、S3或者S4和S2导通时，S1、S3或者S2， S4导通时，两者之间的过渡状态。一般的出现这种情况，按道理来说应该是两组互补控制信号，但实际情况，由于开关器件的开启和关闭时间会产生延迟，如果互补控制必然会导致上下桥臂短路。如图4。
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