单片机的智能安防窗户控制系统的设计毕业论文
目 录
一、绪论 1
二、总体设计 1
（一）功能概述 1
（二）设计原理及其组成结构 1
三、硬件设计 2
（一）STC89C52单片机概述 2
（二）温湿度模块设计 6
（三）光强检测模块设计 8
（四）1602液晶模块设计 10
四、软件设计 11
（一）总体设计思想 12
（二）各部分的软件设计 13
五、系统调试 13
六、总结 14
七、附录 14
附录一 原理图及实体安装图 15
附录二 实物图 15
附录三 源程序 16
八、参考文献 60
九、致谢 61
一、绪论
随着电子科技日新月异的发展，智能家居在这电子科技高速成长的大潮流下也呈现良好的发展趋势,窗户作为家居中的必不可少的一份子，引发了人们不少的研究。
所谓的智能家居控制系统就是让人们在家中可以更加安全、舒适、更加人性化，而现代家居中，窗户具有良好的装饰、采光和阻挡灰尘空气循环的主要途径，但同时也是非法入室盗窃者最为“亲睐”的途径，虽然现在为了防盗窃者入室盗窃很多家庭采用钢筋结构的防盗网安装在窗外，这样是可以起到了防盗功能，但是一旦发生火灾、地震等紧急情况，窗外的钢筋结构的防盗网会很大程度上的降低了人们求生或逃生的机会，所以智能窗户的基本要求不能降低。但是当前大部分窗户控制系统在一定程度上不是很完善，而且没有安防检测功能，在发生意外时只是开窗或关窗，而使用者完全没有发现的意识；有的产品没有换风系统，如果当一氧化碳或烟雾超标时，不能以最快的速度排出室内的一氧化碳或烟雾，有的产品没有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
红外感应安防的功能，不能尽快的通知主人可能有小偷进家，所以我们要求智能安防窗户控制系统它能在室外温度降低或者下雨时，即使无人在家,也可以自动关闭以防止雨水进入,当室内气体超标时可以自动开启窗户,有盗贼入室盗窃时可以自动报警,使窗户真正的人性化、智能化,给人们生活带来健康、安全、舒适的生活环境。
二、总体设计
（一）功能概述
本设计的智能安防窗户控制系统的设计分为两部分分别是：电子自动控制系统部分和机械传动系统部分，电子控制系统部分使用STC89C52单片机为核CPU，集成多种传感器实现监测控制;机械传动系统部分设计在窗户上安装步进电机，实现精确控制窗户和窗帘的开启。
设计实现如下功能：
1.显示温湿度、烟雾值、亮度值、系统时间
2.设定湿度、亮度值、烟雾上下限值功能
3.手动、红外遥控自动开/关窗户功能
4.定时开/关窗户功能
5.下雨时通过温湿度传感器窗户自动关窗功能
6.当室内亮度值达到设定值时自动开/关窗户
7.当室内烟雾/可燃气体达到设定值时，窗户自动开启并且报警和启动换风功能
8.红外探测防盗报警功能
（二）设计原理及其组成结构
智能安防窗户控制系统的机械传动系统控制窗户的开关与窗帘的闭合，机械传动系统是由步进电机提供动力，使得动滑轮组可以在窗架间进行传动。电子自动控制系统部分包含单片机最小系统模块、光敏电阻模块、烟雾传感器模块、温湿度传感器模块、红外报警检测模块、换风过滤模块。每个模块会将各自信号变化传输到单片机相对应的端口，由单片机根据信号的变化(即电平的高低)判断外界环境的变化，然后根据内部设定的程序发出命令，控制机械传动部分实现相应的动作（系统总体框图如图2-2）。
图2-2 系统总体框架
三、硬件设计
（一）STC89C52单片机概述
1.STC89C52单片机组成
图3-1 STC89C52单片机内部结构框图
STC89C52单片机它的组成结构中包含控制器、运算器、片内存储器、、串行口、定时器/计数器、中断系统等功能部件。如图3-1，SP是堆栈寄存器、PC是程序计数器、PSW是状态标志寄存器、DPTR是地址指针。
2．STC89C52单片机引脚结构
图3-2 P0口位结构图
单片机P0口共有八条端口线，分别为P0.0～P0.7，其中P0.0～P0.7电位依次从低到高。每条线的结构组成如图3-2所示。它由一个输出锁存器，输出驱动电路和输出控制电路，两个三态缓冲器组成。P0有两种不同的功能，分别用于不同的工作环境。
图3-3 P1口位结构图
单片机P1口共有八条端口线，分别为P1.0～P1.7，它每条线的结构组成如图3-3所示。P1口是一个双向口，只作I/O口使用时，其功能与P0口相同。作输出口使用时，P1口内部有上拉电阻，所以不需要再外接上拉电阻；作输入口使用时，必须先向锁存器写入高电平“1”，使场效应管T反向截止，之后才可读取数据。
图3-4 P2口位结构图
单片机P2口共有八条端口线，命名为P2.0～P2.7，每条线的结构如图3-4所示。P2口也是一个双向口，它有两种功能：一种是当单片机系统不扩展外部存储器时，作普通I/O口使用，其功能和原理与P0口、P1口第一功能相同；另一种是当单片机系统向外扩存储器时，P2口作单片机系统的地址总线口使用，它输出高8位的地址，与单片机P0口第二功能输出的低8位地址相配合，共同访问外部程序或数据存储器。
单片机P3口共有八条端口线，命名为P3.0～P3.7，每条线的结构如图3-5所示。
图3-5 P3口位结构图
P3口是一个多用途的准双向口。第一功能是作普通I/O口使用，其功能和原理与P0口、P1口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，这时八条端口线所定义的功能各不相同，如表3-1所示。
表3-1 P3口各位第二功能
P3口 第二功能 功能
P3.0 RXD 串行数据接收口
P3.1 TXD 串行数据发送口
P3.2 INTO 外中断0输入
P3.3 INT1 外中断1输入
P3.4 T0 计数器0计数输入
P3.5 T1 计数器1计数输入
P3.6 WR 外部RAM写选通信号
P3.7 RD 外部RAM读选通信号
3．STC89C52单片机的最小系统
图3-6 单片机最小系统
（1）时钟电路
(a)时钟电路外部方式 （b）时钟电路内部方式
图3-7 时钟电路
时钟电路外部方式顾名思义，它需要外接一个外部振荡器来产生振荡信号，常用于几个89C52单片机同时工作，以便于多个单片机之间的同步，一般会产生低于12MHz的方波。外部时钟源直接接到XTAL2端，XTAL1端接地，其电路如图3-7（a）。
图3-13 数据位1信号表示方法
2．电路设计
使用DHT11数字温湿度传感器（如图3-14）。他是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，单片机与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次传40位数据，高位先出。
一、绪论 1
二、总体设计 1
（一）功能概述 1
（二）设计原理及其组成结构 1
三、硬件设计 2
（一）STC89C52单片机概述 2
（二）温湿度模块设计 6
（三）光强检测模块设计 8
（四）1602液晶模块设计 10
四、软件设计 11
（一）总体设计思想 12
（二）各部分的软件设计 13
五、系统调试 13
六、总结 14
七、附录 14
附录一 原理图及实体安装图 15
附录二 实物图 15
附录三 源程序 16
八、参考文献 60
九、致谢 61
一、绪论
随着电子科技日新月异的发展，智能家居在这电子科技高速成长的大潮流下也呈现良好的发展趋势,窗户作为家居中的必不可少的一份子，引发了人们不少的研究。
所谓的智能家居控制系统就是让人们在家中可以更加安全、舒适、更加人性化，而现代家居中，窗户具有良好的装饰、采光和阻挡灰尘空气循环的主要途径，但同时也是非法入室盗窃者最为“亲睐”的途径，虽然现在为了防盗窃者入室盗窃很多家庭采用钢筋结构的防盗网安装在窗外，这样是可以起到了防盗功能，但是一旦发生火灾、地震等紧急情况，窗外的钢筋结构的防盗网会很大程度上的降低了人们求生或逃生的机会，所以智能窗户的基本要求不能降低。但是当前大部分窗户控制系统在一定程度上不是很完善，而且没有安防检测功能，在发生意外时只是开窗或关窗，而使用者完全没有发现的意识；有的产品没有换风系统，如果当一氧化碳或烟雾超标时，不能以最快的速度排出室内的一氧化碳或烟雾，有的产品没有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
红外感应安防的功能，不能尽快的通知主人可能有小偷进家，所以我们要求智能安防窗户控制系统它能在室外温度降低或者下雨时，即使无人在家,也可以自动关闭以防止雨水进入,当室内气体超标时可以自动开启窗户,有盗贼入室盗窃时可以自动报警,使窗户真正的人性化、智能化,给人们生活带来健康、安全、舒适的生活环境。
二、总体设计
（一）功能概述
本设计的智能安防窗户控制系统的设计分为两部分分别是：电子自动控制系统部分和机械传动系统部分，电子控制系统部分使用STC89C52单片机为核CPU，集成多种传感器实现监测控制;机械传动系统部分设计在窗户上安装步进电机，实现精确控制窗户和窗帘的开启。
设计实现如下功能：
1.显示温湿度、烟雾值、亮度值、系统时间
2.设定湿度、亮度值、烟雾上下限值功能
3.手动、红外遥控自动开/关窗户功能
4.定时开/关窗户功能
5.下雨时通过温湿度传感器窗户自动关窗功能
6.当室内亮度值达到设定值时自动开/关窗户
7.当室内烟雾/可燃气体达到设定值时，窗户自动开启并且报警和启动换风功能
8.红外探测防盗报警功能
（二）设计原理及其组成结构
智能安防窗户控制系统的机械传动系统控制窗户的开关与窗帘的闭合，机械传动系统是由步进电机提供动力，使得动滑轮组可以在窗架间进行传动。电子自动控制系统部分包含单片机最小系统模块、光敏电阻模块、烟雾传感器模块、温湿度传感器模块、红外报警检测模块、换风过滤模块。每个模块会将各自信号变化传输到单片机相对应的端口，由单片机根据信号的变化(即电平的高低)判断外界环境的变化，然后根据内部设定的程序发出命令，控制机械传动部分实现相应的动作（系统总体框图如图2-2）。
图2-2 系统总体框架
三、硬件设计
（一）STC89C52单片机概述
1.STC89C52单片机组成
图3-1 STC89C52单片机内部结构框图
STC89C52单片机它的组成结构中包含控制器、运算器、片内存储器、、串行口、定时器/计数器、中断系统等功能部件。如图3-1，SP是堆栈寄存器、PC是程序计数器、PSW是状态标志寄存器、DPTR是地址指针。
2．STC89C52单片机引脚结构
图3-2 P0口位结构图
单片机P0口共有八条端口线，分别为P0.0～P0.7，其中P0.0～P0.7电位依次从低到高。每条线的结构组成如图3-2所示。它由一个输出锁存器，输出驱动电路和输出控制电路，两个三态缓冲器组成。P0有两种不同的功能，分别用于不同的工作环境。
图3-3 P1口位结构图
单片机P1口共有八条端口线，分别为P1.0～P1.7，它每条线的结构组成如图3-3所示。P1口是一个双向口，只作I/O口使用时，其功能与P0口相同。作输出口使用时，P1口内部有上拉电阻，所以不需要再外接上拉电阻；作输入口使用时，必须先向锁存器写入高电平“1”，使场效应管T反向截止，之后才可读取数据。
图3-4 P2口位结构图
单片机P2口共有八条端口线，命名为P2.0～P2.7，每条线的结构如图3-4所示。P2口也是一个双向口，它有两种功能：一种是当单片机系统不扩展外部存储器时，作普通I/O口使用，其功能和原理与P0口、P1口第一功能相同；另一种是当单片机系统向外扩存储器时，P2口作单片机系统的地址总线口使用，它输出高8位的地址，与单片机P0口第二功能输出的低8位地址相配合，共同访问外部程序或数据存储器。
单片机P3口共有八条端口线，命名为P3.0～P3.7，每条线的结构如图3-5所示。
图3-5 P3口位结构图
P3口是一个多用途的准双向口。第一功能是作普通I/O口使用，其功能和原理与P0口、P1口相同。第二功能是作控制和特殊功能口使用，这时八条端口线所定义的功能各不相同，如表3-1所示。
表3-1 P3口各位第二功能
P3口 第二功能 功能
P3.0 RXD 串行数据接收口
P3.1 TXD 串行数据发送口
P3.2 INTO 外中断0输入
P3.3 INT1 外中断1输入
P3.4 T0 计数器0计数输入
P3.5 T1 计数器1计数输入
P3.6 WR 外部RAM写选通信号
P3.7 RD 外部RAM读选通信号
3．STC89C52单片机的最小系统
图3-6 单片机最小系统
（1）时钟电路
(a)时钟电路外部方式 （b）时钟电路内部方式
图3-7 时钟电路
时钟电路外部方式顾名思义，它需要外接一个外部振荡器来产生振荡信号，常用于几个89C52单片机同时工作，以便于多个单片机之间的同步，一般会产生低于12MHz的方波。外部时钟源直接接到XTAL2端，XTAL1端接地，其电路如图3-7（a）。
图3-13 数据位1信号表示方法
2．电路设计
使用DHT11数字温湿度传感器（如图3-14）。他是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，单片机与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次传40位数据，高位先出。
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