云窗自动控制系统硬件设计(源码)【字数：18384】
摘 要摘 要 自动云窗集通信、自控和计算机技术为一体，通过单片机控制系统和自动检测系统技术的集合，并结合云端服务器以及环境检测的结果实现窗户的自动开启和关闭，具有功能强大、方便的特点，在各种场合下均有重要的实用价值。当前存在着基于STC89C52单片机、基于STM32单片机、基于环境检测等等的自动窗户控制系统，基本实现了根据用户设定和环境检测结果进行窗户的开关操作功能，但其形式单一，功能死板，无法因地制宜地满足实际需求。本设计中使用了基于I2C总线技术的自定义总线和socket技术进行通信，将自动云窗整体进行打散，形成模块化的零件，使其能够根据实际情况进行组合及功能定制，通过主控端的存储信息以及环境检测结果和云端服务器的数据处理结果共同实现窗户的自动控制功能。关键词单片机；自动控制；I2C总线；socket通信；环境检测
Keywords: microcontrollers; Automatic control; I2C bus; Socket communication; Environment detection 目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究现状及问题 1
1.3 主要研究内容 2
1.4 系统整体设计 2
第二章 技术准备 4
2.1 引言 4
2.2 89C51系列单片机 4
2.3 I2C总线技术 4
2.4 socket通信技术 4
第三章 主控模块 6
3.1 主控模块概述 6
3.2 处理用单片机 6
3.2.1 按键输入 7
3.2.2 显示模块 8
3.3 监控用单片机 13
3.4 时钟模块 14
3.5 存储模块 14
3.6 设备接口 15
3.7 外围电路 15
第四章 通信总线 16
4.1 I2C总线 16
4.2 自定义总线 16
4.3 具体实现 16
4.3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
1 时间信息通信 17
4.3.2 控制信息通信 17
第五章 数据存储 18
5.1 引言 18
5.1.1 控制信息存储 18
5.1.2 设备信息存储 18
5.1.3 编组信息存储 18
5.2 存储芯片 19
5.3 存储空间划分 19
5.4 具体实现 20
5.4.1 DBCheck函数 20
5.4.2 DBAdd函数 21
5.4.3 DBDelete函数 22
5.4.4 DBChange函数 22
第六章 环境检测 23
6.1 引言 23
6.2 传感器 23
6.3 绝对控制模式 23
6.4 阈值控制模式 24
6.5 A/D转换 24
6.6 具体实现 24
第七章 无线通信 26
7.1 引言 26
7.2 硬件模块 26
7.3 具体实现 27
7.3.1 主控端模块 27
7.3.2 设备端模块 27
7.3.3 控制指令的传输 28
7.3.4 云端通信 28
第八章 其他设计 30
8.1 引言 30
8.2 设备寻址 30
8.2.1 硬件直接寻址 30
8.2.2 软件IP寻址 31
8.2.3 设备存在检测 31
8.3 功耗控制 32
8.3.1 进入掉电模式 32
8.3.2 从掉电模式唤醒 33
8.4 执行设备 34
8.5 部分电路设计 34
8.5.1 串口电路 34
8.5.2 设备接口电路 35
结 语 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
现有居室的窗户的打开和关闭基本上依靠人工根据自己的需要或室内外环境情况通过手动操作来完成，但是完全依靠人工进行操作在一些情况下会有所不便，有时不能及时对窗户进行操作，并且在某些特殊的场合下，例如工厂厂房中较高处的窗户，人工难以进行操作，所以在这种情况下，自动云窗应运而生。
自动云窗是集通信、自控和计算机技术为一体，通过单片机等设备控制系统，结合自动检测技术，实现窗户的自动打开或关闭。有些还能够根据检测到的环境情况，例如温度、湿度、雨量、光照强度等等，由系统经过判断之后自行决定对窗户的开关操作。这些类系统具有功能强大且方便的特点，对提高人们的生活质量或者工作效率有着重大意义。
1.2 研究现状及问题
当前市场上有很多自动窗户的产品，该类产品一般是通过滑轮和不锈钢钢丝绳的组合，使用液压或油压的气撑确保稳定，由一个按键控制窗户开启和关闭的系统。这类系统需要人工手动的方式去使用按键对窗户进行控制，即仅仅省去了直接对窗户的操作，但对于开关窗户操作的判断和决定仍须人工完成。
另外当前有一些基于STC89C52单片机、基于STM32单片机、基于环境检测等等的自动窗户控制系统的研究，这类研究重点放在了窗户自动控制的判断上，即除了由用户手动控制窗户的开启和关闭操作外，还可以预先设置窗户的自动开启或关闭的时间，系统通过对比实时时间与设定时间来自行控制窗户的开启或关闭，带有环境检测的自动窗户控制系统还能够根据环境检测的结果自行判断应当对窗户进行的操作，实现窗户的自动控制。该类系统一般均使用了单片机作为主控核心，使用传感器探测环境，对其检测到的结果进行简单处理后得出控制结果。但是由于进行该类系统设计的研究人员一般均对机械设计不了解，其研究出的系统最后的执行器件仅供试验使用，如对步进电机或直流电机进行控制，没有实际对窗户进行控制。
由此可见，上述两种系统均各有利弊。现有的自动窗户控制系统因其形式较为单一，不能够适应较为复杂的实际工作环境；而能够应对各种窗户的自动窗户产品不具备自动控制的功能；另外，由于目前的自动窗户控制系统的逻辑判断处理环节均在较小的微处理器中进行计算，其计算能力有限，不能够准确的反映出实际需求。
1.3 主要研究内容
Keywords: microcontrollers; Automatic control; I2C bus; Socket communication; Environment detection 目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究现状及问题 1
1.3 主要研究内容 2
1.4 系统整体设计 2
第二章 技术准备 4
2.1 引言 4
2.2 89C51系列单片机 4
2.3 I2C总线技术 4
2.4 socket通信技术 4
第三章 主控模块 6
3.1 主控模块概述 6
3.2 处理用单片机 6
3.2.1 按键输入 7
3.2.2 显示模块 8
3.3 监控用单片机 13
3.4 时钟模块 14
3.5 存储模块 14
3.6 设备接口 15
3.7 外围电路 15
第四章 通信总线 16
4.1 I2C总线 16
4.2 自定义总线 16
4.3 具体实现 16
4.3. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
1 时间信息通信 17
4.3.2 控制信息通信 17
第五章 数据存储 18
5.1 引言 18
5.1.1 控制信息存储 18
5.1.2 设备信息存储 18
5.1.3 编组信息存储 18
5.2 存储芯片 19
5.3 存储空间划分 19
5.4 具体实现 20
5.4.1 DBCheck函数 20
5.4.2 DBAdd函数 21
5.4.3 DBDelete函数 22
5.4.4 DBChange函数 22
第六章 环境检测 23
6.1 引言 23
6.2 传感器 23
6.3 绝对控制模式 23
6.4 阈值控制模式 24
6.5 A/D转换 24
6.6 具体实现 24
第七章 无线通信 26
7.1 引言 26
7.2 硬件模块 26
7.3 具体实现 27
7.3.1 主控端模块 27
7.3.2 设备端模块 27
7.3.3 控制指令的传输 28
7.3.4 云端通信 28
第八章 其他设计 30
8.1 引言 30
8.2 设备寻址 30
8.2.1 硬件直接寻址 30
8.2.2 软件IP寻址 31
8.2.3 设备存在检测 31
8.3 功耗控制 32
8.3.1 进入掉电模式 32
8.3.2 从掉电模式唤醒 33
8.4 执行设备 34
8.5 部分电路设计 34
8.5.1 串口电路 34
8.5.2 设备接口电路 35
结 语 37
致 谢 38
参考文献 39
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
现有居室的窗户的打开和关闭基本上依靠人工根据自己的需要或室内外环境情况通过手动操作来完成，但是完全依靠人工进行操作在一些情况下会有所不便，有时不能及时对窗户进行操作，并且在某些特殊的场合下，例如工厂厂房中较高处的窗户，人工难以进行操作，所以在这种情况下，自动云窗应运而生。
自动云窗是集通信、自控和计算机技术为一体，通过单片机等设备控制系统，结合自动检测技术，实现窗户的自动打开或关闭。有些还能够根据检测到的环境情况，例如温度、湿度、雨量、光照强度等等，由系统经过判断之后自行决定对窗户的开关操作。这些类系统具有功能强大且方便的特点，对提高人们的生活质量或者工作效率有着重大意义。
1.2 研究现状及问题
当前市场上有很多自动窗户的产品，该类产品一般是通过滑轮和不锈钢钢丝绳的组合，使用液压或油压的气撑确保稳定，由一个按键控制窗户开启和关闭的系统。这类系统需要人工手动的方式去使用按键对窗户进行控制，即仅仅省去了直接对窗户的操作，但对于开关窗户操作的判断和决定仍须人工完成。
另外当前有一些基于STC89C52单片机、基于STM32单片机、基于环境检测等等的自动窗户控制系统的研究，这类研究重点放在了窗户自动控制的判断上，即除了由用户手动控制窗户的开启和关闭操作外，还可以预先设置窗户的自动开启或关闭的时间，系统通过对比实时时间与设定时间来自行控制窗户的开启或关闭，带有环境检测的自动窗户控制系统还能够根据环境检测的结果自行判断应当对窗户进行的操作，实现窗户的自动控制。该类系统一般均使用了单片机作为主控核心，使用传感器探测环境，对其检测到的结果进行简单处理后得出控制结果。但是由于进行该类系统设计的研究人员一般均对机械设计不了解，其研究出的系统最后的执行器件仅供试验使用，如对步进电机或直流电机进行控制，没有实际对窗户进行控制。
由此可见，上述两种系统均各有利弊。现有的自动窗户控制系统因其形式较为单一，不能够适应较为复杂的实际工作环境；而能够应对各种窗户的自动窗户产品不具备自动控制的功能；另外，由于目前的自动窗户控制系统的逻辑判断处理环节均在较小的微处理器中进行计算，其计算能力有限，不能够准确的反映出实际需求。
1.3 主要研究内容
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