单片机的自动门窗智能控制系统硬件设计(附件)
课题以单片机为控制核心，采用光强度、温度、湿度等传感器采集家居门窗的各种外界信息、步进电机控制门窗开关，辅助红外遥控。系统能自动检测门窗状态，在天气变化情况下可自动控制门窗启闭，防止居室受风雨侵扰，系统可对光强度、温度、湿度等根据条件设定。论文围绕基于单片机的自动门窗智能控制系统开展理论研究与硬件设计，具体研究工作如下：概述了课题研究的背景和意义，介绍了自动门窗技术的发展现状与发展趋势，安排了课题需要做的工作。对单片机类型、电机选择、遥控方法进行了对比分析，突出了本课题设计方案的优越性。介绍了自动门窗的设计思想和设计步骤，分析了系统基本结构，并且介绍了自动门窗系统实现的功能和控制原理。详细介绍了单片机各引脚功能，对单片机在自动门窗系统中的核心位置进行了阐述。介绍了步进电机的结构和工作过程，阐述了温湿度传感器、LED显示屏及红外遥控电路的工作原理和详细参数。对系统的每一个模块单独进行研究设计，画出电路原理图。结合做软件设计的同学，对焊接好的硬件电路进行调试，找出了自动门窗系统设计存在的不足。对本次课题设计进行总结，展望了将来还需要进一步完成的工作。关键词：自动门窗，单片机，温湿度传感器，红外线遥控和步进电机。目 录
1 绪论 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2研究现状和发展趋势 2
1.3工作安排 3
2 自动窗的总体设计 3
2.1 自动窗的设计思想 3
2.2 总体功能 4
3 课题设计方案论证及比较 4
3.1单片机机的选择 4
3.2电机的选择 5
3.3遥控方式的选择 5
4 硬件设计 6
4.1总体框图 6
4.2微处理器 7
4.2.1微处理器整体功能介绍 7
4.2.2微处理器引脚及功能介绍 7
4.2.3微处理器在本系统中的具体电路 10
4.3步进电机及其驱动电路 11
4.3.1电机电路 11
4.3.2 ULN2003驱动电路 12
4.4温湿度传感器电路 13
4.5电源电路 15
4.6电子显示屏电路 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
功能介绍 7
4.2.2微处理器引脚及功能介绍 7
4.2.3微处理器在本系统中的具体电路 10
4.3步进电机及其驱动电路 11
4.3.1电机电路 11
4.3.2 ULN2003驱动电路 12
4.4温湿度传感器电路 13
4.5电源电路 15
4.6电子显示屏电路 16
4.7红外遥控 20
4.8硬件PCB图 23
5 系统调试 24
5.1 软件设计 24
5.1.1主程序流程 24
5.1.2红外遥控解码 25
5.1.3温湿度检测程序 25
5.1.4步进电机程序 26
5.2软硬件联调 26
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
绪论
1.1 课题研究背景和意义
生活水平的提高，时代的进步，更接近人类的文明，不同的时间有不同的生活空间和环境的要求，这是社会的必然趋势。现代家居生活正朝着现代化、自动化和智能化的方向发展，如果家居采用自动门窗进行遥控控制，不仅可以解决每天早晚要手动对家中的每一个窗户和门打开和关闭，而且当天气突然变化而人又不在家的时候，可以进行遥控操作，避免未及时关闭门窗带来的损失；此外还能根据光照度的大小来控制窗户的自动打开与关闭，从而调节家中的光线强弱，对提高的家居生活档次具有重要意义，自动门窗智能控制系统具有广阔的市场应用前景。
现代家居设计不仅关注是否具有美化的功能、协调的颜色和空间，而且越来越注重是否有有齐全的通风设施、温馨舒适的环境和可根据需求自动调节的智能化设计。随着数字控制技术的飞速发展，各种数字控制器的成本逐步降低，使得智能控制系统的研究和生产应用成为了热点。这些智能控制系统都是以数字控制其器为核心（如单片机、DSP等），采用指示灯、报警器、液晶显示屏等来实时显示和发出提醒，并经过红外遥控、无线传感网络等进行远程通讯，将各种突发情况以不同方式告知用户，配以驱动电机及其控制系统和机械传动机构来实现系统的自动控制运行，其具有智能化、人性化、网络化的特点。
当你的家装上了自动门窗智能控制系统时，你会从中获得非常大的帮助。从此你不再需要自己手动开关窗户，而且当窗户开启的时候也就意味着你该起床了。这个自动门窗智能控制系统能使窗户的开、闭控制在最合适的范围，能够完全满足人日常生活需要，如果家居采用自动门窗进行遥控控制，不仅可以解决每天早晚要手动对家中的每一个窗户和门打开和关闭，而且当天气突然变化而人又不在家的时候，可以进行遥控操作，避免未及时关闭门窗带来的损失。从工作中走出来的时候，家便成了人最温暖的港湾。因此家的环境和舒适度越来越受到关注和重视。作为一个相对独立的、完整的可以完全依赖地方，家的作用在老百姓的眼里越发的重要，地位也日益提高。调查研究发现，随着人们生活水平的不断提高和安全意识的不断增强，国内对具有多种功能的自动化智能门窗的需求日益强烈。目前市场上已有采用红外遥控或是微波控制的自动门窗控制系统，其能根据人的指令或移动进行检测控制，但还未实现无人自动控制；因此设计一种不需人参与、实用经济的能够自动感应天气变化的自动控制系统显得十分迫切，这样的系统不会因为天气原因门窗没有关闭放弃休息[1-2]。
首先，它能够改变人的生活方式。现代家居生活正朝着现代化、自动化和智能化的方向发展如上面提到“家”的概念，舒适、便利、环保的居住环境是每个家庭所追求的，基于单片机的自动门窗智能控制系统所具备的智能化功能能够十分便捷地满足用户的心愿。自动门窗智能控制系统由单片机控制并且辅助红外遥控，人只通过一个多功能遥控器就能检测环境温湿度从而控制住房的窗户开关，给人日常生活带来极大的方便。这所有的一切都将改变人传统的习以为常的生活方式，并大大提高人的生活质量。然后，自动门窗智能控制系统必将牵动一大批产业。最后，自动门窗智能控制系统是一个崭新的市场。单片机控制的自动门窗系统促进了许多新型行业的发展，让市场更多元化，变得更有竞争力。
1.2 研究现状和发展趋势
随着国民经济的发展和进一步提到，家庭经济收入程度的增长后开始追求高品质生活，信息时代的安全使得人充分享受舒适的家庭生活。本次课题研究的基于单片机的自动门窗智能控制主要是利用传感器、现代通讯技术和自动控制技术.社会一直在努力实现家居智能化，当然这一切都应该以安全舒适的家居环境作为为实现智能化的基础和前提。随着数字控制技术的飞速发展，各种数字控制器的成本逐步降低，使得智能控制系统的研究和生产应用成为了热点。门窗有史以来就是一个家庭对外交流、感受外部环境的重要渠道,因此研究自动门窗智能控制系统是非常值得的。
近年来欧洲、北美、日韩等地区，已经开始积极发展门窗智能化自动启闭以此来代替传统人工开关。当然与此同时，国内一些实力较强的大公司也不会放过眼前巨大的商机，其通过研究开发具有自主知识产权的智能家居控制系统，技术越来越先进，功能越来越完善，产品逐步受到广大客户的青睐。如果家居采用自动门窗进行遥控控制，不仅可以解决每天早晚要手动对家中的每一个窗户和门打开和关闭，而且当天气突然变化而人又不在家的时候，可以进行遥控操作，避免未及时关闭门窗带来的损失；此外还能根据光照度的大小来控制窗户的自动打开与关闭，从而调节家中的光线强弱，对提高的家居生活档次具有重要意义，自动门窗智能控制系统具有广阔的市场应用前景。总而言之在建筑建设过程中，自动门窗被广泛应用在办公大楼、小区等地方[3]。一个产品能否在市场有长久的需求和普及，就要看它对环境的适应能力的强弱，适应能力强的产品往往能够比较好的得到消费者的青睐。比如说有的公司不成熟的产品所
1 绪论 1
1.1课题研究背景和意义 1
1.2研究现状和发展趋势 2
1.3工作安排 3
2 自动窗的总体设计 3
2.1 自动窗的设计思想 3
2.2 总体功能 4
3 课题设计方案论证及比较 4
3.1单片机机的选择 4
3.2电机的选择 5
3.3遥控方式的选择 5
4 硬件设计 6
4.1总体框图 6
4.2微处理器 7
4.2.1微处理器整体功能介绍 7
4.2.2微处理器引脚及功能介绍 7
4.2.3微处理器在本系统中的具体电路 10
4.3步进电机及其驱动电路 11
4.3.1电机电路 11
4.3.2 ULN2003驱动电路 12
4.4温湿度传感器电路 13
4.5电源电路 15
4.6电子显示屏电路 16
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
功能介绍 7
4.2.2微处理器引脚及功能介绍 7
4.2.3微处理器在本系统中的具体电路 10
4.3步进电机及其驱动电路 11
4.3.1电机电路 11
4.3.2 ULN2003驱动电路 12
4.4温湿度传感器电路 13
4.5电源电路 15
4.6电子显示屏电路 16
4.7红外遥控 20
4.8硬件PCB图 23
5 系统调试 24
5.1 软件设计 24
5.1.1主程序流程 24
5.1.2红外遥控解码 25
5.1.3温湿度检测程序 25
5.1.4步进电机程序 26
5.2软硬件联调 26
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
绪论
1.1 课题研究背景和意义
生活水平的提高，时代的进步，更接近人类的文明，不同的时间有不同的生活空间和环境的要求，这是社会的必然趋势。现代家居生活正朝着现代化、自动化和智能化的方向发展，如果家居采用自动门窗进行遥控控制，不仅可以解决每天早晚要手动对家中的每一个窗户和门打开和关闭，而且当天气突然变化而人又不在家的时候，可以进行遥控操作，避免未及时关闭门窗带来的损失；此外还能根据光照度的大小来控制窗户的自动打开与关闭，从而调节家中的光线强弱，对提高的家居生活档次具有重要意义，自动门窗智能控制系统具有广阔的市场应用前景。
现代家居设计不仅关注是否具有美化的功能、协调的颜色和空间，而且越来越注重是否有有齐全的通风设施、温馨舒适的环境和可根据需求自动调节的智能化设计。随着数字控制技术的飞速发展，各种数字控制器的成本逐步降低，使得智能控制系统的研究和生产应用成为了热点。这些智能控制系统都是以数字控制其器为核心（如单片机、DSP等），采用指示灯、报警器、液晶显示屏等来实时显示和发出提醒，并经过红外遥控、无线传感网络等进行远程通讯，将各种突发情况以不同方式告知用户，配以驱动电机及其控制系统和机械传动机构来实现系统的自动控制运行，其具有智能化、人性化、网络化的特点。
当你的家装上了自动门窗智能控制系统时，你会从中获得非常大的帮助。从此你不再需要自己手动开关窗户，而且当窗户开启的时候也就意味着你该起床了。这个自动门窗智能控制系统能使窗户的开、闭控制在最合适的范围，能够完全满足人日常生活需要，如果家居采用自动门窗进行遥控控制，不仅可以解决每天早晚要手动对家中的每一个窗户和门打开和关闭，而且当天气突然变化而人又不在家的时候，可以进行遥控操作，避免未及时关闭门窗带来的损失。从工作中走出来的时候，家便成了人最温暖的港湾。因此家的环境和舒适度越来越受到关注和重视。作为一个相对独立的、完整的可以完全依赖地方，家的作用在老百姓的眼里越发的重要，地位也日益提高。调查研究发现，随着人们生活水平的不断提高和安全意识的不断增强，国内对具有多种功能的自动化智能门窗的需求日益强烈。目前市场上已有采用红外遥控或是微波控制的自动门窗控制系统，其能根据人的指令或移动进行检测控制，但还未实现无人自动控制；因此设计一种不需人参与、实用经济的能够自动感应天气变化的自动控制系统显得十分迫切，这样的系统不会因为天气原因门窗没有关闭放弃休息[1-2]。
首先，它能够改变人的生活方式。现代家居生活正朝着现代化、自动化和智能化的方向发展如上面提到“家”的概念，舒适、便利、环保的居住环境是每个家庭所追求的，基于单片机的自动门窗智能控制系统所具备的智能化功能能够十分便捷地满足用户的心愿。自动门窗智能控制系统由单片机控制并且辅助红外遥控，人只通过一个多功能遥控器就能检测环境温湿度从而控制住房的窗户开关，给人日常生活带来极大的方便。这所有的一切都将改变人传统的习以为常的生活方式，并大大提高人的生活质量。然后，自动门窗智能控制系统必将牵动一大批产业。最后，自动门窗智能控制系统是一个崭新的市场。单片机控制的自动门窗系统促进了许多新型行业的发展，让市场更多元化，变得更有竞争力。
1.2 研究现状和发展趋势
随着国民经济的发展和进一步提到，家庭经济收入程度的增长后开始追求高品质生活，信息时代的安全使得人充分享受舒适的家庭生活。本次课题研究的基于单片机的自动门窗智能控制主要是利用传感器、现代通讯技术和自动控制技术.社会一直在努力实现家居智能化，当然这一切都应该以安全舒适的家居环境作为为实现智能化的基础和前提。随着数字控制技术的飞速发展，各种数字控制器的成本逐步降低，使得智能控制系统的研究和生产应用成为了热点。门窗有史以来就是一个家庭对外交流、感受外部环境的重要渠道,因此研究自动门窗智能控制系统是非常值得的。
近年来欧洲、北美、日韩等地区，已经开始积极发展门窗智能化自动启闭以此来代替传统人工开关。当然与此同时，国内一些实力较强的大公司也不会放过眼前巨大的商机，其通过研究开发具有自主知识产权的智能家居控制系统，技术越来越先进，功能越来越完善，产品逐步受到广大客户的青睐。如果家居采用自动门窗进行遥控控制，不仅可以解决每天早晚要手动对家中的每一个窗户和门打开和关闭，而且当天气突然变化而人又不在家的时候，可以进行遥控操作，避免未及时关闭门窗带来的损失；此外还能根据光照度的大小来控制窗户的自动打开与关闭，从而调节家中的光线强弱，对提高的家居生活档次具有重要意义，自动门窗智能控制系统具有广阔的市场应用前景。总而言之在建筑建设过程中，自动门窗被广泛应用在办公大楼、小区等地方[3]。一个产品能否在市场有长久的需求和普及，就要看它对环境的适应能力的强弱，适应能力强的产品往往能够比较好的得到消费者的青睐。比如说有的公司不成熟的产品所
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