智能窗户设计及控制系统毕业设计论文

智能窗户设计及控制系统毕业设计 毕业设计报告(论文) 目(智能窗户的设计) 所 属 系 专 业 学 号 姓 名 指导教师 起讫日期 设计地点 毕业设计报告(论文)诚信承诺 本人承诺所呈交的毕业设计报告(论文)及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。 学生签名: 日 期: 东南大学成贤学院毕业设计报告 智能窗户的设计 摘 要 本设计采用ARM contex-M4单片机为控制核心，通过控制直流电机的正反转改变窗户的开合，从而实现“窗户自动控制”功能。此作品使用了触点开关对“雨”进行监控，温湿度传感器对环境温湿度检测，粉尘传感器对空气中粉尘光量检测，电开关判断窗户是否全开或全关，这些信号经探测提取转换后被送入单片机中进行运算，单片机根据运算结果对直流电机进行控制，从而实现自动窗帘的功能。该作品使用了无线收发模块，实现了对窗帘的遥控，通过简单的按键设置就能控制窗帘的状态。 关键词:ARM contex-M4 传感器 直流电机 电机驱动 I 东南大学成贤学院毕业设计报告 Body-driven Design of Fire-fighting Robot Abstract In recent years, with the rapid development of science and technology, intelligence also made further demands, intelligent robot research in practical applications a large space for development. The social significance of the fire is that it safe for human survival as the ultimate care, fire fighting robot as an important means of fire fighting, fire fighting and rescue has been an increasingly important role in the show. This robot is P89V51RD2 fighting for the control of microcontroller core, to DC motor, power supply circuit, motor drive and other circuits. System through the fire flame sensor information collected by the microcontroller through IO port to control the car forward and stopped. To find the source of fire, the car stopped, the use of job sensor to measure the velocity of the car, displayed on the digital pipe. And use the fan out the fire. Keywords: P89V51RD2;DC motor;Hall Sensor;LED II 东南大学成贤学院毕业设计报告 目 录 第一章 绪 论 ........................................................................................................................................................... 5 1.1问题的提出 ........................................................................................................... 错误～未定义书签。1 1.2相关背景情况介绍 ................................................................................................................................... 5 1.3设计思路和方法 ................................................................................................... 错误～未定义书签。1 1.3.1系统设计指标 .................................................................................................................................... 1 1.3.2系统设计的难点 ............................................................................................ 错误～未定义书签。2 1.4本论文结构安排 ................................................................................................... 错误～未定义书签。2 第二章 系统设计 ..................................................................................................................................................... 8 2.1整体设计 ................................................................................................................................................ 8 2.2系统组成 ........................................................................................................................................................ 8 2.3方案论证与比较 ............................................................................................................................................ 8 2.3.1单片机的方案论证与比较 ...................................................................................................................... 8 2.3.2电源模块的方案论证与比较 .................................................................................................................. 9 2.3.3测速模块的方案论证与比较 .................................................................................................................. 9 2.3.4显示模块的方案论证与比较 ................................................................................................................ 10 2.3.5车体设计的方案论证与比较 .................................................................................................................. 4 2.3.6电机驱动模块的方案论证与比较11 第三章 单元电路设计 ........................................................................................................................................... 12 3.1主控制器 ...................................................................................................................................................... 12 3.1.1单片机概述 ............................................................................................................................................ 12 3.1.2单片机P89V51RD2............................................................................................................................... 13 3.2电源模块 ...................................................................................................................................................... 14 3.3测速模块 ...................................................................................................................................................... 16 3.3.1霍尔器件 ................................................................................................................................................ 16 3.3.2霍尔传感器44E概述 .............................................................................................................................. 7 3.3.3霍尔传感器测速原理 ............................................................................................................................ 18 3.3.4传感器电路设计 .................................................................................................................................... 18 3.4显示电路的设计 .......................................................................................................................................... 20 3.4.1数码管动态显示原理 ............................................................................................................................ 21 3.4.2数码管显示电路 .................................................................................................. 错误～未定义书签。9 3.5电机驱动电路的设计 .................................................................................................................................. 21 3.5.1 L298N概述 ............................................................................................................................................ 21 3.5.2电机驱动电路 ........................................................................................................................................ 22 3.5.3隔离电路 ............................................................................................................ 错误～未定义书签。10 3.6灭火驱动电路 ........................................................................................................... 错误～未定义书签。11 第四章 软件的设计 ............................................................................................................................................... 12 4.1软件开发平台介绍 ...................................................................................................................................... 12 4.2主程序流程图 .............................................................................................................................................. 12 4.3定时器/计数器 ............................................................................................................................................. 12 4.3.1定时器/计数器 ....................................................................................................................................... 12 4.3.2定时器程序 ............................................................................................................................................ 13 4.4 PWM产生程序 ........................................................................................................................................... 14 III 东南大学成贤学院毕业设计报告 4.5测速程序 ...................................................................................................................................................... 15 第五章 制作与调试 ............................................................................................................................................... 17 5.1制作流程 ...................................................................................................................................................... 17 5.2调试 .............................................................................................................................................................. 17 5.3调试结果 ...................................................................................................................................................... 17 第六章 结 论 ......................................................................................................................................................... 18 致 谢 ....................................................................................................................................................................... 18 参考文献(References) ............................................................................................................................................. 19 附录一 原理图 ....................................................................................................................................................... 20 附录二 PCB图 ....................................................................................................................................................... 21 附录三 实物图 ....................................................................................................................................................... 22 附录四 程序代码 ................................................................................................................................................... 23 IV 东南大学成贤学院毕业设计报告 第一章 绪 论 1.1 研究目的和意义 21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。智能家居控制系统可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间。还将原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交换畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。系统的网络化功能可以提供遥控、家电(空调，热水器等)控制、照明控制、室内外遥控、窗户自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段。使生活更加舒适、便利和安全。因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。 智能化控制的工作原理自然离不开运算和控制单元，在设计本系统时采用的主控器件ARM context-M4，正是运算与控制单元的集合体。本窗户控制系统不仅具有采集控制方便、简单、灵活等优点，而且可以大幅度提高采各模块和芯片的协调性，从而大大提高系统的可利用性。此次系统设计系统正是利用ARM context-M4 单片机的优点，顺利的完成了本设计的要求。并且实现了学习型定时和自动控制功能，为控制家居设备提供了良好的基础。 正是因为通信技术、计算机技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。智能家居控制系统的主要功能包括通信、设备自动控制、安全防范三个方面。随着新技术和自动化的发展，传感器的使用数量越来越大，功能也越来越强，各种传感器都已经标准化、模块化，这给智能家居控制系统的设计提供极大方便。智能窗帘控制装置系统的整体主要由硬件和软件两部分组成。硬件部分由单片机扩展的外围电路以及各种实现单片机系统控制 5 东南大学成贤学院毕业设计报告 功能的接口电路组成;软件部分主要由单片机系统实现其特定控制功能的各种程序组成。本设计中介绍了智能窗帘控制装置系统的硬件构成以及软件设计过程，以尽最大可能满足不同人对窗帘开闭的不同需求。同时，系统在针对人们一般需求的设计开发外，还提出多种解决方案，在考虑到经济性和简便性的前提下，可以供日后对控制系统的功能进行扩展。 1.2 基本内容安排 该设计通过分析电动窗帘的现状和人们对自动窗帘控制系统的功能的需求，从而对自动窗帘控制器进行总体的设计。系统的总体设计采用以直流减速电机作为单片机控制元件，执行窗户开闭的主要任务;以温湿度传感器、粉尘传感器、雨滴传感器作为检测元件，以提供单片机外界环境的变化;ARM context-M4单片机作为主控制芯片，控制着整个系统的运行，此外，辅助以键盘和显示电路，在各个电路模块的配合下最终实现了自动窗户控制系统的智能化要求。 自动窗帘控制系统设计过程主要分为以下几个章节: (1)绪论:介绍设计目标国内外的发展现状和研究意义目的，设计的基本内容和本文的章节安排。 (2)总体设计方案:给出了智能窗户控制装置的总体方案设想，智能项目，和设计结构规划。 (3)硬件设计:选用ARM context-M4单片机为核心的各种电路设计，包括电源电路，直流电机驱动电路，键盘/显示电路等一系列相关电路。 (4)软件设计:介绍各个功能模块的的设计流程以及设计思路。 (5)总结:针对设计中的不足进行再思考以及提出自动窗帘控制系统功能的扩展。 1.3 设计思想及基本功能 该系统具有一般的窗户控制系统的最基本的功能，即通过电动按钮来开闭窗户，在此基本功能的前提下，本设计根据需求还设计了可以根据温度、湿度、粉尘浓度和下雨量自动开闭窗户的功能，在选取设计方案和采用元器件方面，该系统本着简单实用经济的思想，尽量简化电路设计，同时又能学到知识的目的来达到设计要求。 自动窗帘控制系统具有以下几个基本功能: 6 东南大学成贤学院毕业设计报告 (1)手动控制:该功能是根据用户的需求通过按键进行窗帘的开关，此功能可以使窗户的开闭处于任何一种状态; (2)环境自动控制:窗户的关闭和开启通过环境的温度、湿度、粉尘浓度和下雨量自动完成窗户的开启或关闭操作控制。 窗户的开、关和停止功能可由单片机输出电平来控制直流电机的运转以实现。 7 东南大学成贤学院毕业设计报告 第二章 系统设计 2.1整体方案设计 课题要求设计一个简易智能窗户模型，能在指定环境内根据环境的不同来控制窗户的开关。根据课题设计的要求和课题目标，制定出了系统的设计方案，并通过比较论证，选择合适的器件。最终确定手工制作小车，采用ARM context-M4单片机作为主控制器，L298N作为直流电机的驱动芯片，并用液晶屏显示当前的环境参数的设计方案。 2.2系统组成 根据智能窗户的功能要求，设计的智能窗户主要由控制器、显示模块、驱动模块、传感器检测模块、按键模块以及电源模块等组成。本系统的方框图如图2-1所示。 5V电源模块 3.3V电源 模块 ARM 温湿度传感按键模块 器 Contex 雨滴传感器 M4 电机驱动模块 K60 粉尘传感器 O LED显示 红外传感器 图2-1 系统方框图 2.3方案论证与比较 2.3.1单片机的方案论证与比较 方案一:采用嵌入式处理器(ARM)作为控制器。ARM运算功能强大，速度较快，编 8 东南大学成贤学院毕业设计报告 程灵活，自由度大，外围器件少，成本适中，容易实现仿真、调试和功能扩展。 方案二:采用FPGA或CPLD作为系统的控制器。可以实现复杂逻辑功能，规模大，速度快，密度高，体积小，稳定性高，容易实现仿真、调试和功能扩展。不过这个控制器成本高，引脚多，PCB布线复杂。 方案三:采用AT89C51单片机，AT89C51是一款80C51微控制器，包含了4KBFLASH和128字节的数据RAM。AT89C51单片机比较简单可靠，编程容易。 本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度要求也不是很高。但是为了能够跟多的学习ARM的单片机，且本人手上正好有K60的单片机所以为了学习选择方案一。 2.3.2电源模块的方案论证与比较 由于本次系统设计中有单片机最小系统模块、传感器模块、处理电路模块、显示模块等都需要有3.3V和5V电源，所以电源在本系统中有着比较重要的地位，它是整个系统能够正常工作的保证。 方案一:利用变压器将220V市电降压成12V交流电压，通过桥式整流电路整流后再通过三端稳压器7805输出稳定的5V电压，在经过1117-3.3V芯片输出稳定的3.3V电压。 方案二:直接用现成5V的电源模块，给电路、驱动供电，在经过1117-3.3V芯片给单片机和显示电路供电 综上所述:选择方案二，由于电机转动的不确定性可能会对单片机造成影响，所以就直接用现成的电源模块。 2.3.3传感器模块的方案论证与比较 2.3.3.1窗位置传感器模块 方案一 :使用1M欧姆，1M长导线 通过测量导线电压来确定窗位置，使用精度较高的金属混合物电阻。 方案二 :使用光电传感器 光电传感器不与被测电路发生电接触，通过检测窗体是否挡住传感器的光源来检测当前窗体是否已经到边缘，进一步确定是否停止电机。 综合考虑，根据实际情况，选择方案二。方案一中导线的安装有较大的难度，并且不易购买。 2.3.3.2温度传感器模块 温度传感器模块 方案1 :使用PT100温度传感器 PT100是铂金属正温度系数热敏传感器，它测量温度范围大，价格便宜，PT100温度传 9 东南大学成贤学院毕业设计报告 感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。铂热电阻的线性较好，在0~100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。PT100输出量为模拟量。 方案2 : 使用DHT11温湿度传感器 DHT11体积小，使用方便，封装形式多样，独特的一线接口，只需要一条口线通信，多点能力，无需外部元件 可用数据总线供电。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。 综合考虑，根据实际情况，选择DHT11作为温度传感器。使用PT100温度传感器要附加放大器电路和AD转换电路，成本高，占用电路板空间大，不宜于设计开发。 2.3.3.3雨滴传感器模块 方案一 :使用雨滴传感器 雨滴传感器放置在玻璃后面，它能根据落在玻璃上雨滴量的大小来产生相应电压，它有一个被称为LED的发光二级管负责发送远红外线，当玻璃表面干燥时，光线几乎是100%地被反射回来，这样光电二级管就能接收到很被多的反射光线。玻璃上的雨滴越多，反射回来的光线就越少。 方案二:使用普通接触开关 普通接触开关价格经济，体积小，不能量化要测量的量。 综合考虑，根据实际情况，选择雨滴传感器。普通接触开关简单，价格经济，但不够准确。雨滴传感器性能优异工作稳定，精度高，反映灵敏。 2.3.3.4粉尘检测传感器模块 方案1:使用 GP2Y1010AU0F 检测粉尘 通过对空气中粉尘颗粒的质量检测来反应当前空气中的粉尘浓度，编程比较容易，网络资料比较多。 方案2:使用SM-PWM-01B检测粉尘 通过对空气中粉尘颗粒的质量检测来反应当前空气中的粉尘浓度，但是编程需要用到中断，可能会给系统带来负担。且网上资料较少，编程方式较难。 综合考虑，根据实际情况，选择 GP2Y1010AU0F 检测粉尘，方便编程。 2.3.4显示模块的方案论证与比较 根据题目的要求，需要显示当前的环境参数以及电机开关动作，所以显示模块成了不可或缺的一个模块。 方案一:数码管。8段数码管属于LED发光器件的一种，分为8段:A、B、C、D、E、 10 东南大学成贤学院毕业设计报告 F、G、DP，其中DP是小数点位，还包括一个公共端COM端。从电气上，8段数码管又分为共阴和共阳两种。共阴指数码管的公共端接负极，而各段接正极;共阳则正好相反。数码管显示虽然简单编程容易，但是它只能够显示简单的数字和字母，而且功耗较大。 方案二:液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各类仪表和低功耗系统中得到广泛的应用。但是编程难度较高，亮度较低。 考虑到本系统进行显示的内容较多，不适合用数码管显示，故采用方案二液晶显示。 2.3.5窗体设计的方案论证与比较 方案一:购买窗体。就是将自己的设计要求以及需要加的齿轮等告诉厂家，订做一个自己需要的窗户。但是这种窗户价格很贵，而且还不一定由厂家愿意做，比较耗时。 方案二:自己做一个窗体，在外面店里购买做窗的材料，根据自己的需求在上面添加自己需要的东西。综上考虑，为了能够更多学习锻炼自己的动手能力所以选择方案二。 2.3.6电机驱动模块的方案论证与比较 方案一:采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率高，一片L298N 可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。 方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制，采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对灭火小车进行控制。这个方案的优点就是电路较为简单，缺点就是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 综上所述，选用方案一 11 东南大学成贤学院毕业设计报告 第三章 单元电路设计 3.1主控制器 3.1.1单片机概述 单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑等里面都可以看见它。 12 东南大学成贤学院毕业设计报告 3.1.K60的引脚功能与硬件最小系统 图3-1为K60封装引脚图 Kinetis系列微控制器是飞思卡尔公司于2010年下半年推出的基于ARM Cortex-M4内核的微控制器，是业内首款Cortex-M4内核芯片。Kinetis系列微控制器采用了飞思卡尔 90纳米薄膜存储器 (TFS) 闪存技术和 Flex存储器功能(可配置的内嵌EEPROM)，支持超过1000万次的擦写。Kinetis 微控制器系列融合了最新的低功耗革新技术，具有高性能、高精度的混 合信号能力，宽广的互连性，人机接口和安全外设。 13 东南大学成贤学院毕业设计报告 • 内核: •ARM Cortex-M4 内核带DSP指令，性能可达1.25 DMIPS/MHz ( 部分Kinetis 系 列提供浮点单元) •多达32通道的DMA可用于外设和存储器数据传输并减少CPU干预 •提供不同级别的CPU频率,有50 MHz、72 MHz 和100 MHz(部分Kinetis系列提供120 MHz 和150 MHz ) •极低的功耗: •10 种低功耗操作模式用于优化外设活动和唤醒时间以延长电池的寿命 低漏唤醒单元、低功耗定时器和低功耗RTC可以更加灵活地实现低功耗 •行业领先的快速唤醒时间 1 MB 闪存 / 128 KB RAM。• 存储器: •内存空间可扩展，从32 KB闪存/ 8 KB RAM 到 多个独立的闪存模块使同时进行代码执行和固件升级成为可能 •可选的16 KB 缓存用于优化总线带宽和闪存执行性能 •Flex 存储器具有高达512 KB的FlexNVM 和高达16 KB的FlexRAM。FlexNVM 能够被分区以支持额外的程序闪存(例如引导加载程序)、数据闪存 ( 例如存储大表) 或者EEPROM 备份。FlexRAM 支持EEPROM 字节写/ 字节擦除操作，并且指示最大 EEPROM 空间 •EEPROM 最高超过一千万次的使用寿命 •EEPROM 擦除/ 写速度远高于传统的EEPROM •模拟混合信号: •快速、高精度的16位ADC、12位DAC、可编程增益放大器、高速比较器和内部电压参考。提供强大的信号调节、转换和分析性能的同时降低了系统成本 •人机接口 (HMI): •低功耗感应触摸传感接口在所有低功耗模式均可 工作 • 连接性和通信: •UART支持ISO7816 和 IrDA， I2S、CAN、I2C 和 SPI •可靠性和安全性: •硬件循环冗余校验引擎用于验证存储器内容、通信数据和增加的系统可靠性 •独立时钟工作的COP 用于防止代码跑飞 •外部看门狗监控 •定时和控制: •强大的FlexTimers 支持通用、PWM 和电机控制功能 •载波调制器发射器用于产生红外波形 •可编程中断定时器用于RTOS 任务调度或者为ADC 转换和可编程延迟模块提供触发源 •外部接口: •多功能外部总线接口提供和外部存储器、门阵列逻辑或LCD 的接口 •系统: •5 V 容限的GPIO 带引脚中断功能 •从 1.71 V 到 3.6 V 的宽操作电压范围，闪存编程电压低至 1.71 V ，并且此时闪存和模拟外设所有功能正常 •运行温度 -40 ?C 到105 ?C 3.2电源模块 本系统采用5V电源模块，经过1117-3.3v进行电压变换后得到3.3V电压，给单片机、液晶显示，等电路供电。其电路原理图如图3-2所示。 14 东南大学成贤学院毕业设计报告 图3-2 直流3.3V电路图 电路中常在输入端接入电容是为了抵消输入引线感抗，消除自激。同时，在输出端接上 电容是为了除集成稳压器的输出噪声，特别是高频噪声。 15 东南大学成贤学院毕业设计报告 3.3传感器模块 3.3.1光电传感器 H42B6是由原装进口高发射功率的砷化镓(砷铝镓)红外发射管和高灵敏度的光敏晶体管组成。它是利用被检测物对光束的遮挡，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无 其内部电路如图3-1-1所示。 图3-1-1 H42B6内部结构图 当左侧的发光二极管跟右侧的光敏三极管没有障碍物阻隔，则4号脚输出高电平，当俩着之间被阻隔，光敏三极管基极电流趋于0,3、4号脚相当于断开，输出低电平，用IO口读取当前管脚的电平即可了解窗户的位置。电路图如图3-1-2所示。 图3-1-2 3.3.2温度传感器模块 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快 16 东南大学成贤学院毕业设计报告 响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。典型应用电路如图3-2-1 图3-2-1典型电路 DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下: 一次完整的数据传输为40bit,高位先出。 数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据 +8bi温度整数数据+8bit温度小数数据 +8bit校验和 数据传送正确时校验和数据等于“8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。 用户MCU发送一次开始信号后,DHT11从低功耗模式转换到高速模式,等待主机开始信号结束后,DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式电路连接如图3-2-2 17 东南大学成贤学院毕业设计报告 图3-2-2 3.3.3 雨滴传感器模块 雨滴传感器又叫雨滴检测传感器，用于检测是否下雨及雨量的大小，广泛用于汽车自动刮水系统、智能灯光系统和智能天窗系统中。在雨滴传感刮水系统中，用雨滴检测传感器检测出雨量，并利用控制器将检测出的信号进行变换，根据变换后的信号自动地按雨量设定刮水器的间歇时间，以便随时控制刮水器电动机;在汽车智能灯光系统中检测车辆行驶的环境，自动调整灯光模式，提高车辆在恶劣环境下行驶的安全性;在智能天窗系统中传感器一旦检测到下雨，会自动关闭天窗。由于这种传感器比较贵，所以我就利用湿敏电阻加LM393比较器做的一个简易雨滴传感器由于AC端是R1与湿敏电阻的分压，当湿敏电阻发生改变时，同时改变AC电压，通过AD口读取AC电压即可根据比例求出当前雨量和是否下雨。传感器电路如图3-3-1所示 18 东南大学成贤学院毕业设计报告 图3-3-1 3.3.4 粉尘检测传感器模块 GP2Y1010AU0F 型粉尘浓度传感器检测器外部含尘空气在风扇的吸引下进入吸引口经导流装置(遮掉外 部光线)进入检测器暗室。暗室内的平行光与受光部的视野成直角交叉构成灵敏区(图中斜线部分)， 粉尘通过灵敏区时，其90?方向散射光透过狭缝射进来由光电倍增管接收并转换成光电流，经光电流积 分电路转换成与散射光成正比的电信号，通过放大电路和A/D 转换电路输入单片机，单片机计算出粉尘 的质量浓度并显示和信号输出。图3-4-1为GP2Y1010AU0F原理图 19 东南大学成贤学院毕业设计报告 图3-4-1 3.4显示电路的设计 20 东南大学成贤学院毕业设计报告 3.4.1液晶显示模块 信意电子的0.96寸OLED模块采用高亮度，低功耗的OLED屏显示颜色纯正，在阳光下有很好的可视效果。模块供电是3.3V不需要修改模块电路，同时兼容2种通信方式:4线SPI、IIC，通信模式的选择可以通信两个零欧电阻来跳选。该模块一共有三种颜色:蓝色、白色、黄蓝双色。OLED屏具有多个控制指令，可以控制OLED的亮度、对比度、开关升压电路等指 1-1所示 令。操作方便，功能丰富。连接电路如图4- 图4-1-1 3.5电机驱动电路的设计 3.5.1 L298N概述 CPU输出PWM信号,电压为脉冲形式。由于输出的电流很小,直接将CPU的输出和直流电机的输入相连是不能使电机转动的。使用电机驱动模块的目的就是将CPU的输出电流放大,从而获得足够大的力矩,驱动电机转动。本设计选用的是意法半导体联合公司(SGS-Thomson)生产的电机驱动芯片L298N。L298N为含有15个引脚的直插式芯片,其主要性能: (1)体积小(19.6mm×17.5mm×5mm); (2)操作电压范围大:操作电压Vs范围从4~46V; (3)抗干扰能力强:低于1.5V的电压均视为低电平,对噪声有较强的抑制作用; (4)配备散热片,减少温度对电子元器件的影响; (5)逻辑电平Vss为+5V; (6)工作效率高:1块L298N可以驱动2台电机,故每辆小车只需配备1块L298N; (7)输出电流大:L298N可以将电流放大到4A。 L298可驱动2个电动机，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动两台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。 21 12345678 东南大学成贤学院毕业设计报告 E，E接控制使能端，控制电机的停转。表3.1是L298N功能逻辑图。 DDnAnBVCCU2VCCPowerJ17805VCCR1表3.1 L298N逻辑功能图 S1133VinVout1K2C2C4LS1C1C3++1GND灭火风扇D1EnA In1 In2 运转状态 0.1uF0.1uF2470uF470uFPLEDCON3D2IN40070 × × 停止 Q290131 1 0 正转 R21SPEAKERRD1Q1UinRES290131K1 0 1 反转 I4007 1 1 1 刹停 J4P0.781 0 0 停止 J1P0.6J57R19VCCP0.5KEY1CC163GNDP0.4KEY21K252INT0P0.3KEY3341In3，In4的逻辑图与表1相同。由表1可知E为低电平时，输入电平对电机控制起作nAP0.23CON3P0.1CON32P0.01用，当E为高电平，输入电平为一高一低，电机正转或反转。同为低电平电机停止，同为nACON8 高电平电机刹停。 3.5.2电机驱动电路 U2VCC139P1.0P0.0P10P00238P1.1P0.1P11P01337C10C8P1.2P0.2+P12P024360.1uF100uFP1.3P0.3+12P13P03535P0.4P14P04634P0.5P15P05733C14U3C12P0.6VCCVCC+P16P06R5R138320.1uF116D2D6D10D14100uFP1.7P0.7P17P071K1K132159215KEY1P1.0BBINT1P20IN1VSS122274INT0KEY2INT0P21IN2VSR6R142310314KEY3M1P22IN3C11524122T1P23IN4OUT11K1K114253413P2.4P1.1T0P24OUT2226613VCCP25ENAOUT3R7R1530p31271114512M2EA/VPP26ENBOUT4Y128P271K1K111.0592M1981611P1.2X1GNDISENA2C21815X2ISENBR8R16710D3D7D11D15910L298NRSTRESETRXD1K1K30p1189P1.3TXD1730RDALE/P1629+TLP521WRPSENVCCC322u8051S1 R20 RES2图3-6电机驱动电路 RST 我们采用电机驱动芯片L298N作为电机驱动，L298N的5、7、10、12四个引脚接到单 片机的IO口，通过对单片机的编程就可以实现俩个电机的正反转。驱动电路的设计如图3-6AA 所示。 Title SizeNumberRevisionA3Date:27-May-2010Sheet of File:C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\Examples\MyDesign.ddbDrawn By:12345678 22 东南大学成贤学院毕业设计报告 第四章 软件的设计 本章主要介绍此次毕业设计使用的编程工具CodeWarrior，主要的控制模块程序以及编写相应的控制程序，主要是传感器程序和电机判断驱动控制程序。 4.1软件开发平台介绍 编程语言选用C语言。汇编语言作为传统的嵌入式系统的编程语言，具有执行效率高的优点，但其本身是低级语言，编程效率较低，可移植性和可读性差，维护极不方便。而C语言以其结构化，容易维护，容易移植的优势满足开发的需要。 CodeWarrior包括构建平台和应用所必需的所有主要工具 - IDE、编译器、调试器、编辑器、链接器、汇编程序等。另外，CodeWarrior IDE支持开发人员插入他们所喜爱的工具，使他们可以自由地以希望的方式工作。 CodeWarrior开发工作室将尖端的调试技术与健全开发环境的简易性结合在一起，将C/C++源级别调试和嵌入式应用开发带入新的水平。开发工作室提供高度可视且自动化的框架，可以加速甚至是最复杂应用的开发，因此对于各种水平的开发人员来说，创建应用都是简单而便捷的。 它是一个单一的开发环境，在所有所支持的工作站和个人电脑之间保持一致。在每个所支持的平台上，性能及使用均是相同的。无需担心主机至主机的不兼容。 23 东南大学成贤学院毕业设计报告 4.2主程序流程图 根据题目要求，程序要能根据传感器反馈的信息，驱动电机开关窗户。整个过程中还要 求能显示当前环境参数。主程序流程图如图4-1所示。 开始 初始化 读取当前传感器值 24 东南大学成贤学院毕业设计报告 是否人工模式 Y N 根据设定值判断开关窗 按键开关窗 显示当前环境值 返回 图4-1 4.3控制程序 #include "Control.h" #include "SensorRead.h" #include "OLED.h" extern uint8 RH,RL,TH,TL,DustNum; int Time=12; int ControlFlag=0,CloseFlag=0,OpenFlag=0,DirSel=0,Amp=100,TestFlag=0,Contro lSel=0; int State; uint8 RHTest=0,DustTest=0; void SysControl(int Control) { char shownum[10]; LCD_CLS(); snprintf(shownum,16,"%d",State); LCD_Print(1,5,(uint8*)shownum); if(!(ControlFlag)) 25 东南大学成贤学院毕业设计报告 AutoControl(); else ManControl(); } void AutoControl() { char shownum[10]; if(!(TestFlag)) { if ((Time<=6)||(Time>=18)||(RH>=50)||(DustNum>=200)) { CloseWin(100); State=0; } else if((Time>=6)&&(Time<=18)&&(RH<=40)&&(DustNum<=100)) { OpenWin(100); State=1; } } else { if ((Time<=6)||(Time>=18)||(RHTest>=60)||(DustTest>=200)) CloseWin(100); else if((Time>=6)&&(Time<=18)&&(RHTest<=40)&&(DustTest<=100)) OpenWin(100); } 26 东南大学成贤学院毕业设计报告 } void ManControl() { if(DirSel) OpenWin(Amp); else CloseWin(Amp); } void CloseWin(int precent) { if (!(CloseFlag)) { PWMzhf(50,1); delayms(60*precent); PWMzhf(0,1); CloseFlag=1; OpenFlag=0; } } void OpenWin(int precent) { if (!(OpenFlag)) { PWMzhf(50,0); delayms(200*precent); PWMzhf(0,0); CloseFlag=0; OpenFlag=1; } 27 东南大学成贤学院毕业设计报告 } 4.4 A/D读数模块 逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路，转换的时间为微秒级。 采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成。基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次逼近法转换过程是:初始化时将逐次逼近寄存器各位清零;转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为 Vo，与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较，若Vo手册

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