![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
基于单片机的智能开关窗系统设计研究.pdf
《基于单片机的智能开关窗系统设计研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的智能开关窗系统设计研究.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、收稿日期:2023-03-16基金项目:福建省中青年教师教育科研项目(JAT220686)作者简介:王宾(1989-),男,福建三明人,讲师,硕士。基于单片机的智能开关窗系统设计研究王宾(漳州职业技术学院 智能制造学院,福建 漳州 363000)摘要:本文提出了一种基于单片机智能开关窗系统设计方案。系统设计选用51单片机为控制核心部件,通过温湿度传感器DTH11检测环境信号,然后转化为电信号,并传输到单片机对检测信号进行判断,当达到开关窗条件时启动相应开关窗机制,系统将相关的控制信号进行可视化显示,提升系统的实用性。系统设计的电路结构简单,通过proteus软件进行仿真验证,对系统实施有很好的
2、指导意义。系统通过扩展接入端口和传感器模块功能得到增强,可与智能家居系统进行对接。关键词:智能开关窗;温湿度传感器;单片机中图分类号:TN711;TP393文献标识码:A文章编号:1673-1603(2023)04-0064-07自动控制系统的不断普及,使得智能家居的概念深入人心。智能家居系统利用物联网、无线通信、大数据及人工智能等技术,将大量的新技术应用到日常生活中,给人们的生活带来了很多便利1。作为家居智能化的核心部分,智能控制系统的开发和建设是未来发展的必然趋势2。但对于普通家庭来说,整体智能家居系统成本相对较高,智能家居的应用还比较少。因此,开发一款针对性较强的智能开关窗系统具有实用价
3、值,并且可与智能家居系统进行对接3。单立军等4设计了一种基于STM32单片机的智能窗控制系统,实现了对窗户的智能化控制并提供了多种功能,但相应的系统设计比较复杂。申赞伟等5设计了基于 STM32 的智能家居物联网系统,为设计智能家居系统提供了很好的研究思路。梁明远等6设计了基于树莓派的智能家居系统,采用JavaScript设计UI图形界面,实现了远程控制家居设备。乔宇等7在智能家居系统方面也做了大量研究。综上所述,目前对于智能家居系统的研究有较好的基础,很多研究者对此方向做了探究,不过对实际居民窗户应用的介绍相对较少。现有的门窗类型丰富,本文主要针对常见的悬窗的自动开关窗进行研究,如图1所示:
4、图1常见的悬窗对照研究方案的可行性,就控制核心器件单片机和PLC做以下比较分析:DOI:10.13888/ki.jsie(ns).2023.04.013第 19 卷第 4 期2 0 2 3 年 10 月Vol.19 No.4Oct.2023沈阳工程学院学报(自然科学版)Journal of Shenyang Institute of Engineering(Natural Science)1)单片机系统具有结构简单、控制功能强、可靠性好等优点,广泛应用在工业控制、智能化设备等各个领域;针对单项工程或重复数极少的项目,采用PLC快捷方便,成功率高,可靠性好。2)在成本价格方面:单片机价格便宜,功
5、能强大;PLC的价格昂贵,体积大,功能扩展需要较多的模块,并且不适合大批量重复生产的产品。3)在工作性能方面:单片机与其他元器件及软件可以构成各种各样的应用系统,使用范围更广,在数据采集、处理等方面,单片机也具有较好的性能8。综合以上,结合系统研究目标及主要解决民用智能关窗系统的要求,本设计采用单片机作为控制核心部件,可以满足使用要求,且研究成本低。1系统总体设计本文提出的智能开关窗系统总体设计框图如图2所示。图2智能开关窗系统本系统以8051单片机为控制核心,系统通过温湿度传感器DTH11检测环境信号,并将其转化为电信号传输到单片机,单片机对检测信号进行判断,当达到开关窗条件时,启动开关窗机
6、制。系统设计电气原理如图3所示。本系统采用AT89C51单片机为控制芯片,其具有可嵌入性、实时控制、灵活选型和容易操控等优点9。系统采用LCD1206 显示器将相关数据实时直观地展示出来,并且可以通过按键显示内容,便于根据实际环境设置不同的控制信号阈值。图3系统设计电气原理2系统硬件设计2.1单片机控制框图系统选用目前比较常用的51系列8位单片机,MCS-51是这一系列单片机的内核代表,其在硬件结构上相似,而且指令系统相互兼容10。许多生产公司在8051的基础上增加相应的性能,这一被称作“增强型51单片机”的新机型在处理速度方面大大提高,各项功能得到增强,集成的资源也丰富了很多11-12。第
7、4 期王宾:基于单片机的智能开关窗系统设计研究65第 19 卷沈阳工程学院学报(自然科学版)单片机与外围电路构成硬件控制系统,主要包括复位电路、时钟电路、按键电路、电机驱动电路、指示灯电路、液晶显示电路和温湿度检测电路。控制系统结构如图4所示。图4控制系统结构2.2温湿度传感器模块本设计采用温湿度传感器DHT11检测信号。DHT11应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,在检测外接温度和湿度时具有较好的可靠性和稳定性。该传感器包括1个电阻式感湿元件和1个NTC测温元件,采用单线制串行接口,外接只需加适当的上拉电阻,检测电路模块如图5所示。图5DHT11检测电路实现对DHT11读取数据的控制
8、时序主要分为3个部分:触发采集数据、读取数字0和读取数字1。1)当总线空闲状态为高电平时,单片机把总线拉低,等待传感器响应。这一过程持续时间必须大于18 ms才能保证起始信号被传感器电路检测到,随后单片机发出开始信号。DHT11接收到开始信号后,等待这一开始信号结束,然后发出持续80 s时长的低电平响应信号,开始信号持续时间结束后,延时等待 2040 s 切换为输入状态,等待DHT11的 80 s低电平信号结束。当单片机检测到DHT11发出持续80 s的高电平信号时,就可以开始采集数据。2)如果单片机读取到传感器的信号先为50 s的低电平,之后为2628 s的高电平,那么说明此时DHT11输出
9、数字是0。3)如果单片机读取到传感器的信号先为50 s的低电平,之后为 70 s的高电平,那么说明此时DHT11输出数字是1。根据以上工作情况,单片机控制DHT11并读取数据是通过时序控制并做出判断实现的。首先触发 DHT11采集数据,然后读取数据并判断 0或1。DHT11输出数字0和数字1的区别在于高电平的持续时间。因此,单片机可在读取到高电平后,通过延时大于等于28 s(可以设置30 s)后,根据总线的电平状态来判断数据,高电平为“1”,低电平为“0”。2.3按键设置模块本系统设置了按键模块用于设置控制系统参数,按键设置模块如图6所示。显示切换键设置切换键值加键值减键图6按键设置模块本系统
10、功能按键采用机械弹性开关,在机械触点的弹性作用下,按键在闭合时不容易实现稳定接通,同样在断开过程也会出现不稳定的现象。为了避免此类不稳定的抖动现象对系统产生的不良影响,通常要在系统设计过程中考虑按键消抖措施。按键的机械特性决定了抖动时间的长短,通常情况下为510 ms,对于很多按键控制场合来说,这是一个相当重要的时间参数。另外,操作人员的按键动作决定了按键稳定闭合时间的长短,通常情况下为零点几秒到几秒的时间。对于控制核心来说,正常的控制逻辑为按键闭合一次,控制核心只能判定为一次。因此,需要对按键进行去除键抖动66处理。按键消抖有硬件消抖和软件消抖两种方法。硬件消抖可以采用由两个“与非”门构成的
11、RS触发器来实现,如图7所示。在RS触发器的作用下,如果因为按键的机械性能在闭合或者断开瞬间发生抖动,那么只要按键不返回原始状态,输出状态不改变,时钟为0,则不会产生抖动的波形。图7按键去抖电路软件消抖是指通过软件程序实现按键去抖的操作,通常采用的软件消抖方法是延时函数按键消抖,这种方法简单实用。软件消抖程序编写思路:检测出键闭合后,通过延时函数等待510 ms(这一时长可以根据具体按键的机械特性进行设定),一般可以执行10 ms以上的延时,让前沿抖动消失后再一次检测键的状态,如果仍保持闭合状态电平,则确认为真正有键按下;当检测到按键释放后,也要给510 ms的延时,待后沿抖动消失后才能转入该
12、键的处理程序。根据系统功能,本设计采用软件延时来实现按键消抖,软件去抖流程如图8所示。图8软件去抖流程2.4开关窗指示模块开关窗指示电路如图9所示。图9开关窗指示电路单片机 P2.4口用于控制开关窗指示电路,在自动关窗或开窗过程中,P2.4口输出高电平,驱动NPN管Q2导通,从而控制继电器RL1得电,将开关从常闭触点调整到常开触点,指示灯被点亮。2.5电机驱动模块该设计的电机驱动电路如图10所示。图10电机驱动电路该设计选用L293D驱动器,其易于控制,无需保护电路和散热器,频率为 5 kHz,工作温度范围为 070,可用于驱动控制电压在536 V之间、电流高达600 mA的电机。可以通过以下
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 智能 开关 系统 设计 研究
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。