智能关窗生产实习报告

1、 燕山大学 生产实习说明书题目:智能关窗系统 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 小 组： 第九组 学生姓名： 指导教师：摘要 我们现在使用的窗户大部分采用人工关闭方式，不具有自动防雨的功能；平时我们外出时经常忘记关闭窗户，遇上下雨时，雨水会进入室内，对室内的电器、摆设等物品造成不必要的损害。本文借助单片机、电子电路及传感器的知识设计了可以实现下雨自动关窗，雨停后自动开窗的智能窗，本电路设计有电位器可以调节雨滴传感器的灵敏度，可以调整到适合环境的状态，从而可解决现实生活中存在的很多问题。本智能窗的设计本着安全、方便、节能、人性化的原则进行，可使现代生活显著提高。关键词：STM32 雨滴传感

2、器 3A高性能步进电机驱动器第 2 页 共 21 页目录第一章 前言31.1自动化仪表的发展前景31.2项目研究现状及发展趋势31.3本系统主要研究内容4第二章 系统总体设计42.1设计要求42.2系统设计原则42.3系统组成及工作原理4第三章 系统硬件设计53.1 信号采集53.2单片机基本电路63.3 报警装置的设计 11第四章 系统软件设计124.1开发环境介绍124.2各个模块简介134.3系统整体软件程序14第五章 展望与发展18 5.1实物展示 18 5.2应用前景 19心得体会19参考文献21第一章 前言1.1自动化仪表的发展前景 自动化仪表广泛应用于装备、改造传统产业的工艺流程

3、的测量和控制，是现代化大型重点成套装备的重要组成部分，是信息化带动工业化的重要纽带。  目前，在我国电力、石油、冶金、化工、建材、轻工等工业领域的企业新建和改造过程中，除工艺流程和工艺设备外，企业更重视自动化仪表和控制系统，以增加产品品种，提高产品质量，降低成本，获取更多利润。而且企业要安全地生产，达到国家对环保的要求，需要用新的检测技术，功能更强的控制方法来控制生产过程，对系统的可靠性、精确度、乃至操作和维护以及节省投资方面提出了更高的要求。因此企业用户需要了解国际上新的检测技术和控制系统的发展状况及其新产品在应用方面的经验；而仪表制造厂则必须研究、开发与生产适销对路的产品，并要在

4、改造现有企业方面提供系统集成解决方案。 由于现代科学技术的不断发展进步使得对自动化仪表提出了更高更新的要求，而以此满足现代化建设的发展的要求。其仪表的发展趋势的最核心的理念就是不断利用新的工作原理和采用新材料来制作新的自动化仪表的元器件，例如利用超声波、微波、射线、红外线、核磁共振、超导、激光等原理和采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、集成光路、光导纤维等元器件。其目的是实现仪器势是通过微型计算机的使用来提高仪器仪表的性能，担高仪器仪表本身自动化、智能化程度和数据处理能力。自动化仪表不仅供单项使用，而且可能过标准接口和数据通道与电子计算机结合起来，组成各种测试控制管理综合系统，以满足更高的技

5、术要求。1.2研究现状及发展趋势当今世界建筑正朝着智能化方向发展，这种发展趋势也正是人类社会的文明程度在一定历史时期的体现。但现在使用的窗户大多数是单纯的推拉式或平移式的，并且与自动控制毫不沾边，更不用说智能化了。如果使窗户具有一定的智能，如下雨则自动关闭。远程遥控关开，就会给人们的居家生活带来诸多方便，从而进一步提高人们的生活质量。1.3本系统主要研究内容沿着智能化自动化的思路，我们设计了以STM32单片机为中央控制的智能窗。该智能窗能通过其数据检测传感器电路不断循环检测室外降雨，信号经过处理后传入单片机。单片机对信号进行运算，之后再输出脉冲信号调整步进电机，从而控制窗户的自动关开。第二章

6、系统总体设计2.1设计要求我们组的项目是基于STM32的智能关窗系统的设计，具体要求是：可以实现按键和红外遥控对窗户的开关的控制，以及在下雨天开窗后，主人不在家时，通过雨滴传感器的检测，能够实现对窗户的自动关闭，以此来减少雨水进入室内所造成的不便。基本功能：l 按键控制窗户开关l 红外遥控控制开关窗l 雨滴传感器控制窗户关闭2.2系统设计原则在公共场所和个人场所有很多推拉式窗户，下雨时，有人在还好，可以自己关窗户。如果没人在窗户又打开的，那样对家电家具的损失不可估计。基于这种思想，我们就制作了这种一下雨就自动关窗的系统。而且我们采用的是最简单的STM32程序的编写，通过简单的程序对带导轨的步进

7、电机进行控制，进而控制窗户的关闭。2.3系统组成及工作原理2.3.1用到的器件：1、 STM32单片机一块 2、 3A高性能步进电机驱动器一个3、 控制导轨的42式步进电机一个4、 触点开关一个2.3.2工作原理采用4线2相式步进电机，通过步进电机的转动，带动螺旋导轨转动，进而使上面的平台做水平移动。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得步进电机在速度、位置等控制领域

8、的操作控制非常简单。我们的原理是：通过给步进电机的驱动器的脉冲接线处一个脉冲，使步进电机可以正常移动。再通过给方向接线处高低电平的控制步进电机的方向，进而实现窗户的开关。第三章 系统硬件设计3.1硬件系统结构3.2系统硬件简介 3.2.1雨滴传感器 （1）传感器原理图： 芯片电路连接图 显示模块图 LM393芯片内部原理图 传感器实物图 （2）传感器实物图 （3）传感器工作原理 雨滴传感器5V供电，TTL电平输出。TTL输出有效信号为低电平，驱动能力100MA左右，可以直接驱动继电器，蜂鸣器等外设。 没有雨的时候，LED不亮，输出为高电平；有雨时，输出低电平，LED点亮。 雨滴板两极没有相互连

9、接，彼此错开，两极的间距小，一滴雨滴的距离，保证了一旦有雨滴时，就能使两极接通。一旦两极接通，电路导通，AC端直接与地相连，AC端电平直接被拉低，INA+输入为低电平，通过LM393芯片后，比较后输出为低电平。当两极没有接通，则电路没有导通，则AC端电平直接去VCC相连，电平被拉高，通过LM393芯片后，比较后输出为高电平。当OUT输出为低电平时，D2亮，反之亦然。3.2.2红外遥控器（1）红外遥控器电路图 图2-5 REMOTE模块原理图 REMOTE模块原理图 REMOTE对应引脚图（2）红外遥控器实物图（3）红外遥控器的工作原理 红外遥控接收头通过P2与P3，连接在STM32的PA1（T

10、IM5_CH2）上。硬件上，我们只需要拿一根跳线帽把RMT和PA1短接即可（默认已经短接）。遥控器由红外接收及发射电路，信号调理电路，中央控制器8031.程序及数据存储器，键盘及状态指示电路组成。遥控器有两种状态：学习状态和控制状态。当遥控器处于学习状态时，使用者每按一个控制键，红外线接收电路就开始接收外来红外信号，同时将其转换春刚电信号，然后经过检波、整形、放大，再由CPU定时对其采样，将每个采样点的二进制数据以8位为一个单位，分别存放到指定的存储单元中去，供以后对该设备控制使用。当遥控器处于控制状态时，使用者每按下一个控制键，CPU从指定的存储单元中读取一系列的二进制数据，串行输出（位和位

11、之间的时间间隔等于采样时的时间间隔）给信号保持电路，同时由调制电路进行信号调制，将调制信号经放大后，由红外线发射二极管进行发射，从而实现对该键对应设备功能的控制。 3.2.3 3A高性能步进驱动器 （1）驱动器原理图 驱动器接口定义图驱动器共阳极接线图 （2）驱动器实物图（3）驱动器工作原理驱动器的脉冲，脱机，方向+都接+5V，驱动器的供电系统配置结束。脉冲端，有脉冲时工作，高电平有效；无脉冲时锁定电机并自动半流。方向端，高电平输入或悬空时正转；低电平输入时反转。脱机端，高电平输入或悬空时正常工作；低电平时脱机。3.2.4步进电机(1)步进电机原理图四相步进电机步进示意图(2)步进电机实物图(

12、3)步进电机工作原理步进电机为四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。 当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。3

13、.3 STM32单片机简介STM32F103RCT6主芯片引脚图 图 3-2 MiniSTM32开发板资源图第四章 系统软件设计本章主要介绍软件方面的知识，我们主要从雨滴传感器模块，红外遥控模块，按键中断模块三个方面来控制窗户的开关。4.1开发环境介绍本次生产实习我们采用的编程工具是Keil编译器。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil则为其提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环

14、境（uVision）将这些部分组合在一起。而我们这次采用的是最新的Keil5编译工具，它具有以下优点：1、Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。2、与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。4.2各个模块介绍4.2.1雨滴传感器模块雨滴传感器是本产品的核心模块之一。通过下雨天时接收到的雨滴传感器的信号，传输给单片机，进而单片机控制窗户关闭。传感器的介绍如下：电压：5V电源指示灯，输出信号LED指示灯。TTL电平输出，TTL输出

15、有效信号为低电平.驱动能力100MA左右，可直接驱动继电器，蜂鸣器，小风扇，等等。 灵敏度可通过电位器调节没有雨时候LED点亮输出为高电平，雨滴上去，输出地电平，LED亮。 雨滴板和控制板是分开的，方便将线引出。大面积的雨滴板，更有利于检测到雨水。板子带有定位孔方便大家安装控制板板子大小：3*1.6 MM大面积雨滴检测板 5.4*4.0 MM实现流程如下：4.2.2红外远程遥控模块为了提高产品的实用性，我们在此加入了红外遥控模块，可以实现对窗户的远程控制。我们采用单片机板子上的红外模块，通过遥控器的按键，控制开关窗以及停止：按下遥控器上的左行键按钮，窗户开启。按下遥控器上的

16、右行键按钮，窗户关闭。按下遥控器上的play键，窗户停止。每次停止之前，窗户会走完包括之前路程的总路程的一半距离。即每走完行程的一半距离时，窗户停止。4.2.3按键中断模块为防止红外遥控出故障的情况发生，我们又添加了按键中断控制的程序，通过单片机板子上的几个按键来控制开窗关窗。当KEY0键按下，窗户关闭。当KEY1键按下，窗户开启。程序流程如下： 4.3系统整体软件程序#include "led.h"#include "delay.h"#include "sys.h"#include "usart.h"#inclu

17、de "key.h"#include "lcd.h"#include "exti.h" #include "remote.h" void GPIO_Config(void); int main(void) int i;u8 key;u8 t=0;u8 *str=0; delay_init(); NVIC_Configuration(); uart_init(9600); LED_Init(); EXTIX_Init();GPIO_Config(); LCD_Init();Remote_Init();while(1)

18、 GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4); if(key=2)GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4); key=Remote_Scan();if(key) LCD_ShowNum(116,130,key,3,16);/ÏÔʾ¼üÖµLCD_ShowNum(116,150,RmtCnt,3,16);/ÏÔʾ°´¼ü´ÎÊý switch(key

19、)case 194:LED1=!LED1;GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4); GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6); for(i=0;i<19000;i+) GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7); delay_us(100); GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7); delay_us(100); LED1=!LED1;break; case 34:LED1=!LED1;GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4); GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_P

20、in_6); for(i=0;i<19000;i+) GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7); delay_us(100); GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7); delay_us(100); LED1=!LED1;break; void GPIO_Config()GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;G

21、PIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7|GPIO_Pin_14； GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);中断服务程序（省略配置）：void EXTI9_5_IRQHandler(void)delay_ms(10); if(KEY0=0)GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);LED0=!LED0

22、;for(i=0;i<38000;i+)GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7);delay_us(100); GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7);delay_us(100);LED0=!LED0; EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line5); void EXTI15_10_IRQHandler(void) delay_ms(10); if(KEY1=0)GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);LED1=!LED1;for(i

23、=0;i<38000;i+) GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7);delay_us(100); GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_7);delay_us(100)；LED1=!LED1; EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line15); 第五章 发展与展望5.1实物展示5.2应用前景 随着居民的生活水平和消费能力不断提高，新需求的增长以及信息化对人们传统生活的改变，让许多人尤其是先富人群对智能家居的需求日益强烈，由此，智能化小区建设近几年也是如火如荼，智能家居市场十分火热，产品供不应求，全国总体求购指数呈爆炸式增

24、长，智能家居走进中国以来，在短短几年的时间里，智能家居生产商由最初的几家公司增加到如今的百余家企业，其行业发展之迅速是目前国内任何其他行业所无法比拟的。从目前的发展趋势来看，在未来的至少20年时间里智能家居行业将成为中国的主流行业之一，其市场的发展前景是非常广阔的。心得体会：*：此次生产实习，我更加熟悉了STM32单片机的使用以及C语言程序的编写，通过对例程的理解与修改，我学会了编写程序时对模块化程序的使用。了解了模块化程序的优点，比起自己编写程序，采用模块的方法确实简单的多。同时，在这次生产实习过程中，我们各个组员之间相互协作，分工明确，按照制定的计划各自负责各自的部分，比起一个人来说效率大

25、大提高，俗话说，三个臭皮匠顶个诸葛亮，确实，我们几个人对32的知识并不算精通，但也略通一二，3人团结合作，优劣互补，确实使项目的完成节约了不少时间。另外，我们组与组之间的合作也使得我们的项目有了提升。赠人玫瑰手有余香，我们在帮助他人的同时，也在学习一些知识，这对我们今后的发展起到了重要作用。最后，感谢老师们给了我们这次宝贵的实习机会，使得我们从中收益匪浅，我相信，在今后回忆起来，这次实习绝对是令人难忘的回忆*：我们做的题目是智能关窗系统，开始决定这个竞赛题目，因为自己本身对物联网类的就比较感兴趣，对用单片机实现一定的智能控制，一想就想动手去做。但是现实永远和自己想的重合不到一起去，竞赛从4月开

26、始，每个礼拜都有进度安排，但是当时课程上的事情也非常多，根本抽不出身来一心投入到竞赛里，所以一直拖一直拖，终于到期末的时候，终于给了这样一个机会。组员很给力，调程序，尝试。我虽然是辅助吧，但是我也学到了很多。在遇到困难时，和组员一起讨论，一起去尝试。比如，刚开始对单片机的引脚的操作不会，我们就从最简单的开始，尝试着能去操控它，写一个把某个管脚置高位，然后用万用表去测该引脚，是不是真的像我们所计划的能置为高电平。就这样从最简单的开始去学，简单的学会了，就可以复杂一点，直至能实现我们所预想的功能。我还学到了要坚持，我们组开始没有多少日子吧，就把电机驱动器的保险丝烧了，然后驱动器就不能实现功能了，驱动器无法使用，也就等于电机就不能驱动了，这对于我们组真的是一个很大的挑战。遇到这个困难后，我们组的进度就停下来了，但是我们没有崩溃，没有气馁，没有放弃，我们积极想着用其他的驱动器。然后去学新的驱动器，看它怎么控制，我们一直在积极的思考，自己解决不了的时候，就去寻求老师，同学的帮助。我还学到了，当自己不懂的时候，就积极的去学，去找资料，去和组员讨论，一起去研究，有时候自己想不通了，钻进牛角尖了，也许问一问身边的组员，一下子就通了，有时候是要自己静下心来去思考，但有时候就要学会积极的去问，问也是一种学习方法。我对项目有想法，组员懂库函数的操作，一起