毕业论文-基于单片机的智能防风雨系统设计与实现

1、大连东软信息学院本科毕业设计（论文）论文题目论文题目：基于单片机的智能防风雨系统设计与实现系 所：电子工程系 专 业：电子信息工程（嵌入式系统工程方向） 学生姓名： 学生学号： 指导教师： 导师职称：讲师 完成日期：2014年04月16日 大连东软信息学院Dalian Neusoft University of Information大连东软信息学院毕业设计（论文） 摘要 IV基于单片机的智能防风雨系统设计与实现摘 要本系统采用夏天气温较高，我们家里一般都是开窗通风降温避暑，在主人离开家后，往往也不关闭窗户，一旦下雨，在无人关窗的情况下，雨水会顺着窗户进入室内，使室内潮湿，一旦落入家用电器中，

2、还有火灾隐患，本课题将设计一个下雨自动关窗器，传感器检测到下雨后，立即关闭窗户，以避免造成损失。本设计制作一个智能自动关窗系统，天气下雨时，具有自动检测判断并自动做出反应的功能，同时关窗动作要能恰到好处；在这个基础上还可进一步增加其它智能化功能（如狂风时自动关窗户、检测到有毒气体自动关窗户等）。在预计成果是完成以下目标，系统在设计完成后，实用雨水或者人工实验过程中，单片机会自动控制电机转动。连带的将窗户关闭。完全可以实现下雨状态下，自动关窗器可以轻松实现观察功能。本课题开发一种在普通窗的基础上改进的智能关窗装置，该装置装有雨水传感器，每当下雨，窗户便自动关闭，解除用户的后顾之忧。关键词：自动关

3、窗系统，单片机，传感器大连东软信息学院毕业设计（论文） AbstractAutomatic Water Heater System Based on MCUAbstractThe system uses high temperatures of summer, our house windows open for ventilation are generally cool summer, after the owner to leave the house, and often do not close the window, when it rains, nobody close the

4、window, the rain will be along the window into the indoor, indoor humidity, once fell into the household appliances, as well as fire hazards, the subject will be designed to and a rainy automatically close the window, the sensor detects rain, immediately turn off the windows, in order to avoid losse

5、s.A rainy day design automatically closing a window system, with automatic detection to determine and automatically respond to the weather when it rains, while closing a window action to be able to enjoy a wide range of other intelligent functions (such as wind; on this basis can be further increase

6、d automatically when you close the windows, close the windows automatically detects toxic gases). Expected outcomes is to complete the following objectives in the design is complete, the practical rain or artificial course of the experiment, the microcontroller will automatically control the motor r

7、otation. The associated windows closed. Can achieve under rain, automatically closing a window can easily achieve the observed features.This issue to develop an improved intelligence on the basis of ordinary window to close the window, the apparatus is equipped with a rain sensor When it rains, the

8、windows will automatically shut down, the lifting of the users worries.Key words: Automatically close the window system, microcontroller, sensors大连东软信息学院毕业设计（论文） 目录目 录 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc380610605 h I第1章绪 论 PAGEREF _Toc380610606 h 11.1 论文研究主要内容 PAGEREF _Toc380610607 h 11.2 国内外现状 PAGEREF _To

9、c380610608 h 1第2章关键技术介绍 PAGEREF _Toc380610609 h 32.1 关键性开发技术的介绍 PAGEREF _Toc380610610 h 32.1.1 单片机功能介绍 PAGEREF _Toc380610611 h 32.1.2 雨水传感器功能介绍 PAGEREF _Toc380610612 h 32.1.3 霍尔传感器功能介绍 PAGEREF _Toc380610613 h 32.1.4步进电机驱动功能介绍 PAGEREF _Toc380610614 h 3第3章系统分析 PAGEREF _Toc380610615 h 53.1 构架概述 PAGEREF

10、 _Toc380610616 h 53.1.1 功能构架 PAGEREF _Toc380610617 h 53.1.2 模块需求描述 PAGEREF _Toc380610618 h 53.2 系统开发环境 PAGEREF _Toc380610619 h 63.3 系统任务的可行性分析 PAGEREF _Toc380610620 h 63.3.1 技术可行性 PAGEREF _Toc380610621 h 63.3.2 系统安全性分析 PAGEREF _Toc380610622 h 7第4章系统设计 PAGEREF _Toc380610623 h 84.1设计指导思想和原则 PAGEREF _T

11、oc380610624 h 84.1.1指导思想 PAGEREF _Toc380610625 h 84.1.2软件设计原则 PAGEREF _Toc380610626 h 84.2系统组成概述 PAGEREF _Toc380610627 h 94.2.1单片机最小系统及其简单应用 PAGEREF _Toc380610628 h 94.2.2时钟电路简介 PAGEREF _Toc380610629 h 94.2.3 复位电路简介 PAGEREF _Toc380610630 h 104.3系统的功能结构设计 PAGEREF _Toc380610631 h 114.4系统控制流程 PAGEREF _

12、Toc380610632 h 12第5章系统实现 PAGEREF _Toc380610633 h 135.1 软件实现 PAGEREF _Toc380610634 h 135.1.1软件概述 PAGEREF _Toc380610635 h 135.1.2 程序功能实现 PAGEREF _Toc380610636 h 135.2 硬件实现 PAGEREF _Toc380610637 h 155.2.1硬件概述 PAGEREF _Toc380610638 h 155.2.2 单片机最小系统功能实现 PAGEREF _Toc380610639 h 155.2.3步进电机驱动电路功能实现 PAGERE

13、F _Toc380610640 h 165.2.4 雨水检测器功能实现 PAGEREF _Toc380610641 h 175.2.5霍尔传感器电路 PAGEREF _Toc380610642 h 17第6章系统测试 PAGEREF _Toc380610643 h 196.1 测试方案及测试用例 PAGEREF _Toc380610644 h 196.2 系统功能结论分析 PAGEREF _Toc380610645 h 19第7章结论 PAGEREF _Toc380610646 h 21参考文献 PAGEREF _Toc380610647 h 22致 谢 PAGEREF _Toc3806106

14、48 h 23大连东软信息学院毕业设计（论文）- 第1章绪 论本系统采用夏天气温较高，我们家里一般都是开窗通风降温避暑，在主人离开家后，往往也不关闭窗户，一旦下雨，在无人关窗的情况下，雨水会顺着窗户进入室内，使室内潮湿，一旦落入家用电器中，还有火灾隐患，本课题将设计一个下雨自动关窗器，传感器检测到下雨后，立即关闭窗户，以避免造成损失。本设计制作一个智能自动关窗系统，天气下雨时，具有自动检测判断并自动作出反应的功能，同时关窗动作要能恰到好处；在这个基础上还可进一步增加其它智能化功能（如狂风时自动关窗户、检测到有毒气体自动关窗户等）。在预计成果是完成以下目标，系统在设计完成后，实用雨水或者人工实验

15、过程中，单片机会自动控制电机转动。连带的将窗户关闭。完全可以实现下雨状态下，自动关窗器可以轻松实现观察功能。1.1 论文研究主要内容本设计使用雨水检查传感器，传感器是比较简单的传感器，控制简单，并且非常实用。1、设计一个雨水检测传感器，当检测到有雨水滴入到采集板上后，信号经放大等处理，提供给单片机一个稳定的报警信号。2、设计一个模拟窗户，用步进电机控制窗户的开和关，用ULN2003驱动步进电机；3、单片机检测到雨水信号后，启动步进电机转动，关闭窗户；雨过天晴后自动打开窗户。本系统主要由七部分组成：1传感器及信号处理部分：检测的湿度信号经过处理后变成可处理的数字信号。2、以STC89C51组成的

16、中央处理单元：处理信号并发出控制命令。3、提醒报警电路：给出提醒报警信号当外部红外线检测器有阻断时。4、显示软件：用LCD1602作为显示设备显示湿度、温度、可燃气体等状态的显示。5、指示灯电路：当系统启动时指示灯亮灯并提示可运行。6、电机驱动部分：当STC89C51接收到外部信号关闭窗户时，启动电机驱动设备。7、限位开关电路：当电机带动窗户动作到达一定位置时，遇限位开关让电机停止。以上的功能和设计充分利用了单片机和显示屏的配合功能，是一款典型的单片机配合显示屏的产品。1.2 国内外现状随着科学技术的飞跃发展，生活水平的不断提高，人们对安全、舒适、健康的生活需求变得日益迫切。而近几年来，智能家

17、居概念已经逐渐深入到国民的生活之中，且不断地影响着人们的思维。因此，众多有能力的小区、别墅用户已经开始安装使用智能家居系统，并尝试智能化为家居生活带来的安全、舒适和便利。时光飞逝，日夜如梭。智能家居系统在经历了早期混乱的概念纷争之后，目前已经逐渐进入理性时代。如今的智能家居市场已经不再是海尔、微软等专业家电控制和IT厂家的天下，越来越多的楼宇对讲厂商开始涉及并深入到智能家居行业，猛烈地冲击着楼宇对讲市场格局，从而使得市场竞争更加激烈。尽管如此，用户的需求才是第一位的，所以各厂家的产品研发主要以市场需求为导向。由于我国房地产行业的迅速发展，也带动了我国门窗幕墙行业的迅速发展，随着消费者生活水平的

18、提高，智能化的产品如雨后春笋，正逐步发展和壮大。而我们的智能窗户就是在这样的环境下应运而生的，因此具有广阔的市场空间和应用前景。大连东软信息学院毕业设计（论文）第2章关键技术介绍2.1 关键性开发技术的介绍2.1.1 单片机功能介绍单片机是单片微型计算机的简称，是一款典型的嵌入式微控制器。单片机英文字母缩写是MCU，最早是在工业控制领域使用的，主要参与一些机械控制。将大量外围设备和CPU集成在一个芯片上是单片机起初设计理念是将，在日后的发张中，努力使计算机系统更小，让其集成进复杂在对体积要求严格的控制设备当中更容易。单片机是从片内仅有CPU的专用处理器衍生而来。INTEL公司设计的Z80单片机

19、是最早按照这种思想设计出的处理器，但是从此以后，单片机和专用处理器的发展方向就随之改变。单片机又被称作为单片微控制器，它的功能不是完成某一个逻辑，他是将计算机集成在一个芯片上，其宏观来说就是一个微型计算机，只是单片机比计算机缺少了部分I/O设备，在处理能力上也有所降低。总的来说：它是一台微型计算机。它的质量轻、体积小、价格便宜。是我们为学习和应用开发的首选。学习和使用单片机设计电路，是我们了解计算机原理与结构的最快的捷径，也是最佳选择。2.1.2 雨水传感器功能介绍雨水传感器是自行设计的一款传感器，其原理非常简单，但是非常实用，这种传感器在网上也有出售，主要是由电路板几个互相不导通的铜箔。距离

20、比较近，当有雨水的天气，雨水落在传感器上，会将铜箔导通。当传感器有电流后，单片机识别到高电平后即可进行相应的关窗操作了。2.1.3 霍尔传感器功能介绍霍尔传感器其原理是霍尔效应，通过霍尔效应制作的磁场传感器。霍尔效应是磁电效应较为典型的一种，其名字的由来就是因为科学家霍尔（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金属的导电机制时发现了它。在后续的社会发展中，半导体、导体都是利用霍尔效应设计的，而半导体的霍尔效应的效果比金属的更强，正式利用者这一现象，利用霍尔元件制作的各种霍尔元件，在系统监测、工业自动化和信息化处理等方面应用非常广泛。半导体材料性能开发的最基本的研究就是霍尔效应的

21、研究，半导体材料的重要参数包括导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等都可以通过霍尔效应的实验测定出的霍尔系数来进行判断出来。2.1.4步进电机驱动功能介绍步进电机是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度也可称为步进角，是可以设定的，其最重要的特性就是没有积累误差，利用这个关键特性在各种开关控制的开发和研究中得到了广泛的应用。需要有电子装置进行驱动才能够使步进电机的运行，这种装置被称作为步进电机驱动器，其控制的核心是控制系统发脉冲信号可以设置单个信号发送，每发送一个信号，驱动器就使步进电机旋转一个距角，就可以将控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移。这样就可以建立其步进电机转速与

22、脉冲信号频率之间的正比关系。如果需要对电机精确定位，就可以控制步进脉冲的个数和控制步进脉冲信号的频率。步进电机的控制是通过细分驱动器来控制器其步距角变小的，细分的基本概念可以简单的理解，细分驱动器可以设置不同的工作状态，当设置工作在10的细分状态时，其步距角时电机固有步距角的十分之一。驱动器可以工作在不同细分的整步状态，控制系统每个发送一个步进脉冲，电机转动的角度是1.8。将细分驱动器工作状态调整到100细分状态时，电机的转动的角度改变为0.18。细分功能是驱动器靠精确控制电机的相电流来实现，步进的角度与电机没有任何无关。低频振荡是步进电机的固有特性，消除了电机的低频振荡是驱动器细分后的主要优

23、点。消除它的唯一途径就是选择细分驱动器，如果步进电机在系统控制中要在共振区工作（如走圆弧），要求提高电机的输出转矩。尤其是对三相反应式电机，提高了电机的分辨率。其力矩比比细分时提高约30-40%。这样就可以减小步距角从而提高了步距的均匀度，这样就可以提高不步进电机的分辨率了。大连东软信息学院毕业设计（论文） 第3章系统分析3.1 构架概述3.1.1 功能构架根据需求调研结果确定本系统主要包括以下功能模块，如图3.1所示。图3.1 系统体系结构3.1.2 模块需求描述（1）单片机功能简介目前单片机已经应用到我们生活中的各个领域，在我们生活的各个角落都可以找到单片机的踪迹。其中甚至包括了导弹的导航

24、装置、飞机上各种仪表的控制。在民用的计算机的网络通讯与数据传输也会看到单片机的身影。在工业自动化的实时控制和数据处理中都会有相应的应用，例如：各种IC卡，民用轿车、电脑和个人电子用品的安全保障系统和全自动洗衣机的控制，这些依靠各种各样的单片机实现的。单片机由于其功能强大，价格便宜，资源丰富。其不仅被用在家庭领域，在自动控制领域的机器人、智能仪表以及各种智能机械方面也是大范围的应用。在对单片机功能，架构和资源管理的学习中造就一批计算机应用与智能化控制的人才。（2）霍尔传感器功能霍尔传感器，直流和交流电流都可以测量，普通电流互感器只能测量交流电流，普通电流互感器，使用时，二次侧不能开路，霍尔电流传

25、感器可以开路。霍尔电流传感器输出电压与流过一次侧电流大小成正比，一次侧电流方向改变输出极性也改变，所以可以测量交流电和直流电，对波形也没有特别的要求;适用频率范围也较宽。一般应用在电子电路,如变频器上。交流互感器只能够测量交流,而且频率必须是额定频率,如50Hz互感器测量60Hz误差比较大,输出信号不能够直接 进电子检测电路。正常情况下， HYPERLINK /view/282539.htm t _blank 霍尔元件结构是有四个引脚，包括霍尔元件的偏置电流IC的输入端和两根霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外回路，就会产生霍尔电流。正常情况下，由外部的基准电压源开设定偏置电流。如果系统中的精

26、度要求高，就可以按照基准电压源均用恒流源取值。为了达到高的灵敏度，可以在霍尔元件的传感面上装有高导磁系数的坡莫合金。增加了坡莫合金的传感器的霍尔电势较大，其缺点是电势达到0.05T左右就会出现饱和现象，所以其只适用于在低量限、小量程的情况下使用。（3）步进电机驱动模块功能步进 HYPERLINK /view/1930.htm t _blank 电机是将电 HYPERLINK /view/107414.htm t _blank 脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的 HYPERLINK /view/30964.htm t _

27、blank 频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的 HYPERLINK /view/652289.htm t _blank 目的；同时可以通过控制 HYPERLINK /view/2761038.htm t _blank 脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是系统执行动作的主要部分，实现系统功能的关键。它的动作直接影响到系统功能。步进电机是一款主要是在单片机在收到了雨水传感器的信号

28、以后进行相应的动作。步进电机的优点是控制动作小，单片机系统大部分是进行比较精细的控制，所以步进电机是单片机进行机械控制的首选。由于单片机的工作电压和电流较小，为了保证系统的安全，采用驱动电路的方法进行驱动电机。（4）雨水检测模块功能单片机系统在进行相应的检测的过程中，传感器是必须的。对于系统的要求不同也会有不同的传感器。自动关窗系统是对天气的检测，在智能的情况下必须关窗，雨水检测器是首选，雨水检测器在天气变化下雨的情况下，会产生电平变化，由单片机接受其采集的数据，进行一系列的操作。3.2 系统开发环境 硬件环境：450*2MHZ/40G/1024MB/40G/软件环境：WINDOWS XP3.

29、3 系统任务的可行性分析3.3.1 技术可行性 本系统具有可靠性高，采用市面最流行AT89S52单片机，使用最简单电路实现最复杂功能。电路越简单故障点越少，稳定性越高。具有性能价格比高，本设计电路简单减去不必要的成本，减去电路板设计过程中的过多冗余设计。其功能完备，操作简便，高度人性化。模块化设计，根据本系统是用于自动关窗的这一应用目的，系统尽量使用模块化设计，实现模块化积木式组合与拆分的功能，便于以后的升级换代，减少二次投资，可以满足家庭使用的重要性和复杂度以及使用对象对功能和价格的选择。因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种适合于家庭、仓库、银汽车等重要场所的低价位、运行可靠、具有自

30、动关窗功能的系统，对恶劣的天气情况自动发出报警信。 本课题希望开发一种在普通窗的基础上改进的智能关窗装置，每当下雨，窗户便自动关闭，解除用户的后顾之忧。并且本设计简单实用，在成本控制上有非常出色的表现。在后续的功能实现上，用最简单的传感器达到了非常复杂的功能，这是产品设计的基本理念。是一个非常成功并且实用的设计。3.3.2 系统安全性分析本系统采用夏天气温较高，我们家里一般都是开窗通风降温避暑，在主人离开家后，往往也不关闭窗户，一旦下雨，在无人关窗的情况下，雨水会顺着窗户进入室内，使室内潮湿，一旦落入家用电器中，还有火灾隐患，本课题将设计一个下雨自动关窗器，传感器检测到下雨后，立即关闭窗户，以

31、避免造成损失，本设计制作一个智能自动关窗系统，天气下雨时，具有自动检测判断并自动作出反应的功能，同时关窗动作要能恰到好处；在这个基础上还可进一步增加其它智能化功能（如狂风时自动关窗户、检测到有毒气体自动关窗户等）。本设计的预计成果是完成以下目标，系统在设计完成后，实用雨水或者人工实验过程中，单片机会自动控制电机转动。连带的将窗户关闭。完全可以实现下雨状态下，自动关窗器可以轻松实现观察功能。1、对智能自动关窗系统进行研究，探索如何实现功能。 2、对现有市场的传感器进行调研，选出用来实现和扩展功能的传感器，分析其性能指标。3、分析所选择用的传感器与设计的系统如何对接，阐述扩展功能实现的方法必须科学

32、有效，对系统设计过程中的方法和工艺有自己独到的见解。在日后的工作和学习中我会继续努力研究单片机类产品，将智能自动关窗器进一步的开发，将其功能扩展到各种环境的报警器。将所有的居民住户可能产生的危险因素都包含进来。大连东软信息学院毕业设计（论文）第4章系统设计4.1设计指导思想和原则4.1.1指导思想以人为本，崇尚科学，可持续发展，科学发展观。系统在设计过程中必须遵循模块化的设计理念，保证系统的可维护性、可扩展性和良好的兼容性。在后续的开发过程中能够有效的利用现有的系统资源开发出更加复杂的系统。4.1.2软件设计原则(1) 可靠性软件程序在现如今已经变得越来越复杂，规模也越来越大，因此软件的可靠性

33、成为了技术性难题。对于系统本身来说，要求系统运行的稳定性、可靠性越来越高是软件系统保证设计声誉和生存发展竞争能力的重要保证之一。软件可靠性其含义就是软件在测试运行过程中错误发生几率。其错误发生率越低，其稳定性就月高。当软件一旦发生故障，其本身具有排除故障和解脱死锁的能力。软件和硬件可靠性有着本质上的区别，主要表现在：硬件的可靠性是物理机理导致的的衰变和老化，而软件是由于设计和实现的过程中的错误所致。所以软件的可靠性必须在设计阶段得以保证，在生产和测试阶段无法检测。(2) 可修改性要求以科学的方法设计 HYPERLINK /view/37.htm t _blank 软件，使之有良好的结构和完备的

34、文档，系统性能易于调整。(3) 健壮性健壮性是指软件的接口接受到了软件规范以外的的符号，是否能够判断出这个输入不符合规范要求，并且有相应的对策来处理这样的突发情况。 HYPERLINK /view/37.htm t _blank 软件 HYPERLINK /view/963152.htm t _blank 健壮性这个概念非常模糊无法进行明确的定义，但是却是衡量软件外部量度标准。 HYPERLINK /view/37.htm t _blank 软件设计的健壮直接反应了设计和编码人员的水平。反映了其对问题的分析能力和解决问题的能力。(4) 容易理解性软件设计必须秉持可理解性，在保证了软件的可靠性和

35、可修改性的前提下，必须让人容易理解，保证系统的重用率。容易理解并不仅仅就是文档清晰可读，而是 HYPERLINK /view/37.htm t _blank 软件本身的设计架构和代码结构简单明了易于理解。这个主要取决于设计者本身的洞察力和创造性，以及对设计对象需求和掌握得透彻程度，它不依赖于任何软件而是设计师在设计过程中就对细节性的把握和操作。 (5) 可测试性系统的可测试性就是在系统中设计一个适当的接口，并建立测试系统，使系统在使用前，使系统得到全面的检验。测试是软件使用前必须使用的流程，也是保证系统稳定性的基础。（6）可扩展性 HYPERLINK /view/37.htm t _blank

36、 软件设计并非是以有效，而是要尽量留有后续升级的升级接口和升级的空间。一个完美的系统并不是设计出了非常强大的功能，而是代码尽可能少的情况下实现了功能，而且在后续的升级的过程中有充分的接口和资源使系统在原有的基础上即可升级或增加功能。4.2系统组成概述4.2.1单片机最小系统及其简单应用本章节主要是介绍了单片机的最小系统的实现。讲解了怎样编写程序来对单片机IO口的输出进行控制。简要的介绍单片机的工作原理、最小系统的组成通过简单的AT89S52程序设计来讲述编译软件Keil的使用并下载Hex文件烧写单片机。单片微控制器简称单片机，是在一块集成了CPU中央处理器的芯片、ROM程序存储器、定时器/计数

37、器、RAM数据存储器和多种功能的I/O输入/输出接口等一台微型计算机。其包含计算机所需要的基本功能部件。其可以完成各种功能和函数中复杂的运算、通信、逻辑控制等功能。单片机的最小系统是单片机运行的最低保障，简单说就是单片机能正常工作和实现功能所必须的组成部分。可解释为使用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。单片机的最小系统应该包括单片机、时钟电路、复位电路和输入/输出设备。4.2.2时钟电路简介外部时钟电路简单且同意实现，其主要的核心在于单片机的管脚XTAL1和XTAL2。单片机的XTAL1和XTAL2是独立的输入和输出反相放大器。XTAL1和XTAL2引脚在系统设计的过程中可以被配置为使用石

38、英晶振的片内振荡器，也可以配置成为直接连接外部时钟驱动。本系统即是采用的内部时钟的方式实现的。内部时钟模式即是利用单片机内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2的引脚上外接定时元件实现的，主要是连接一个石英晶体和两个电容，单片机的内部振荡器便可以产生自激振荡。在正常情况下晶振的大小可以在12MHz之间任选，最高频率可以达到24MHz。频率越高频率功耗也就越大。本系统中采用的石英晶振和并联的两个电容。在设计过程中电容的的大小对振荡频率有微小地影响，其主要作用是微调频率的作用。当采用石英晶振时，电容的值可以在2040pF之间选择任选，议案情况下使用30pF的电容。当采用陶瓷谐振器件时电容要适当地增

39、大一些在3050pF之间。我们通常选取33pF的陶瓷电容。4.2.3 复位电路简介在单片机系统中复位电路是非常关键的，当程序跑飞、运行不正常或死机停止运行时就需要进行复位。单片机的第9管脚（复位引脚RST）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST被持续的置为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位操作通常有两种基本形式：上电瞬间复位和开关复位。复位电路主要包括以上两种复位方式：第一是上电复位，上电复位原理是利用电容两端电压不能跟随系统的电压变化不能突变，因为此时电容的负极引脚和单片机的RESET引脚连接。相连相应的电压会被全部加在了电阻上RESET引脚的输入为高，高电平会

40、使芯片被复位。随后电容充电完成后，电阻两端上的电压也随之逐渐减小，最后减小到约等于0V，单片机就可以恢复正常的工作状态。开关复位是将并联在电容的两端连接复位按键，当复位按键没有操作时，系统正常运行。当有按键操作后，电路实现在芯片正常工作后通过按下按键使RST管脚出现高电平，以达到手动复位的效果。一般情况下只要RST管脚上保持10ms以上的高电平就能使单片机进行复位操作。电容和复位电阻为经典值，实际的电路设计过程中可以用同一数量级的电阻和电容代替资料介绍里的电容电阻，这样就可以自行计算RC充电时间，在工作环境实际测量以确保单片机的复位电路可靠。4.3系统的功能结构设计图4.1 系统原理图单片机系

41、统在功能实现的过程中，硬件电路是基础，软件程序是功能。系统实现的前提是合理的、完善的硬件电路，软件在此基础之上才能实现相应的功能。系统硬件电路在设计过程中，紧紧围绕题目基于单片机的智能防风雨系统的设计与实现进行设计。基本架构的搭建是坚持模块化的基本原则，各个模块有其不同分工、不同职责。按照预想的结构进行设计。首先设计的是单片机最小系统，此部分是系统运行的基础。最小系统包括的复位电路、时钟电路是单片机运行必不可少的一部分。然后是辅助电路的设计包括功放电路、数码管显示电路、按键电路和超声波电路。这些辅助电路是进一步实现功能的电路，系统原理图如图4.1所示。4.4系统控制流程图4.5 系统控制流程图

42、大连东软信息学院毕业设计（论文）第5章系统实现5.1 软件实现 5.1.1软件概述软件主要是分为主函数和功能函数两种类型。程序的实现是系统功能的核心。硬件电路在设计过程中，有较大随意性。可以根据需要进行适当的改变。软件的设计主要是针对每个功能进行实现。5.1.2 程序功能实现#include unsigned char i,j;sbit key=P37; /调整按键sbit zero_flag=P33;/霍尔停止位sbit water=P32; /水滴检测unsigned char code F_Rotation4=0 x01,0 x02,0 x04,0 x08;/正转表格unsigned c

43、har code B_Rotation4=0 x08,0 x04,0 x02,0 x01;/反转表格void Delay(unsigned int A)/延时 while(-A); void F180()/向前转动180度开窗函数 for(j=0;j128;j+) for(i=0;i4;i+) /4相 P0=F_Rotationi; /输出对应的相 可以自行换成反转表格 Delay(500); /改变这个参数可以调整电机转速 for(j=0;j128;j+) for(i=0;i4;i+) /4相 P0=F_Rotationi; /输出对应的相 可以自行换成反转表格 Delay(500); /改

44、变这个参数可以调整电机转速 void gotozero() /打开窗户while(1) for(i=0;i4;i+) /4相步进电机，向前转动 P0=F_Rotationi; /输出对应的相 可以自行换成反转表格 Delay(500); /改变这个参数可以调整电机转速 if(zero_flag=0) /当检测到霍尔停止位 for(i=0;i4;i+) /4相步进电机，向前转动，微调 P0=F_Rotationi; /输出对应的相 可以自行换成反转表格 Delay(500); /改变这个参数可以调整电机转速 for(i=0;i4;i+) /4相步进电机，向前转动，微调 P0=F_Rotation

45、i; /输出对应的相 可以自行换成反转表格 Delay(500); /改变这个参数可以调整电机转速 break; /停止并返回 void guanchuang() /关窗函数F180();/旋转180度，关闭窗户while(1)if(water=1) /雨水蒸发掉gotozero(); /回到打开状态break;void main(void)EA=1; /* 开中断 */ EX0=1;/开外部中断0IT0=0;/下降沿触发方式key=1;gotozero();/上电后先到打开位while(1) if(key=0) /判断调整按键按下Delay(10); /延时消抖if(key=0) /判断调整

46、按键按下 for(i=0;i4;i+) /4相步进电机 P0=F_Rotationi; /输出对应的相 可以自行换成反转表格 Delay(500); /改变这个参数可以调整电机转速 void int0() interrupt 0 /外部中断0服务函数 ，有雨水时进入该中断函数guanchuang();/关窗函数n iResult;5.2 硬件实现 5.2.1硬件概述硬件电路主要功能实现的基础，硬件电路系统要求的基本功能用硬件实现，通过导线连接将各个模块连接起来。保证各个模块在实现功能是的数据传输，硬件电路在设计过程中主要是考虑节省资源，降低成本。在有限的资源的情况下实现硬件电路。5.2.2 单

47、片机最小系统功能实现单片机系统的重要性根据其名字就能体现出来，其实单片机运行最基础的电路。有了最小系统，系统既可以完成运行。、单片微控制器简称单片机是在一块芯片中集成了CPU中央处理器、ROM程序存储器、RAM数据存储器、定时器/计数器和多种功能的I/O输入/输出接口的一台微型计算机所需要的基本功能部件。单片机可以完成复杂的运算、逻辑控制、通信等功能。单片机的最小系统就是让单片机能正常工作并发挥其功能时所必须的组成部分，也可理解为是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对单片机来说最小系统一般应该包括单片机、时钟电路、复位电路和输入/输出设备，如图5.1所示。图5.1 单片机最小系统电路图5

48、.2.3步进电机驱动电路功能实现步进电机驱动电路采用ULN2003A驱动芯片进行驱动，如图5.2所示。步进电机驱动电路主要是负责单片机进行动作时，保证电机在逻辑控制动作过程中能够正常运行。ULN2003A的实质是集成三极管，因为步进电机耗电量大，必须有一定充足的能量来驱使步进电机进行工作。如果单片机在驱动电机会导致单片机过流或者过压导致单片机烧损。图5.2 步进电机驱动电路5.2.4 雨水检测器功能实现雨水检测电路主要是检测实时的天气情况，雨水检测电路的传感器部分非常简单，实质是绘制的PCB板。PCB板上有若干等距离的铜箔，在有雨水时，将铜箔导通后，产生电流。雨水检测器部分的核心是LM339电

49、压比较器，如图5.3所示。检测器的原理就是利用LM339的功能。通过利用水的导电性进行实时监控。当传感器上有雨水时，就有电压变化，LM339就可以将信号传送到单片机，使用单片机控制步进电机进行相应的动作。图5.3 雨水检测器电路图5.2.5霍尔传感器电路霍尔电路就是检测检测电路，由于本电路存在机械控制部分，对于运行的范围和距离必须采用一定的方式和方法检测其运行的范围。霍尔传感器是一种磁感应的传感器，针对于霍尔定律的产品一般是电流传感器。本系统是利用霍尔传感器的磁感应特性，当有磁铁靠近时有电流变化的原理检测窗户的关闭程度。霍尔传感器当有磁铁靠近时显示为低电平，此时即可进行判断窗户关闭到位，便单片

50、机根据信号判断后，步进电机停止运作。本系统采用的磁感应传感器A3144E，如图5.4所示，其主要是通过利用霍尔特性磁能够产生电流的原理，将两部分安装上不同的部件，一部分感应部分，一部分是磁铁。当磁铁靠近过程中会产生电路，会触发相应电路和相应的动作。这样就起到了霍尔元件的作用。图5.4 磁感应传感器A3144E大连东软信息学院毕业设计（论文）第6章系统测试系统测试是一项非常重要而且复杂化的步骤。系统测试在软件的整个生存期中起着重要的作用，能够验证软件的存在的不足和问题，对于系统的质量保证是不可缺少的一部分。本系统测试已下几个方面。系统测试是检测系统功能的重要组成部分，基本的检测后对系统有基本的要

51、求后，要对系统的功能进行全面的验证。保证系统功能全面的完成。系统测试一般分为两种情况，一种是系统设计完成后进行实物制作，制作完成后进行测试。根据系统的设计要求编制设计方案，对功能意义测试。另一种是使用软件仿真，因为各种原因可能系统并不制作成实物。则使用软件仿真的方式进行系统测试。6.1 测试方案及测试用例 软件测试：使用Keil软件分别单步运行程序和全速运行，都无错误报告。程序软件仿真通过。硬件测试：电路板焊接完成以后，根据原理图使用电压表在电路板上进行点测试，检查导线连接的焊盘是否有短路和短路现象。测试结果为电路中焊点部分有虚焊现象存在，有点烙铁进行简单修补后电路板导线全部通过测试。没有短路

52、和断路现象存在。硬件仿真测试：使用伟福仿真器对单片机进行仿真，首先进行单步运行，可以观察查看相应寄存器中的数据变化，根据观察寄存器中的数据变化与预想的相同。系统运行正常，可以实现预期设计的各项功能。仿真软件：仿真软件使用Proteus，它是英国Labcenter electronics公司研发的仿真软件。它以强大的功能和良好的仿真效果而闻名。Proteus仿真基本步骤：第一步是将电路图的硬件及连线布置在Proteus中，Proteus的数据库非常丰富。基本的电子器件都包含在内，所以电路布置简单。而且电路布置没有特殊的参数要求。第二步将代码和电路连接起来。即将代码和硬件电路进行连接，以实现控制。

53、点击开始，即可仿真。仿真结果基本完成了显示系统的基本功能，可以对通信的数据及时准确的显示。6.2 系统功能结论分析模拟智能的试验的结果分析，智能的情况下，系统会自动关窗。使用霍尔传感器准确及时的停止电机运动，保证窗户准确到位的关闭。不至于在风智能窗户关闭不严实导致不必要的损失。模拟晴天的试验的结果分析，系统在晴天的情况下，可以准确及时的打开窗户，并且能够控制好窗户的打开角度。保证了窗户的安全，不至于损坏系统或者窗户。根据这两个试验的结果可以得出结论，智能关窗系统的功能基本实现。完全能够满足设计当初的要求，系统设计成功。大连东软信息学院毕业设计（论文）第7章结论经过了五个月的制作，终于完成了基于

54、单片机的智能自动关窗系统的设计与实现。系统功能基本达到了预期效果。在这次设计中，我学到了以前在理论中没有学到的东西，毕业设计就是理论结合实际的真正实战。在完成设计的过程中锻炼了我独立发现问题和解决问题的能力。在毕业设计中提高了我的设计能力，让我的设计更加规范，设计经验更加丰富。让我在各个方面都得到了进步。系统设计与平时的学习不同，它是将平时学习的知识融会贯通，提取精髓而完成的。这就考验了我对于知识掌握的熟练程度，系统设计不是要求你又多高的研究水平，也不是研究能力有多强，而是将各个方面知识综合起来，来实现我想要实现的目的。在选择基于单片机的智能防风雨系统的设计与实现后，感觉胸有成竹。因为在以前的

55、制作中有过相关液晶屏设计经验。可是当真正要自己独立完成而且是系统的设计，顿时感觉不知道如何下手。还好在指导教师陈功老师的引导下有一点头绪。“要完成一件事，而且要完成好的话。那就一定要明白到底这件事的最终目标是什么。”导师的这句话顿时让我清醒了很多。我对系统做了分析，因为我要弄懂这个系统到底是干什么的，有什么功能，要使用什么电子器件才能完成这个系统。我不但明确了单片机的的型号，并且在老师的指导下不断的充实系统，初步将系统结构搭建起来。在自己的不断努力和老师的指导下完成了基于单片机的智能防风雨系统的设计与实现经过这次毕业设计我的专业设计水平上升了一个层次。可是我不会满足于此，我会更加的努力学习，让

56、自己达到更高的水平。我在解决问题的过程中，对于系统设计中使用的软件也更加了解，也得到了很多学习方法和思路。让我在以后的工作中奠定了良好的基础。虽然系统完成了预期的设计要求，并没有对它的功能彻底的挖掘。由于时间原因，没有做深入研究和开发。在日后的学习和工作中还会不断改进和升级这个系统。大连东软信息学院毕业设计（论文）参考文献1 李华MCU-51系列单片机实用接口技术M，北京航空航天大学出版社，1993，3 2 许育诚软件测试与质量管理J，海事大学，2004，6，14-423 景新梅软件产业原动力J，中国计算机报，2005，7，32-334 刘湘涛，江世明单片机原理与应用M，北京:电子工业出版社，2006，75 万福军单片微机原理系统设计与应用M，中国科学技术大学出版社，2005，56 胡辉单片机原理及应用设计M，中国水利水电出版社，2005，107 缪学勤解读IEC61158第四版现场总线标准J，仪器仪表标准化与计量，2007，3，1-48 刘艺，徐大琴嵌入式系统设计大学教材M ，人民邮电出版社，2008，129 张迎新，雷文C8051F系列SOC单片机原理及应用M，国防工业出版社，2005，1210 官晟张杰.微机主从通信系统多232口连接电路设计J，微计算机信息，2005，4，10-1611 董春霞，张胜利I2C总线技术及其在智