单片机控制的多功能窗户
摘 要本文详细介绍了国内多功能窗的发展现状，发展中所面临的问题。从产品质量、性能及应用方面看多功能窗的差距；整个行业看多功能窗所存在的问题以及它的发展趋势。同时也详尽的介绍了此次设计中最重要的组成部件单片机的概念、工作原理及设备总体结构，其中包括MCS-51的发展历程，选型依据。设计了一种基于单片机MCS-51的多功能窗的设计，介绍了所选用的8031、8255等单片机。关键词：多功能窗，单片机，传感器AbstractThis article introduced in detail the domestic multi-purpose window's development present situation, in the development faces question. From the product quality, the performance and the application aspect look at the multi-purpose windows the disparities; The entire profession looked the multi-purpose windows exist question as well as its trend of development. Simultaneously also in exhaustive introduction this design most important building block monolithic integrated circuit's concept, principle of work and equipment gross structure, including MCS-51 the development process, shaping basis. Has designed one kind based on the monolithic integrated circuit MCS-51 multi-purpose window designs, introduced selects 8031, 8255 and so on monolithic integrated circuits. key word: Multi-purpose windows, monolithic integrated circuit, sensor目录第1章 绪论. 11.1窗户的发展概述. 11.2 总体方案确定.2第2章 系统硬件设计.42.1 MCS51单片机主要应用特性. 42.2 控制原理图.62.3 微型处理器.82.3.1 8031性能特点. 82.3.2 8031硬件结构及引脚功能. 82.4 系统扩展 .112.4.1 I/O接口的扩展 . 112.4.1.1 8255A内部结构和引脚功能. .112.4.1.2 8255A方式控制字. 142.4.1.3 8255A的工作方式. 162.4.1.4 8255A与CPU8031的接口 162.4.2 存储功能扩展 .172.4.2.1 锁存器74LS373的引脚及功能.172.4.2.2 2764 EPROM.182.5 输入/输出接口系统设计. 202.5.1 键盘系统设计. .202.5.2 显示系统设计. 212.5.2.1 LED数码管的结构及显示原理 . 212.5.2.2 74LS138结构及功能 . 212.5.2.3 74LS377结构及功能 . 222.5.3 显示电路 . .222.6 传感器选择与设计. 232.6.1 光电开关的原理. 232.6.2 气体传感器. 242.7 电机控制电路设计. 242.7.1 固态继电器介绍. 252.7.2 电机控制电路原理. 262.8 电源. 26第3章 系统软件设计. 283.1 主程序. 283.2 显示子程序流程图. 303.3 输入给定值中断服务程序. 31第4章 结论. 32参考文献.33致谢.34第1章 绪论随着我国建筑行业规模的不断发展，窗户呈现出种类数目不断增多、丰富的局面。尤其是窗户的生产质量的不断提高，对窗户的生产技术提出了更高的要求，特别是对窗户多功能性提出了更新更高的要求。在当前各种多功能逐渐进入各企业的情况下，我们有必要对国产窗户多功能性的应用现状及发展作进一步探讨。1.1 窗户的发展概述窗户是是建筑的眼睛，它在建筑与环境、户内与户外既沟通又分离起到多重实用功能。从人类家居历史上看，窗框架经历了由木窗、钢窗、铝合金窗、塑钢窗到现在的节能断桥铝塑复合窗的一个发展过程。从这个过程中我们能看到，随着新材料和新技术的不断涌现，窗框架的功能也从简单保温隔热到环保节能美观。就正如一个身怀绝技的武林高手一般，不断的习武不断的历练，最TodayHot终天下无敌。 传统材料的木窗由于容易腐蚀现在已经很少做为室内外的分界窗，由于它本身木纹质感强，容易做各种造型和图案所以现在常做为室内装饰窗。进入现代钢窗由于其强度好，不易变形的特点被开始被广泛使用，随后铝合金窗和塑钢窗相继开始涌现，近些年来,中国铝合金型材行业发展很快,形成了正规的行业体系,企业的产品、技术档次、销售服务有了很大的提高，出口方面全球最多，产量世界第一。从未来几年来看,铝合金型材、尤其是节能环保铝合金型材市场还将前景广阔。塑钢窗一出现，其时尚的外观，良好的性价比很快就赢得了人们的青睐，由于其装饰性强、手感好，开启灵活，清洁方便，良好的密封性和隔热性，经久耐用。短短几年时间就抢占了铝合金窗的“半壁江山”。有资料表明这种内含钢衬的塑料门窗在欧美等发达国家也非常风光，市场占有率很高，如：德国占52，英国占38%，美国占30%以上，一向对产品品质非常挑剔的发达国家也对塑钢窗如此垂青，自然有其原因。第五代新型节能门窗型材全新的铝塑铝复合门窗型材为外面两侧是铝合金型材，中间隔热体是改性多腔PVC型材。其优点是既有铝合金的高强度、重量轻、美观、耐腐、加工简单，又有塑钢型材隔热的特点，具有非常好的隔热节能效果。现在被很多建筑广泛采用。 在当今能源日益紧缺的严峻形势下，生产节能、环保的产品已成为各行各业的发展方向。所以节能环保材质的窗框架必将大行其道。1.2 总体方案确定根据“多功能”这一目的要求，做如下设计安排：1.防有害气体泄漏：自动检测室内煤气、烟雾、酒精等有害气体浓度,达到设定阈值后自动开窗,并启动排风扇或空调等通风;2.防盗报警：由热释电人体红外探头检测从窗外靠近的人体,及时关窗上锁并发出报警讯号;3.防潮湿：当下雨或浓雾,空气湿度大时自动关窗;4.天色黑暗时自动关窗(可设置为ON或OFF);5.定时开关：按设定时间打开或关闭窗子。图1-1 控制原理图如图1-1所示，单片机采用中断查询工作方式。气敏传感器的信号经IC4A放大,使IC4B翻转,经光耦隔离向N3和N1输入的高电平,反相后N3触发中断0,单片机查到P31为低电平后,向P10、P11输出开窗指令,经隔离后,Q1Q4驱动电机M1打开窗子;P2口由高转低,Q5导通,J1常开触点吸合,启动排风扇或空调等。C2可消除一定的干扰,以免误触发。为简化电路,图中只画出了一路传感器输入。P34、P35、P37分别接受来自热释电、湿敏、光敏探头的信号。SW2为多功能按钮,不按SW1时,SW2为手动开/关窗键;按一下SW1,触发中断1,进入设定时间方式,每按一下SW2设定时间增加半小时,停止按键30秒后设置结束,定时器开始工作;防盗报警被触发后,按一下SW2,可终止讯响器SPEAKER的鸣叫。K1、K2为窗子开闭到位检测开关,J2为窗锁电磁铁线圈,关窗到位后为窗子上锁。LED作多功能指示：上电后LED亮,指示处于初始延时(由于传感器的初始不稳定性,必须有较长时间的延时);设定时间时,每按一下SW2,LED闪烁一次,确认键输入有效;当气体检测动作后LED也点亮,其余时间均熄灭。图中N1等都为三极管,N3为五只二极管和1只三极管构成的或非门,4只传感器信号的放大比较由两块四运放完成。为了工作稳定,单片机与外围电路完全隔离,单独供电。整个电路安装在铝合金窗框内,在窗框外侧为传感器开检测孔,气敏探头另一根线引出安装在需检测的位置。M1连同机械传动机构安装在活动窗叶上,通过特殊方式与驱动电路连接(整个机械传动部分已申报专利)。为了防止M1因机械部分的阻滞而烧毁,程序需对开、关窗过程进行检测,当活动窗叶发生卡阻时可自动回退并再次尝试。三次尝试仍不能正常开关时,停止动作并发出报警信号。在RST端加有强制复位键。第2章 系统硬件设计2.1 MCS51单片机主要应用特性MCS-51单片机是美国Intel公司于1980年推出的窗户,与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的窗户，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流窗户，各高校及专业学校的培训教材仍用MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的设计。MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用窗户，其主要功能如下：·8位CPU·4kbytes
