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1、菏泽学院本科生毕业设计（论文）目 录摘要1关键词1Abstract1Key words1引言11 总体方案的设计11.1 本设计的主要任务和内容21.2 智能窗的总体构成22 机械结构的设计42.1 自动开关窗机械传动形式设计42.1.2 齿轮齿条参数选择42.2 窗框与窗扇的结构设计42.2.1 窗框结构设计42.2.2 窗扇结构设计42.2.3 步进电机滑槽设计52.3 180旋转工作流程示意图63 自动控制系统主要硬件的设计73.1 单片机选型73.1.1 单片机发展过程73.1.2 单片机发展趋势73.1.3 AT89S51单片机简介83.2 数据检测传感器的选择83.2.1 数据检测
2、传感模块组成83.2.2 传感器选型及电路83.3 A/D转换电路的设计123.3.1 A/D转换器的选型123.3.2 ADC0809内部功能与引脚介绍123.3.3 A/D转换器与单片机接口电路的设计143.4 语音报警电路的设计153.4.1 语音录放电路的设计153.4.2 扬声器驱动电路的设计163.5 行程开关174 红外线遥控开关的设计184.1 红外线简介184.2 遥控方案设计1814.3 成品红外接收头194.4 编码器和译码器的选择204.5 红外遥控发射电路的设计224.6 红外遥控接收电路设计234.7 电源电路的设计245 动力源的选型与设计255.1 步进电机选型
3、255.2 步进电机驱动电路的设计256 系统软件的设计267 结术语28参考文献29致谢30基于51单片机控制的智能窗的设计机械电子工程专业学生 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，不具有自动防盗、防雨、防煤气中毒等人性化的功能；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。晚上睡觉时我们通常把窗户关死，一旦燃气发生泄漏，由于室内不透气造成窒息中毒致残、致死的事件时有发生。为了防盗，我们一般在窗户外面安装防护栏，但如今很多城市为了美化市容通常不允许安装防盗窗。再者，现在使用的窗户大多数是单纯推拉式或平移式的，这给在
4、楼层高的住户擦拭玻璃带来很大困难。本文借助三维建模软件Solidworks、单片机、电子电路及传感器的知识设计了可以实现清晨自动开窗、防雨、智能防盗和可燃性气体泄漏时报警并开窗，以及实现窗扇1 80转向的智能窗，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7。关键词：防风雨、防盗；51单片机；窗扇的180旋转；智能51 single-chip microcomputer control based on the design of the intelligent windowStudent majoring in Mechani
5、cal and electrical engineering Wang KaiTutor Hou Jian HuaAbstract： We now use the windows closed most of the artificial means, does not have auto theft, rain, wind, anti-gas poisoning and other personalized features; normally closed we often forget when they go out the window, encountered bad weathe
6、r, sand and rain will enter the room, and indoor appliances, furnishings and other items causing unnecessary damage. Usually at night when we closed the windows, once the gas leak, poisoning, suffocation caused by indoor air tight disabled, the frequent occurrence of death. For security, we usually
7、install the fence outside the window, but now many of the cities to beautify the city usually do not allow the installation of security window. Moreover, the windows are mostly used push-pull or pan-style, giving the floor a high household cleaning glass more difficult. We designed the smart window
8、can be achieved early in the morning automatically open the window, automatic wind, rain, smart security and combustible gas leak alarm window, and the achievement of the overall window sash 180 freedom of direction and relative rotation between the two sashes, in order to address the reality life o
9、f the aforementioned problems. The smart window design in line with safe, convenient, energy saving, the principle of humanity, can significantly improve modern life.Key words: Prevent rain，anti-theft;；51 SCM；180 rotate. Casement； Intelligent window .引言: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。
10、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、室内有害气体超标则自动开、有盗贼入内则自动报警等,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。再者，这给在楼层高的住户擦拭玻璃带来很大困难。沿着这样的思路,我们设计了以AT89S51单片机为中央控制器的智能窗。该智能窗能通过其数据检测传感电路不断循环检测室内湿度、有害气体(如媒气)浓度等信号，经处理后传入单片机。单片机对信号进行运算，然后与由预先设置的参数临界值相比较,从而作出开/关窗 的判断,再结合窗状态检测电路所检测到的当前窗状态,再输出脉
11、冲信号调整步进电机，完成下雨刮风自动关窗、室内有害气体超标自动开窗等。1 总体方案的设计1.1 本设计的主要任务和内容1、自动开关窗：阳光明媚的早上光敏晶体管感光通过单片机控制板自动打开窗户，更新室内空气；傍晚太阳落下时窗子自动关闭；2、自动防风：当风速超过8m/s时，风速传感器检测信号，单片机控制板使窗户自动关闭。即使主人不在家，照样将其看管得无微不至，为您营造一个干干净净的环境。3、自动防雨：平时上班或临时加班不能及时关窗、出门在外也总有忘记关窗的时候，遇到下雨时，湿敏传感器检测到下雨信息，单片机控制板控制电动机动作，窗门自动关闭，使您的家用设备遭雨水侵袭，解除您的后顾之忧。此功能特别适合
12、高楼住户。4、防盗：如遇上小偷触碰窗户，振动传感器检测到振动信号后，单片机控制板控制窗户上的喇叭播放“抓贼了，在单元号”的报警声，接着电动机动作，关闭窗户，避免造成财产及安全损失。5、防可燃性气体泄漏： 当室内的液化气、天然气等可燃气体发生泄漏时，传感器检测到气体信号时，单片机控制板控制报警蜂鸣器立即发出报警声，接着电动机动作，打开窗户将有毒气体排到窗外，这样既有效地防止人中毒，也能避免火灾、爆炸事故的发生。6、独特旋转功能：窗扇可实现180旋转，便于高层住户擦拭玻璃。1.2 智能窗的总体构成本智能窗主要机械传动部分和自动控制系统组成。其中，机械传动部分要由窗框、窗扇、齿轮齿条等。自动控制系统
13、主要包括AT89S51单片机组成的中央控制器,数据检测传感电路, A/D转换器,窗驱动控制接口电路、窗驱动电路、步进电机等组成。其整体结构如图1-1所示。 图1-1 整体结构图1-窗框 2-窗扇 3-窗扇2 4-护罩 5-齿条 6-电机固定座上 7-滑槽块 8-电机固定座下 9-电机滑移螺栓 10-固定螺母 11-固定螺栓 12-行程开关 13-煤气传感器 14-风速传感器 15-湿度传感器 16-人体热释红外传感器 17-光敏传感器 18-步进电机图1-2 控制系统架构图2 机械结构的设计2.1 自动开关窗机械传动形式设计2.1.1 自动开关窗任务分析 智能窗的传动任务是由动力源通过传动机构
14、带动窗扇在滑移槽内来回滑动，任务简单，但要求精确度较高。通过学习机械设计知道，齿轮齿条传动传动较为准确、可靠，并且机械效率高18，因此，选定齿轮齿条传动能满足智能窗传动任务的要求。传动形式见图2-1。图21 齿轮齿条传动2.1.2 齿轮齿条参数选择 由于此传动所带负载不是很大，故齿轮齿条参数选取较为宽松，根据具体需要确定其主要参数为：齿轮：m=1.5 Z=20d=mz=30mm=20P=m=3.141.5=4.7mm齿条：m=1.5=20P=m=3.141.5=4.7mm2.2 窗框与窗扇的结构设计2.2.1 窗框结构设计 此窗框是在常规窗框的基础上进行的更改设计，在窗框上下两侧各开一道滑移槽，使窗扇开关窗时在滑移槽内滑动实现关窗。同时为实现窗扇的旋转在滑移槽一侧各设计一转轴槽。其具体设计见图1-3窗框结构图。图2-2 窗框结构图2.2.2 窗扇结构设计 窗扇在常规窗扇的基础上进行部分改进，在窗扇一侧加一旋转轴，同时在旋转轴上安装滑动轮。具体设计见图2-3。 图2-3 窗扇结构图2.2.3 步进电机滑槽设计为实现窗扇的180旋转，特别将电机卡座设计成可上下移动的形式。具体设计见图2
