基于5单片机与若干传感器的智能开关窗系统课程设计报告.docxVIP

传感器实验导论课程设计报告基于51单片机与若干传感器的智能开关窗系统基于单片机与若干传感器的智能开关窗系统引言近年来，随着物联网技术的迅速发展，智能家居成为家庭信息化和社会信息化发展的重要组成部分，智能家居又称智能住宅，当家庭智能网关将家庭中各种各样的家电设备通过家庭总线技术连接在一起时，就构成了功能强大、高度智能化的现代智能家居系统。智能家居强调人的主观能动性，重视人与居住环境的协调，能够随心所欲地控制居住环境。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。总体设计方案本次设计以51单片机作为微控制器，使用DS18B2温度传感器、光敏电阻、雨水传感器采集窗户内外的温度、光照、是否下雨等信息，进而使用ULN2003达林顿陈列驱动四相五线步进电机带动窗户的打开与关闭。系统设计主要分为以下几个部分：单片机和控制电路、温度检测电路、光照检测电路、雨水检测电路、电机驱动电路。整个系统的系统框图如下：我们本次课程设计目标是当温度在20到30度之间、光照充足且无雨的情况下，窗户关闭，液晶显示OFF；三个条件有一个不满足则窗户打开，液晶显示ON。硬件原理与介绍本人在这次课设中负责步进电机驱动及控制模块的电路设计与相关程序的编写以及LCD1602液晶的程序控制，因此本部分将着重介绍步进电机模块与LCD1602液晶的相关硬件原理。28BYJ-48步进电机2.1.1步进电机的工作原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制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。本次设计是采用步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。。。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。。。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。）。四相步进电机原理图其相序分配表如下：2.1.2步进电机24BYJ48的相关电气参数1.额定电压：12VDC(另有电压：5V、6V、24V)2.相数：43.减速比：1/64(另有减速比：1/16、1/32)4.步距角：5.625°/645.驱动方式：4相8拍6.直流电阻：200Ω±7%(25℃)(按客户要求而定：80、130欧姆)7.空载牵入频率：≥600Hz8.空载牵出频率：≥1000Hz9.牵入转矩：≥34.3mN.m(120Hz)10.自定位转矩：≥34.3mN.m11.绝缘电阻：＞10MΩ(500V)12.绝缘介电强度：600VAC/1mA/1S13.绝缘等级：A14.温升：＜50K(120Hz)15.噪音：＜40dB(120Hz)16.重量：大约40g17.未注公差按：GB1804-m18.转向：CCW2.1.3步进电机的基本术语2.1.3.1 相数产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，常用m表示。2.1.3.2 拍数完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，比如说本次设计中使用的24BYJ48有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。。。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。。。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。）2.1.3.3 步距角对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。2.1.3.4 信号分配四相步进电机按照其通电方式的不同，可以分为单四拍，双四