1、畢業設計報告(論文)題目（智能窗戶的設計） 所 屬 系 專 業 學 號 姓名 指導教師 起訖日期 設計地點 畢業設計報告（論文）誠信承諾本人承諾所呈交的畢業設計報告（論文）及取得的成果是在導師指導下完成，引用他人成果的部分均已列出參考文獻。如論文涉及任何知識產權糾紛，本人將承擔一切責任。 學生簽名: 日 期: 東南大學成賢學院畢業設計報告智能窗戶的設計摘 要本設計采用ARM contex-M4單片機為控制核心，通過控制直流電機的正反轉改變窗戶的開合，從而實現“窗戶自動控制”功能。此作品使用了觸點開關對“雨”進行監控，溫濕度傳感器對環境溫濕度檢測，粉塵傳感器對空氣中粉塵光量檢測，電開關判斷窗戶是

2、否全開或全關，這些信號經探測提取轉換后被送入單片機中進行運算，單片機根據運算結果對直流電機進行控制，從而實現自動窗簾的功能。該作品使用了無線收發模塊，實現了對窗簾的遙控，通過簡單的按鍵設置就能控制窗簾的狀態。關鍵詞：ARM contex-M4 傳感器 直流電機 電機驅動Body-driven Design of Fire-fighting RobotAbstractIn recent years, with the rapid development of science and technology, intelligence also made further demands, intel

3、ligent robot research in practical applications a large space for development. The social significance of the fire is that it safe for human survival as the ultimate care, fire fighting robot as an important means of fire fighting, fire fighting and rescue has been an increasingly important rol

4、e in the show.  This robot is P89V51RD2 fighting for the control of microcontroller core, to DC motor, power supply circuit, motor drive and other circuits. System through the fire flame sensor information collected by the microcontroller through IO port to control the car forward and stop

5、ped. To find the source of fire, the car stopped, the use of job sensor to measure the velocity of the car, displayed on the digital pipe. And use the fan out the fire.Keywords: P89V51RD2；DC motor；Hall Sensor；LED目 錄第一章 緒 論11.1問題的提出11.2相關背景情況介紹11.3設計思路和方法11.3.1系統設計指標11.3.2系統設計的難點21.4本論文結構安排

6、2第二章 系統設計32.1整體方案設計32.2系統組成32.3方案論證與比較32.3.1單片機的方案論證與比較32.3.2電源模塊的方案論證與比較32.3.3測速模塊的方案論證與比較42.3.4顯示模塊的方案論證與比較42.3.5車體設計的方案論證與比較42.3.6電機驅動模塊的方案論證與比較5第三章 單元電路設計63.1主控制器63.1.1單片機概述63.1.2單片機P89V51RD263.2電源模塊73.3測速模塊73.3.1霍爾器件73.3.2霍爾傳感器44E概述73.3.3霍爾傳感器測速原理83.3.4傳感器電路設計83.4顯示電路的設計93.4.1數碼管動態顯示原理93.4.2數碼管

7、顯示電路93.5電機驅動電路的設計93.5.1 L298N概述93.5.2電機驅動電路103.5.3隔離電路103.6滅火驅動電路11第四章 軟件的設計124.1軟件開發平臺介紹124.2主程序流程圖124.3定時器/計數器124.3.1定時器/計數器124.3.2定時器程序134.4 PWM產生程序144.5測速程序15第五章 制作與調試175.1制作流程175.2調試175.3調試結果17第六章 結 論18致 謝18參考文獻(References)19附錄一 原理圖20附錄二 PCB圖21附錄三 實物圖22附錄四 程序代碼2323第一章 緒 論1.1 研究目的和意義21世紀是信息化的世紀，

8、各種電信和互聯網新技術推動了人類文明的巨大進步。智能家居控制系統可以定義為一個過程或者一個系統。利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、綜合布線技術、將與家居生活有關的各種子系統，有機地結合在一起，通過統籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。還將原來的被動靜止結構轉變為具有能動智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節約資金。系統的網絡化功能可以提供遙控、家電（空調，熱水器等）控制、照明控制、室內

9、外遙控、窗戶自控、防盜報警、電話遠程控制、可編程定時控制及計算機控制等多種功能和手段。使生活更加舒適、便利和安全。因智能家居控制系統布線簡單、功能靈活，擴展容易而被人們廣泛接受和應用。智能化控制的工作原理自然離不開運算和控制單元，在設計本系統時采用的主控器件ARM context-M4，正是運算與控制單元的集合體。本窗戶控制系統不僅具有采集控制方便、簡單、靈活等優點，而且可以大幅度提高采各模塊和芯片的協調性，從而大大提高系統的可利用性。此次系統設計系統正是利用ARM context-M4 單片機的優點，順利的完成了本設計的要求。并且實現了學習型定時和自動控制功能，為控制家居設備提供了良好的基礎

10、。正是因為通信技術、計算機技術、網絡技術、控制技術的迅猛發展與提高，促使了家庭實現了生活現代化，居住環境舒適化、安全化。這些高科技已經影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習慣，提高了人們生活質量，家居智能化也正是在這種形勢下應運而生的。智能家居控制系統的主要功能包括通信、設備自動控制、安全防范三個方面。隨著新技術和自動化的發展，傳感器的使用數量越來越大，功能也越來越強，各種傳感器都已經標準化、模塊化，這給智能家居控制系統的設計提供極大方便。智能窗簾控制裝置系統的整體主要由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分由單片機擴展的外圍電路以及各種實現單片機系統控制功能的接口電路組成；軟件部分主要由單片機系

11、統實現其特定控制功能的各種程序組成。本設計中介紹了智能窗簾控制裝置系統的硬件構成以及軟件設計過程，以盡最大可能滿足不同人對窗簾開閉的不同需求。同時，系統在針對人們一般需求的設計開發外，還提出多種解決方案，在考慮到經濟性和簡便性的前提下，可以供日后對控制系統的功能進行擴展。1.2 基本內容安排該設計通過分析電動窗簾的現狀和人們對自動窗簾控制系統的功能的需求，從而對自動窗簾控制器進行總體的設計。系統的總體設計采用以直流減速電機作為單片機控制元件，執行窗戶開閉的主要任務；以溫濕度傳感器、粉塵傳感器、雨滴傳感器作為檢測元件，以提供單片機外界環境的變化；ARM context-M4單片機作為主控制芯片，

12、控制著整個系統的運行，此外，輔助以鍵盤和顯示電路，在各個電路模塊的配合下最終實現了自動窗戶控制系統的智能化要求。自動窗簾控制系統設計過程主要分為以下幾個章節：（1）緒論：介紹設計目標國內外的發展現狀和研究意義目的，設計的基本內容和本文的章節安排。（2）總體設計方案：給出了智能窗戶控制裝置的總體方案設想，智能項目，和設計結構規劃。（3）硬件設計：選用ARM context-M4單片機為核心的各種電路設計，包括電源電路，直流電機驅動電路，鍵盤/顯示電路等一系列相關電路。（4）軟件設計：介紹各個功能模塊的的設計流程以及設計思路。（5）總結：針對設計中的不足進行再思考以及提出自動窗簾控制系統功能的擴展

13、。1.3 設計思想及基本功能 該系統具有一般的窗戶控制系統的最基本的功能，即通過電動按鈕來開閉窗戶，在此基本功能的前提下，本設計根據需求還設計了可以根據溫度、濕度、粉塵濃度和下雨量自動開閉窗戶的功能，在選取設計方案和采用元器件方面，該系統本著簡單實用經濟的思想，盡量簡化電路設計，同時又能學到知識的目的來達到設計要求。自動窗簾控制系統具有以下幾個基本功能：（1）手動控制：該功能是根據用戶的需求通過按鍵進行窗簾的開關，此功能可以使窗戶的開閉處于任何一種狀態；（2）環境自動控制：窗戶的關閉和開啟通過環境的溫度、濕度、粉塵濃度和下雨量自動完成窗戶的開啟或關閉操作控制。窗戶的開、關和停止功能可由單片機輸

14、出電平來控制直流電機的運轉以實現。第二章 系統設計2.1整體方案設計課題要求設計一個簡易智能窗戶模型，能在指定環境內根據環境的不同來控制窗戶的開關。根據課題設計的要求和課題目標，制定出了系統的設計方案，并通過比較論證，選擇合適的器件。最終確定手工制作小車，采用ARM context-M4單片機作為主控制器，L298N作為直流電機的驅動芯片，并用液晶屏顯示當前的環境參數的設計方案。2.2系統組成根據智能窗戶的功能要求，設計的智能窗戶主要由控制器、顯示模塊、驅動模塊、傳感器檢測模塊、按鍵模塊以及電源模塊等組成。本系統的方框圖如圖2-1所示。3.3V電源模塊 5V電源模塊 ARMContex M4

15、K60按鍵模塊溫濕度傳感器 雨滴傳感器 電機驅動模塊 粉塵傳感器 O LED顯示 紅外傳感器圖2-1 系統方框圖2.3方案論證與比較2.3.1單片機的方案論證與比較方案一：采用嵌入式處理器（ARM)作為控制器。ARM運算功能強大，速度較快，編程靈活，自由度大，外圍器件少，成本適中，容易實現仿真、調試和功能擴展。方案二：采用FPGA或CPLD作為系統的控制器。可以實現復雜邏輯功能，規模大，速度快，密度高，體積小，穩定性高，容易實現仿真、調試和功能擴展。不過這個控制器成本高，引腳多，PCB布線復雜。方案三：采用AT89C51單片機，AT89C51是一款80C51微控制器，包含了4KBFLASH和1

16、28字節的數據RAM。AT89C51單片機比較簡單可靠，編程容易。本系統不需要復雜的邏輯功能，對數據的處理速度要求也不是很高。但是為了能夠跟多的學習ARM的單片機，且本人手上正好有K60的單片機所以為了學習選擇方案一。2.3.2電源模塊的方案論證與比較由于本次系統設計中有單片機最小系統模塊、傳感器模塊、處理電路模塊、顯示模塊等都需要有3.3V和5V電源，所以電源在本系統中有著比較重要的地位，它是整個系統能夠正常工作的保證。方案一：利用變壓器將220V市電降壓成12V交流電壓，通過橋式整流電路整流后再通過三端穩壓器7805輸出穩定的5V電壓，在經過1117-3.3V芯片輸出穩定的3.3V電壓。方

17、案二：直接用現成5V的電源模塊，給電路、驅動供電，在經過1117-3.3V芯片給單片機和顯示電路供電綜上所述：選擇方案二，由于電機轉動的不確定性可能會對單片機造成影響，所以就直接用現成的電源模塊。2.3.3傳感器模塊的方案論證與比較2.3.3.1窗位置傳感器模塊方案一 ：使用1M歐姆，1M長導線通過測量導線電壓來確定窗位置，使用精度較高的金屬混合物電阻。方案二 ：使用光電傳感器光電傳感器不與被測電路發生電接觸，通過檢測窗體是否擋住傳感器的光源來檢測當前窗體是否已經到邊緣，進一步確定是否停止電機。綜合考慮，根據實際情況，選擇方案二。方案一中導線的安裝有較大的難度，并且不易購買。2.3.3.2溫度

18、傳感器模塊 溫度傳感器模塊方案1 ：使用PT100溫度傳感器PT100是鉑金屬正溫度系數熱敏傳感器，它測量溫度范圍大，價格便宜，PT100溫度傳感器還具有抗振動、穩定性好、準確度高、耐高壓等優點。鉑熱電阻的線性較好，在0100攝氏度之間變化時，最大非線性偏差小于0.5攝氏度。PT100輸出量為模擬量。方案2 : 使用DHT11溫濕度傳感器DHT11體積小，使用方便，封裝形式多樣，獨特的一線接口，只需要一條口線通信，多點能力，無需外部元件 可用數據總線供電。現場溫度直接以“一線總線”的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。綜合考慮，根據實際情況，選擇DHT11作為溫度傳感器。使用PT100溫度

19、傳感器要附加放大器電路和AD轉換電路，成本高，占用電路板空間大，不宜于設計開發。2.3.3.3雨滴傳感器模塊方案一 ：使用雨滴傳感器雨滴傳感器放置在玻璃后面，它能根據落在玻璃上雨滴量的大小來產生相應電壓，它有一個被稱為LED的發光二級管負責發送遠紅外線，當玻璃表面干燥時，光線幾乎是100%地被反射回來，這樣光電二級管就能接收到很被多的反射光線。玻璃上的雨滴越多，反射回來的光線就越少。方案二：使用普通接觸開關普通接觸開關價格經濟，體積小，不能量化要測量的量。綜合考慮，根據實際情況，選擇雨滴傳感器。普通接觸開關簡單，價格經濟，但不夠準確。雨滴傳感器性能優異工作穩定，精度高，反映靈敏。2.3.3.4

20、粉塵檢測傳感器模塊方案1：使用 GP2Y1010AU0F 檢測粉塵通過對空氣中粉塵顆粒的質量檢測來反應當前空氣中的粉塵濃度，編程比較容易，網絡資料比較多。方案2：使用SM-PWM-01B檢測粉塵通過對空氣中粉塵顆粒的質量檢測來反應當前空氣中的粉塵濃度，但是編程需要用到中斷，可能會給系統帶來負擔。且網上資料較少，編程方式較難。綜合考慮，根據實際情況，選擇 GP2Y1010AU0F 檢測粉塵，方便編程。2.3.4顯示模塊的方案論證與比較根據題目的要求，需要顯示當前的環境參數以及電機開關動作，所以顯示模塊成了不可或缺的一個模塊。方案一：數碼管。8段數碼管屬于LED發光器件的一種，分為8段：A、B、C

21、、D、E、F、G、DP，其中DP是小數點位，還包括一個公共端COM端。從電氣上，8段數碼管又分為共陰和共陽兩種。共陰指數碼管的公共端接負極，而各段接正極；共陽則正好相反。數碼管顯示雖然簡單編程容易，但是它只能夠顯示簡單的數字和字母，而且功耗較大。方案二：液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的諸多優點，在各類儀表和低功耗系統中得到廣泛的應用。但是編程難度較高，亮度較低。考慮到本系統進行顯示的內容較多，不適合用數碼管顯示，故采用方案二液晶顯示。2.3.5窗體設計的方案論證與比較方案一：購買窗體。就是將自己的設計要求以及需要加的齒輪等告訴廠家，訂做一個自己需要的窗戶。但是這種窗戶價格

22、很貴，而且還不一定由廠家愿意做，比較耗時。方案二：自己做一個窗體，在外面店里購買做窗的材料，根據自己的需求在上面添加自己需要的東西。綜上考慮，為了能夠更多學習鍛煉自己的動手能力所以選擇方案二。2.3.6電機驅動模塊的方案論證與比較方案一：采用專用芯片L298N作為電機驅動芯片。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅動芯片，它響應頻率高，一片L298N 可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅動，操作方便，穩定性好，性能優良。方案二：采用繼電器對電動機的開或關進行控制，采用繼電器對電動機的開或關進行控制，通過開關的切換對滅火小車進行控制。這個方案的優點就是電路較為簡單

23、，缺點就是繼電器的響應時間慢、機械結構易損壞、壽命較短、可靠性不高。綜上所述，選用方案一第三章 單元電路設計3.1主控制器3.1.1單片機概述單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現在最強大的單片機系統甚至可以將聲音、圖像、網絡、復雜的輸入輸出系統集成在一塊芯片上。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發展出了M

24、CS51系列單片機系統。基于這一系統的單片機系統直到現在還在廣泛使用。隨著工業控制領域要求的提高，開始出現了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產品大發展，單片機技術得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數百倍。現代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦等里面都可以看見它。3.1.K60的引腳功能與硬件最小系統 圖3-

25、1為K60封裝引腳圖Kinetis系列微控制器是飛思卡爾公司于2010年下半年推出的基于ARM Cortex-M4內核的微控制器，是業內首款Cortex-M4內核芯片。Kinetis系列微控制器采用了飛思卡爾 90納米薄膜存儲器 (TFS) 閃存技術和 Flex存儲器功能(可配置的內嵌EEPROM)，支持超過1000萬次的擦寫。Kinetis 微控制器系列融合了最新的低功耗革新技術，具有高性能、高精度的混合信號能力，寬廣的互連性，人機接口和安全外設。 內核： ARM Cortex-M4 內核帶DSP指令，性能可達1.25 DMIPS/MHz ( 部分Kinetis 系列提供浮點單元) 多達32

26、通道的DMA可用于外設和存儲器數據傳輸并減少CPU干預 提供不同級別的CPU頻率,有50 MHz、72 MHz 和100 MHz（部分Kinetis系列提供120 MHz 和150 MHz ) 極低的功耗： 10 種低功耗操作模式用于優化外設活動和喚醒時間以延長電池的壽命 低漏喚醒單元、低功耗定時器和低功耗RTC可以更加靈活地實現低功耗 行業領先的快速喚醒時間 存儲器： 內存空間可擴展，從32 KB閃存/ 8 KB RAM 到 1 MB 閃存 / 128 KB RAM。多個獨立的閃存模塊使同時進行代碼執行和固件升級成為可能 可選的16 KB 緩存用于優化總線帶寬和閃存執行性能 Flex 存儲器

27、具有高達512 KB的FlexNVM 和高達16 KB的FlexRAM。FlexNVM 能夠被分區以支持額外的程序閃存（例如引導加載程序）、數據閃存 ( 例如存儲大表) 或者EEPROM 備份。FlexRAM 支持EEPROM 字節寫/ 字節擦除操作，并且指示最大 EEPROM 空間 EEPROM 最高超過一千萬次的使用壽命 EEPROM 擦除/ 寫速度遠高于傳統的EEPROM 模擬混合信號： 快速、高精度的16位ADC、12位DAC、可編程增益放大器、高速比較器和內部電壓參考。提供強大的信號調節、轉換和分析性能的同時降低了系統成本 人機接口 (HMI)： 低功耗感應觸摸傳感接口在所有低功耗模

28、式均可工作 連接性和通信： UART支持ISO7816 和 IrDA， I2S、CAN、I2C 和 SPI 可靠性和安全性： 硬件循環冗余校驗引擎用于驗證存儲器內容、通信數據和增加的系統可靠性 獨立時鐘工作的COP 用于防止代碼跑飛 外部看門狗監控 定時和控制： 強大的FlexTimers 支持通用、PWM 和電機控制功能 載波調制器發射器用于產生紅外波形 可編程中斷定時器用于RTOS 任務調度或者為ADC 轉換和可編程延遲模塊提供觸發源 外部接口： 多功能外部總線接口提供和外部存儲器、門陣列邏輯或LCD 的接口 系統： 5 V 容限的GPIO 帶引腳中斷功能 從 1.71 V 到 3.6 V

29、 的寬操作電壓范圍，閃存編程電壓低至 1.71 V ，并且此時閃存和模擬外設所有功能正常 運行溫度 -40 °C 到105 °C 3.2電源模塊本系統采用5V電源模塊，經過1117-3.3v進行電壓變換后得到3.3V電壓，給單片機、液晶顯示，等電路供電。其電路原理圖如圖3-2所示。圖3-2 直流3.3V電路圖電路中常在輸入端接入電容是為了抵消輸入引線感抗，消除自激。同時，在輸出端接上電容是為了除集成穩壓器的輸出噪聲，特別是高頻噪聲。3.3傳感器模塊3.3.1光電傳感器H42B6是由原裝進口高發射功率的砷化鎵（砷鋁鎵）紅外發射管和高靈敏度的光敏晶體管組成。它是利用被檢測物對光

30、束的遮擋，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無 其內部電路如圖3-1-1所示。 圖3-1-1 H42B6內部結構圖當左側的發光二極管跟右側的光敏三極管沒有障礙物阻隔，則4號腳輸出高電平，當倆著之間被阻隔，光敏三極管基極電流趨于0,3、4號腳相當于斷開，輸出低電平，用IO口讀取當前管腳的電平即可了解窗戶的位置。電路圖如圖3-1-2所示。 圖3-1-23.3.2溫度傳感器模塊DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性與卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，

31、并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數以程序的形式儲存在OTP內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選則。產品為 4 針單排引腳封裝。典型應用電路如圖3-2-1 圖3-2-1典型電路DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數據格式,一次通訊時間4ms左右,數據分小數部分和整

32、數部分,具體格式在下面說明,當前小數部分用于以后擴展,現讀出為零.操作流程如下: 一次完整的數據傳輸為40bit,高位先出。 數據格式:8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據 +8bi溫度整數數據+8bit溫度小數數據          +8bit校驗和 數據傳送正確時校驗和數據等于“8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據+8bi溫度整數數據+8bit溫度小數數據”所得結果的末8位。 用戶MCU發送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉

33、換到高速模式,等待主機開始信號結束后,DHT11發送響應信號,送出40bit的數據,并觸發一次信號采集,用戶可選擇讀取部分數據.從模式下,DHT11接收到開始信號觸發一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發送開始信號,DHT11不會主動進行溫濕度采集.采集數據后轉換到低速模式電路連接如圖3-2-2 圖3-2-23.3.3 雨滴傳感器模塊雨滴傳感器又叫雨滴檢測傳感器，用于檢測是否下雨及雨量的大小，廣泛用于汽車自動刮水系統、智能燈光系統和智能天窗系統中。在雨滴傳感刮水系統中，用雨滴檢測傳感器檢測出雨量，并利用控制器將檢測出的信號進行變換，根據變換后的信號自動地按雨量設定刮水器的間歇時間，以便隨時控制刮

34、水器電動機；在汽車智能燈光系統中檢測車輛行駛的環境，自動調整燈光模式，提高車輛在惡劣環境下行駛的安全性；在智能天窗系統中傳感器一旦檢測到下雨，會自動關閉天窗。由于這種傳感器比較貴，所以我就利用濕敏電阻加LM393比較器做的一個簡易雨滴傳感器由于AC端是R1與濕敏電阻的分壓，當濕敏電阻發生改變時，同時改變AC電壓，通過AD口讀取AC電壓即可根據比例求出當前雨量和是否下雨。傳感器電路如圖3-3-1所示 圖3-3-13.3.4 粉塵檢測傳感器模塊GP2Y1010AU0F 型粉塵濃度傳感器檢測器外部含塵空氣在風扇的吸引下進入吸引口經導流裝置（遮掉外部光線）進入檢測器暗室。暗室內的平行光與受光部的視野成

35、直角交叉構成靈敏區（圖中斜線部分），粉塵通過靈敏區時，其90方向散射光透過狹縫射進來由光電倍增管接收并轉換成光電流，經光電流積分電路轉換成與散射光成正比的電信號，通過放大電路和A/D 轉換電路輸入單片機，單片機計算出粉塵的質量濃度并顯示和信號輸出。圖3-4-1為GP2Y1010AU0F原理圖 圖3-4-13.4顯示電路的設計3.4.1液晶顯示模塊信意電子的0.96寸OLED模塊采用高亮度，低功耗的OLED屏顯示顏色純正，在陽光下有很好的可視效果。模塊供電是3.3V不需要修改模塊電路，同時兼容2種通信方式：4線SPI、IIC，通信模式的選擇可以通信兩個零歐電阻來跳選。該模塊一共有三種顏色：藍色、

36、白色、黃藍雙色。OLED屏具有多個控制指令，可以控制OLED的亮度、對比度、開關升壓電路等指令。操作方便，功能豐富。連接電路如圖4-1-1所示 圖4-1-13.5電機驅動電路的設計3.5.1 L298N概述CPU輸出PWM信號,電壓為脈沖形式。由于輸出的電流很小,直接將CPU的輸出和直流電機的輸入相連是不能使電機轉動的。使用電機驅動模塊的目的就是將CPU的輸出電流放大,從而獲得足夠大的力矩,驅動電機轉動。本設計選用的是意法半導體聯合公司(SGS-Thomson)生產的電機驅動芯片L298N。L298N為含有15個引腳的直插式芯片,其主要性能:(1)體積小(19.6mm×17.5mm&

37、#215;5mm)；(2)操作電壓范圍大:操作電壓Vs范圍從446V；(3)抗干擾能力強:低于1.5V的電壓均視為低電平,對噪聲有較強的抑制作用；(4)配備散熱片,減少溫度對電子元器件的影響；(5)邏輯電平Vss為+5V；(6)工作效率高:1塊L298N可以驅動2臺電機,故每輛小車只需配備1塊L298N；(7)輸出電流大:L298N可以將電流放大到4A。L298可驅動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅動兩臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉。表3.1是L298N功能邏輯

38、圖。表3.1 L298N邏輯功能圖EnAIn1In2運轉狀態0××停止110正轉101反轉111剎停100停止In3，In4的邏輯圖與表1相同。由表1可知EnA為低電平時，輸入電平對電機控制起作用，當EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機正轉或反轉。同為低電平電機停止，同為高電平電機剎停。3.5.2電機驅動電路圖3-6電機驅動電路我們采用電機驅動芯片L298N作為電機驅動，L298N的5、7、10、12四個引腳接到單片機的IO口，通過對單片機的編程就可以實現倆個電機的正反轉。驅動電路的設計如圖3-6所示。第四章 軟件的設計本章主要介紹此次畢業設計使用的編程工具CodeWa

39、rrior，主要的控制模塊程序以及編寫相應的控制程序，主要是傳感器程序和電機判斷驅動控制程序。4.1軟件開發平臺介紹編程語言選用C語言。匯編語言作為傳統的嵌入式系統的編程語言，具有執行效率高的優點，但其本身是低級語言，編程效率較低，可移植性和可讀性差，維護極不方便。而C語言以其結構化，容易維護，容易移植的優勢滿足開發的需要。CodeWarrior包括構建平臺和應用所必需的所有主要工具 - IDE、編譯器、調試器、編輯器、鏈接器、匯編程序等。另外，CodeWarrior IDE支持開發人員插入他們所喜愛的工具，使他們可以自由地以希望的方式工作。CodeWarrior開發工作室將尖端的調試技術與健

40、全開發環境的簡易性結合在一起，將C/C+源級別調試和嵌入式應用開發帶入新的水平。開發工作室提供高度可視且自動化的框架，可以加速甚至是最復雜應用的開發，因此對于各種水平的開發人員來說，創建應用都是簡單而便捷的。它是一個單一的開發環境，在所有所支持的工作站和個人電腦之間保持一致。在每個所支持的平臺上，性能及使用均是相同的。無需擔心主機至主機的不兼容。4.2主程序流程圖根據題目要求，程序要能根據傳感器反饋的信息，驅動電機開關窗戶。整個過程中還要求能顯示當前環境參數。主程序流程圖如圖4-1所示。 開始 初始化 讀取當前傳感器值是否人工模式 Y按鍵開關窗 根據設定值判斷開關窗 N 顯示當前環境值 返回

41、圖4-14.3控制程序#include "Control.h"#include "SensorRead.h"#include "OLED.h"extern uint8 RH,RL,TH,TL,DustNum;int Time=12;int ControlFlag=0,CloseFlag=0,OpenFlag=0,DirSel=0,Amp=100,TestFlag=0,ControlSel=0;int State;uint8 RHTest=0,DustTest=0;void SysControl(int Control) char sh

42、ownum10; LCD_CLS(); snprintf(shownum,16,"%d",State); LCD_Print(1,5,(uint8*)shownum); if(!(ControlFlag) AutoControl(); else ManControl();void AutoControl() char shownum10; if(!(TestFlag) if (Time<=6)|(Time>=18)|(RH>=50)|(DustNum>=200) CloseWin(100); State=0; else if(Time>=6)&

43、amp;&(Time<=18)&&(RH<=40)&&(DustNum<=100) OpenWin(100); State=1; else if (Time<=6)|(Time>=18)|(RHTest>=60)|(DustTest>=200) CloseWin(100); else if(Time>=6)&&(Time<=18)&&(RHTest<=40)&&(DustTest<=100) OpenWin(100); void ManCon

44、trol() if(DirSel) OpenWin(Amp); else CloseWin(Amp);void CloseWin(int precent) if (!(CloseFlag) PWMzhf(50,1); delayms(60*precent); PWMzhf(0,1); CloseFlag=1; OpenFlag=0; void OpenWin(int precent) if (!(OpenFlag) PWMzhf(50,0); delayms(200*precent); PWMzhf(0,0); CloseFlag=0; OpenFlag=1; 4.4 A/D讀數模塊逐次逼近式

45、A/D是比較常見的一種A/D轉換電路，轉換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的A/D轉換器是由一個比較器、D/A轉換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成。基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。逐次逼近法轉換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉換開始時，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉換器，經D/A轉換后生成的模擬量送入比較器，稱為 Vo，與送入比較器的待轉換的模擬量Vi進行比較，若Vo<Vi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數字量送D/A轉換器，輸出的 Vo再與Vi比較，若Vo<Vi，該位1被保留，否則被清除。重復此過程，直至逼近寄存器最低位。轉換結束后，將逐次逼近寄存器中的數字量送入緩沖寄存器，得到數字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個控制電路的控制下進行的。程序代碼如下所示：uint16 hw_a