1013基于单片机的智能窗户控制系统设计与实现.docx

《1013基于单片机的智能窗户控制系统设计与实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1013基于单片机的智能窗户控制系统设计与实现.docx（29页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、基于单片机的智能窗户控制系统设计与实现摘要随着科技的进步，经济的快速发展，人们对生活质量的要求越来越高，自动化设备 也就逐渐被人们所喜爱，所以设计智能窗户系统具有实践意义。目前普通窗户在下雨时 不能自动关闭，在刮大风有沙尘天气的时候也不能自动关闭，这给我们带来了诸多不便, 也给我们带来经济损失，在这种情况下安装智能窗就可以让我们不再让这些问题成为我 们的烦恼。智能窗户代替现在的普通窗户将会成为一种趋势。本论文阐述了以STC89C52RC单片机为核心的智能开窗器的工作原理和设计方法。 温湿度信号由温湿度传感器DHT11采集，并以数字信号的方式传送给单片机，烟雾检 测采用的是MQ-2传感器。论文介

2、绍了该控制系统的硬件部分和软件部分的设计与实现。 硬件电路包括：温湿度检测电路，烟雾检测电路和电机控制电路。单片机通过对信号进 行相应处理，根据温湿度和烟穿情况对连接窗户的电机进行控制，从而实现对窗户开闭 进行自动控制的目的。关键诃智能窗户控制，STC89C52单片机，DHT11温湿度传感器，MQ-2传感器, 电机控制Design and Implementation of IntelligentWindow Control System Based on SCMAbstractWith the progress of science and technology and the rapid

3、development of economy, peoples requirement for the quality of life becomes higher and higher, and automation equipment is also gradually enjoyed by people, so to design a kind of intelligent window system is proposed. Currently ordinary window cannot be automatically shut down when it rains, the wi

4、nd is dust weather, this brings us to inconvenience, also brings economic losses, in this case the installation of intelligent window can let us not to let these problems become our troubles. Intelligent windows instead of ordinary window will now become a trend.The working principle and the design

5、method of intelligent window based on STC89C52RC micro controller are described in the paper. Humidity and temperature signal are collected from the temperature and humidity sensor DHT11 acquisition, and smoke is detected by MQ-2 sensor. Digital signals are transmitted to the micro controller. This

6、paper introduces the hardware and software parts. The control system includes temperature and humidity detection circuit, smoke detection circuit and motor control circuit. SCM is response to process corresponding signals, thus to realize the control of the connected window according to temperature

7、and humidity and smoke.Keywords: Intelligent Window Control, STC89C52, DHT11, MQ-2, Motor Control摘要1ABSTRACTII第1章绪论11.1课题研究背景与意义11.2课题研究现状11-3本设计的主要任务和内容21.4论文组织结构2第2章 关键技术介绍32. 1 STC89C52RC 单片机32.2 DHT11温湿度传感器32.3 MQ-2烟雾传感器4第3章 系统需求分析53- 1系统设计目标53.2系统功能需求53.2. I温度采集模块53.2.2湿度采集模块53.2.3烟雾采集模块53.2.4电

8、机控制模块53.2.5复位模块53-3系统非功能需求5第4章系统设计64. 1系统总体框图64.2系统硬件设计74. 2. 1硬件构件设计74. 2.2时钟电路84. 2.3单片机内部组成104. 2.4引脚定义104. 2.5复位电路124. 2.6电机控制电路144.3系统软件设计154.3. 1温湿度的读取154.3.2 MQ-2 的检测154.3.3电机的驱动164.3.4传感器信号处理16第5章系统实现175- 1系统软件的实现175. 1. 1设备初始化175. 1.2温湿度读取175. 1.3电机驱动185.2系统集成与调试195. 2. 1焊接195. 2.2程序烧写20第6章

9、系统测试226- 1测试概述226.2 ；则试用伊J22第7章结论23参考文献24致谢25第1章绪论1.1课题研究背景与意义上世纪八十年代初，随着电子技术飞速发展，电子技术与家用电器开始结合，电子 时代的到来已经从人们开始体现岀来，住宅电子化也不例外，大批的住宅电子设备随之 岀现。八十年代中期，将家用电器、电子通信设备与安保防火设备各自独立的功能综合 为一体后，形成了住宅自动化概念。八十年代末，由于通信与信息技术的发展，岀现了 对住宅中各种家用电器、电子通信、安保设备通过总线技术进行控制、监视与管理的商 用系统，这在美国称为Smart Home,也就是现在智能家居的原型。智能家居系统包含的主要

10、子系统有：家居布线系统、家庭网络系统、智能家居中央 控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体 系统、家庭环境控制系统等八大系统。其中，智能家居中央控制管理系统、家居照明控 制系统、家庭安防系统是必备系统，家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统、家 庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统为可选系统。其中，作为必备系统的家庭安防 系统包括如下几个方面的内容：智能门控系统、紧急求助、烟雾检测报警、燃气泄露报 警、碎玻探测报警、红外微波探测报警等。我们项目所针对的，主要集中在智能门控系 统部分。一个家庭可以说是人们每个人每天生活的温馨场所，家庭是人们生活最重要的部分

11、。 而窗户无疑是人们日常生活中接触最频繁的生活家具之一，也是研究智能家居最有意义 的部分。通过对以往普通的窗户的调査分析，发现其存在较多的弊端和不便：窗户的开 关需要使用者自己到窗边执行动作，这无疑给使用者带来的不便：窗户的设计无法完成 保证室内环境以及室内安全的功能，无法响应外界的环境变化而做出相应的控制;当室内 无人时，无法因为外面突发的下雨或者大风天气而紧急关闭窗户，同时，在防盗，防室 内人员摔落等方而并没有实际作用。1.2课题研究现状随着社会的进步和发展，人们的收入也越来越多，人们对生活的质量也有了新的追 求。人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密起来。信息化社会在改变人们传统 的

12、生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅的改变有了一定的影响，社会、技术以 及经济的进步更使人们对智能家居的观念随之巨变。人们对家居智能化的要求早已不只 是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。家居智能化技术起源于 美国，它是以家用电器、门窗和家居为平台进行设计的。智能家居控制系统是集合了各 种网络和总线的应用，例如以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络。它们 最终构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。现代智能化离不开运算和控制单元，本系统采用STC89C52RC作为主控器件，与 MQ-2传感器、DHT11温湿度传感器和ULN2003

13、步进电机驱动板组成一个整体的系统， 实现了自动感应关窗的装置。该自动关窗控制系统具有性能可靠、使用寿命长、耗电低 等优点。单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件由单片机扩展的存储器、温湿度传感 器、烟雾传感器以及各种实现单片机系统控制要求的接口电路和有关的外围电路芯片或 部件组万芯软件由单片机应用系统实现其特定控制功能的各种工作程序和管理程序组成。 本课题完成了单片机应用系统其开发过程的系统的总体设计、硬件设计、软件设计和系 统调试，根据开发的实际要求，相互协调、交叉，有序的进行。本文是从智能家居的一 个项目一一智能窗的设计开始的。1.3本设计的主要任务和内容低温自动关窗：当温湿度传感器外围温度

14、降低，传感器采集到的数据与设定的数据 值做比较，当外界温度低于设定值时，单片机控制电机运作完成关窗命令。下雨自动关窗：外界下雨，此时湿度传感器检测到湿度大于设定值，单片机控制电 机运作完成关窗命令。遇到有害气体自动关窗：当温度传感器检测到空气中有害气体浓度超标时，单片机 控制电机运作完成关窗命令。总的来说系统采用STC89C52单片机作为系统主控，温湿度采用的是DHT11数字 传感器。对烟雾的检测采用的是MQ-2传感器，由于两种传感器的接口都是数字接口， 因此，采用STC89C52单片机的IO 口即可实现对温湿度的读取。单片机在读取传感器 信息后会和内存中已存的阈值进行比较，进而通过控制ULN

15、2003控制直流电机的转动， 实现自动关窗的功能。1.4论文组织结构本文由七章组成，第一章绪论，简单介绍本设计的研究背景与意义、研究现状和主 要任务。第二章关键技术介绍了本设计的一些相关技术。第三章是系统需求分析，第四 章是系统设计，第五章是系统实现，主要介绍本设计的一些基本功能，软硬件设计方法 以及软件代码和系统联调。第六章是系统测试部分，在这一章对本设计进行软硬件的综 合测试。第七章是本设计的最终结论，是对本设计的一个总结。最后是参考文献和致谢第2章关键技术介绍系统采用STC89C52单片机作为系统主控，温湿度采用的是DHTI1数字传感器。 对烟雾的检测采用的是MQ-2传感器，由于两种传感

16、器的接口都是数字接口，因此，采 用STC89C52单片机的IO 口即可实现对温湿度的读取。单片机在读取传感器信息后会 和内存中已存的阈值进行比较，进而通过控制ULN2003控制直流电机的转动，实现自 动关窗。系统框架如图2.1所示。图2.1系统框架图2. 1 STC89C52RC 单片机目前,市面上流行的单片机主要有STC的51系列单片机,PIC系列单片机,T的 低功耗系列，MO、M3内核的ARM系列以及NXP的ARM系列等。按照系统设计需要，主控MCU需要具有主频快，存储容量大，片上资源丰富以及 价格便宜可以大面积推广等特点。STC系列的51单片机具有价格便宜，开发资源丰富 等优点。PIC系

17、列单片机，同样作为面世很久的一款单片机，在汽车控制领域具有无可 替代的地位，但是PIC单片机具有一个最大的安全隐患，就是容易解密。目前市面上的 很多编程器就可以直接解密PIC单片机的程序。M3内核和NXP系列的单片机在主频和 存储容量以及片上资源方面均满足本设计的需求，但是二者的价格相对较高，不适合于 低成本的设计。因此，本设计决定使用STC系列的51单片机系列的单片机，具体采用 STC 的 STC89C52RC。2.2 DHT11温湿度传感器DHT11数字温湿度传感器是一款含有己校准熟悉信号输出的温湿度复合传感器， 传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相

18、 连接。所以该产品具有质量好、响应快、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11 传感器都在即为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存 中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系 统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上。产品 为4针单排引脚封装，连接方便。技术参数(1) 供电电压：3.35.5V DC；(2) 输出：单总线数字信号：(3) 测量范围：湿度20-90%RH.温度050C；(4) 测量精度：湿度+-5%RH,温度+-2C：(5) 分辨率：湿度1%RH.温度C：其引脚如图2. 2所示。DHT

19、11图2.2 DHT11引脚图对于采用DS18B20,则需要单独再选用湿度传感器，因此，本设计采用的是DHT11 温湿度传感器。2. 3 MQ-2烟雾传感器MQ-2气体检测传感器可用于家庭对气体的检测，它的相关特性如下：(1) 探测范围广：(2) 驱动电路简单：(3) TTL输出有效信号为低电平，可接直接接单片机IO 口：(4) 模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高：(5) 对液化气、丁烷、甲烷、烟雾等有较好的灵敏度，快速响应恢复：(6) 优异的稳定性和超长的寿命：(7) 具有快速响应恢复特性：第3章系统需求分析3.1系统设计目标本系统的主要器件是单片机、烟雾传感器、温湿度传感器和步进电机。

20、传感器采集 外界环境信息传递给单片机，然后单片机再传递给电机驱动控制器再控制电机对窗户进 行关闭。从而达到了在外界烟雾浓度过高、温度过低、下雨天这三种情况窗户自动关闭 的目的，极大了方便了人们的生活，提高了生活质量。3-2系统功能需求根据需求调研结果确定本系统主要包括以下功能模块。7 2 1 温度采集模块通过温湿度传感器采集温度，然后和先前设定的温度值（这里设定的为20度）进 行比较，如果低于20度则驱动电机关闭窗户。3. 2.2湿度采集模块通过温湿度传感器采集湿度，然后和先前设定的湿度值（这里湿度设定的为20%） 进行比较，如果高于20%驱动电机关闭窗户。3. 2. 3烟雾采集模块通过调节电

21、位器的灵敏度来调节关窗所需的浓度值。烟雾传感器采集烟雾浓度，然 后和先前设定的烟雾浓度值进行比较，如果高于设定的浓度值则驱动电机关闭窗户。3. 2.4电机控制模块对于直流电机的驱动，系统釆用的通过单片机的IO 口控制ULN2003的输入口,ULN2003输出口连接到直流电机。当IO 口输出高电平时，直流电机转动，否则不转动3.2.5复位模块当按下复位键清除传感器采集的所有数据并将窗户打开。3.3系统非功能需求（1）性能在电源接通的情况下能在低温和潮湿的环境下稳定的工作。（2）成本单个设备售价（零售价）不高于50元。（3）功耗5V电源供电。（4）安全性电源安全。第4章系统设计4. 1系统总体框图

22、根据用户需求，可以把本设计分为四个模块，即：烟雾传感器模块、温湿度传感器 模块、电机转动模块和处理器模块。如图4.1所示。各个模块之间相互联系，可实现本设计所需求的功能。系统软件流程如图4.2所示。图4.2系统流程图4.2系统硬件设计4.2.1硬件构件设计为实现本设计的功能，硬件电路设计是不可或缺的一部分。有一个良好的硬件平台， 才能通过软件对相应的硬件模块进行编程，以实现相应的功能。(I)处理器模块处理器模块是本设计的中央控制单元，同时负责在接到温湿度传感器和烟雾传感器 传入的信号后做出关窗的动作。作为一种智能家居，低碳节能、性能稳定是其主要特点 ,选择一个合适的处理器是本设计的关键。STC

23、89C52低功耗、高性能的特点，正符合了简单、易用、低碳环保的设计理念，所 以采用STC89C52作为本设计的处理器。姻雾传感器接口温湿度传感器接口电机驱动板接口在处理器模块可以分为复位按键、烟雾传感器接口、温湿度传感器接口、电机驱动 板接口和电源共5个模块。如图4.3所示。复位按健电源图4.3控制模块构成图(2)电机驱动模块驱动系统电路利用ULN2003作为驱动器，ULN2003是大电流驱动阵列，多用于单 片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中，可直接驱动继电器等负载ULN2003 共有16引脚，外围在与电机相接时要接8个二极管IN4007作振幅用，具体电路图如图 4.4所示。图4

24、.4电机驱动模块电路图1 2 3 5 C 7 OUI澀焉黒4. 2.2咐电路在C51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端 为引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2,在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器 和微调电容Cl、C2形成反馈电路，可构成稳定的自激振荡器，振荡频率通常是1.212MHz。若晶体振荡器频率高，则系统的时钟频率也高，单片机的运行速度也就快。单片机本身如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作，电路应在唯一的时 钟信号控制下，严格地按规定时序工作。而时钟电路就用于产生单片机工作所需要的时 钟信号。MCS-51单片机时钟电路示意图如图4.5所示。

25、二分频状态肘钟ALE机器周期图4.5 MCS-51単片机时钟振荡电路示意图在MCS-51芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2,在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容Cl、C2形成反馈电路，可构成稳定的自激振荡器，振荡频率范围通常是1.212MHz晶体振荡频率高，则系统的时钟頻率也高，单片机的运行速度也就快。振荡电路产生的振荡脉冲并不直接使用，而是经分频后再为系统所用。振荡脉冲在 片内通过一个时钟发生电路二分频后才作为系统的时钟信号。片内时钟发生电路实质上 是一个二分频的触发器，其输入来自振荡器，输出为二相时钟信号

26、，即状态时钟信号， 其频率为W2；状态时钟三分频后为ALE信号，其頻率为毎/6；状态时钟六分频后为 机器周期，其频率为命/12。在图4.5中，使用晶体振荡器时，Cl、C2取值3010pF:使用陶瓷振荡器时， Cl、C2取值4010pFo Cl、C2的取值虽然没有严格的要求，但电容的大小影响振荡 电路的稳定性和快速性，通常取值2030pF在设计印制电路板时，晶振和电容等应尽 可能靠近芯片，以减少分布电容，保证振荡器振荡的稳定性。也可以由外部时钟电路向片内输入脉冲信号作为单片机的振荡脉冲。这时外部脉冲 信号是经XTAL1引脚引入的，而XTAL2引脚悬空或接地。对外部信号的占空比没有 要求，但高低电

27、平持续的时间不应小于20ns,这种方式常用于多块芯片同时工作，便于 同步。其外部脉冲接入方式如图4.6所示。图4.6 MCS-5I单片机外部时钟输入接线图所谓时序，是指在指令执行过程中，CPU的控制器所发出的一系列特定的控制信号 在时间上的先后关系。CPU发出的控制信号有两类一类是用于单片机内部的，用户不 能直接接触此类信号，不必对它作过多了解：另一类是通过控制总线送到片外的，人们 通常以时序图的形式来表示相关信号的波形及出现的先后次序。为了说明信号的时间关 系，需要定义时序单位。89C51的时序单位共有四个，从小到大依次是拍节、状态、机 器周期和指令周期。如图4.7所示。SIPI F2S2

28、j S3 S4PI P2|PI P2 PI P2 PI P2!Pi P2_r|j2LruiS6PI P2JLrcmax.bookl 18.corfl47机器周期指令图日故富舆瞬构f隧感卄水卬MCS-51系列单片机内部采用模块式结构，其结构组成框图如图龙.3所示。程序存储器敖挹存宛滞中断控制K.，XK.字节ROM定时/计敬器！定时/计数器G12&256 字 ” RAMCPU控制max.bHok118.coM预览与源下载高清无并行口时钟电路申行口控制PC PI ?2P3V VTXD RXD图4.8 MCS-31系列单片机组成柩图由图4，. 可鮑列咬档 以下部件通过片内总线连接而成，中央 处理器（C

29、PU）器（險财）-并行输入/输岀口（P0口頌3 口）串行口、室肘器/计数器、中断控制.总线控制及时钟电路 心丸 4,引脚是单片机和外界进行通信的通道连接点，用户只能通过引脚组建控制系统从 应用的角度来看，引脚的应用是单丿；机应用的一个重要基础、因此熟悉引脚是学习应用 单片机的基础CMCS-53系列单片机的引脚封装主要有，FDIP40.HX 和聆耍次項野公 不 同封装的芯片其引脚的排列位置有所不同，但他们的功能勘特性都相同方形封装（F1CC44和附FP/TQFP初,）有钥引脚，其中4个封钗为空引脚尸釆用何割脚PO1F 封装的8OC51单片机的引脚排列及逻辑符号如图4：节所示档或卜载隹由于工艺及标

30、准化等原因，芯片的引脚数量是有限的，但单片机为实现控制所需要 的信号数目却远远超过其引脚数目。为解决这一矛盾，单片机的某些信号引脚被赋以双 重功能。（1）电源及电源复位引脚： Vcc（40脚）:正常操作时接+5V直流电源。 Vss（20脚）：接地端。Pl.o CP1.I 匚Pl.2 CPl.3 C PL4 CPl.5 CPl.6 CPl.7 CRST/Vpd C RXD/P3.0 C TXDP3.1 C INTO/P3.2 C INT1/P3.3 CT0/P3.4 C TI/P3.5 CWR/P3.6 CRD/P3.7 C XTAL2 C XTALI C GND C厂2393384375366

31、35734s3393210311130122913281427152616251724182319223 VCCD PO.O/AIX)D PO.I/AD1J P0.2AD22 PO.3/AD33 PO.4/AD43 PO.5/AD5:PO8AD63 PO.7/AD73 BVVppJ ALE/PROG5 4 3 2 10I t n la n oo naaaaaaaa 刖7/&5/4/3/2/1/B PSP2.P2.P2.P2.P2.P2.P2.P2.VxPIPOP3?2RSTALEXTALIXTAL2EA图4. 9引脚PDIP封装的80C51单片机的引脚排列及逻辑符号图（2）RST/VPD （9

32、 脚）:复位信号输入端。在该引脚上输入一定时间（约两个机器周期）的高电平将使单片 机复位。该引脚的第二功能是Vpd，即备用电源输入端。当主电源发生故障，降低到低 电平规定值时，可将+5V备用电源自动接入Vpd端，以保护片内RAM中的信息不丢失, 使复电后能继续正常运行。（3）EA/VPP （31 脚）：访问程序存储器控制信号/编程电源输入。当EA保持高电平时，访问内部程序存 储器，访问地址范围在04KB内：当PC （程序计数器）值超过OFFFH,即访问地址超 出4KB时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序：当EA保持低电平时，不管单片 机内部是否有程序存储器，则只访问外部程序存储器（从000

33、0H地址开始）。由此可见, 对片内有可用程序存储器的单片机而言，EA端应接高电平，而对片内无程序存储器的 单片机，可将EA接地。对于EPROM型单片机，在EPROM编程期间，此引脚用于施 加21V的编程电源（Vpp） o（4）时钟振荡电路引脚XTAL1和XTAL2：XTAL1 （19脚）：外接石英晶体和微调电容引脚1。它是片内振荡电路反向放 大器的输入端。采用外部振荡器时此引脚接地。XTAL2 （18脚）：外接石英晶体和微调电容引脚2。它是片内振荡电路反向放 大器的输出端。采用外部振荡器时此引脚为外部振荡信号输入端。（5）ALE/PROG （30 脚）：低8位地址锁存控制信号/编程脉冲输入。在

34、系统扩展时，ALE用于把P0 口输出的 低8位地址锁存起来，以实现低8位地址和数据的隔离。在访问外部程序存储器期间， ALE信号两次有效：而在访问外部数据存储器期间，ALE信号一次有效。对于EPROM 型单片机，在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲PROG。（6）PSEN （29 脚）：外部程序存储器的读选通信号输出端，低电平有效。在从外部程序存储器取指令（或 常数）期间，此引脚定时输出负脉冲作为读取外部程序存储器的信号，每个机器周期 PSEN两次有效，此时地址总线上送出的地址为外部程序存储器地址：在此期间，如果 访问外部数据存储器和内部程序存储器，不会产生PSEN信号。（7）并行双向

35、输入/输出（I/O） 口引脚： P0 口的P0. 0P0. 7引脚（3932脚）:8位通用输入/输出端口和片外8位数据/ 低8位地址复用总线端口。 P1 口的P1.0P1.7引脚（18脚）：8位通用输入/输出端口。 P2 口的P2.0P2.7引脚（2821脚）：8位通用输入/输出端口和片外高8位地 址总线端口。 P3 口的P3.0P3.7引脚（1417脚）：8位通用输入/输出端口，具有第二功能。 4.2. 5复位电路复位是单片机的初始化操作，其主要功能是将程序计数器PC初始化为0000H,使 单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化外，当程序运行出错或 操作错误使系统处于死

36、锁状态时，也须重新启动单片机，使其复位。单片机复位后，除P3P0的端口锁存器被设置成FFH、堆栈指针SP设置成07H和 串行口的SBUF无确定值外，其它各专用寄存器包括程序计数器PC均被设置成00Ho 片内RAM不受复位的影响，上电后RAM中的内容是随机的。记住这些特殊功能寄存 器的复位状态，对熟悉单片机操作，简短应用程序中的初始化部分是十分必要的。单片机的复位操作有上电自动复位和手动按键复位两种方式。上电自动复位操作要 求接通电源后自动实现复位操作。图4. 10 (a)所示为最简单的复位电路。上电瞬间由 于电容C上无储能，其端电压近似为零，RST获得高电平，随着电容器C的充电，RST 引脚上

37、的高电平将逐渐下降，当RST引脚上的电压小于某一数值后，单片机就脱离复 位状态，进入正常工作模式。只要高电平能保持复位所需要的时间(约两个机器周期)， 单片机就能实现复位。相比于图4.10(a), 4. 10(b)所示的电路只是增加了外接.二极管Vd和电阻R。其优 越性在于停电后，二极管Vd给电容C提供了快速放电通路，保证再上电时RST为高电 平，从而保证单片机可靠复位。正常工作时，二极管反偏，对电路没影响。断电后，Vcc 逐渐下降，当Vcc=0时，电容C通过Vd迅速放电，恢复到无电量的初始状态，为下次 上电复位做好准备。图4.10上电自动复位电路手动按键复位要求在电源接通的条件下，用按钮开关

38、操作使单片机复位，如图4. 11 所示。其工作原理为：复位键按下后，电容C通过R2放电，放电结束后，RST引脚的 电位由R1和R2分压决定，由于R2R1,因此，RST引脚为高电平，单片机进入复位 状态，松开按键后，电容充电，RST的电位降低，经过一定的延时，单片机就脱离复 位状态，进入正常工作模式。R2的作用在于限流，避免按键按下的瞬间电容C放电产 生火花，保护按键的触点。R22700VD0图4.11手动按键复位电路系统上电运行后，若需要复位，一般是通过手动复位来实现的。通常采用手动复位 和上电自动复位结合。复位电路虽然简单，但其作用十分重要。一个单片机系统能否正 常运行，首先要检查是否能复位

39、成功。初步检査可用示波器探头监视RST引脚，按下 复位键，观察是否有足够幅度的波形输出（瞬时的），还可以通过改变复位电路阻容值 的方法进行检测。4. 2. 6电机控制电路由于单片机的IO 口输出驱动电流能力有限，因此，电机的驱动采用的是ULN2003 芯片驱动。ULN2003是大电流驱动阵列，多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出 卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。输入5VTTL电平，输出可达 500mA/50VoULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成。该电路的 特点如下:ULN2003的每一对达林顿都串联一个2. 7K的基极电阻，在5V的工作电压下 它

40、能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数 据。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电压高、 温度范围宽、带负我能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系统。其电路图 如图4. 12所示。P27P2411QI12Q21314Q415Q516Q617Q7GNDCOM1615IT10CON59 |vccI ULN2OO3GND图4.12电机驱动电路图4. 3系统软件设计系统软件可以分为温湿度读取、MQ-2的检测、电机驱动、传感器信号处理这四个模块。如图4.13所示。软件系统温湿度读取沖的翩电机驱动传感器信号处理图4.13系

41、统软件模块图4. 3. 1温湿度的读取DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通 讯时间4ms左右，数据分小数部分和整数部分，具体格式在下而说明，当前小数部分用 于以后扩展，现读出为零，操作流程如下：一次完整的数据传输为40bit,高位先出。图4.14通讯过程图总线空闲状态为髙电平，主机把总线拉低等待DHT11响应，主机把总线拉低必须 大于18毫秒，保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后，等 待主机开始信号结束，然后发送80us低电平响应信号。主机发送开始信号结束后，延 时等待20-40us后，读取DHT11的响应信号，主机发送开始信

42、号后，可以切换到输入模 式，或者输出高电平均可，总线由上拉电阻拉高。4. 3.2 MQ-2的检测由于MQ-2传感器的输出是数字量输出，当传感器检测到浓度高的烟雾气体时，其 输出端口电平为低，否则为高，因此，单片机主要检测IO端口的电平状态即可。MQ-2传感器的参数如表4.1所示。表4.1 MQ-2传感器参数产品型号H2-2产品类型半导体气敏元件标准封装胶木（黒胶木）检删气体可燃气体、姻雲检.浓度3001000Qppm （可燃气体）标准电路条件回路电压Vc24V DC加热电压%5.0V0.2V ACorDC负戦电阻氏可调标准 测试 条件 下气 敏元 件特 性加热电阻&310 3Q（温）加热功耗P

43、x90QmW敏感体裏 面电阻Rs2KQ -20KQ （in 2000ppmCft ）灵敏度SRs （in air）/Rs （lOOQppm 异丁烷）W浓度斜率a0.此）标 准则 试条件温度、湿度20C 2*C ； 6歇土談RH标准厕试电路c:5.0V0. IV；毛：5.0V+0. IV预热时间不少于48小时4. 3. 3电机的驱动对于直流电机的驱动，系统采用的通过单片机的IO 口控制ULN2003的输入口，ULN2003的输岀口连接到直流电机。当IO 口输岀高电平时，直流电机转动，否则不转 动。4. 3.4传感器值号处理在接通电源模式下单片机处于空闲状态，当温湿度传感器或烟雾传感器检测到异常

44、信号时向单片机发出高电平，高电平时使得单片机被唤醒执行电机转动程序。第5章系统实现5. 1系统软件的实现5.1. 1设备初始化系统上电之后执行此段初始化程序。其实现代码如下：void Max232Int()PCON=OxOO; /SMOD=0TMOD=0x20; 设置T1为工作方式2THl=0xfii; /破特率为 9600TLl=OxfH;SM0=O;SM1=1; 方式 1,8 位EA=1; 是开启总中断ES=1; 是开启串口中断TR1=1; /定时器1允许REN=1; /允许接收5. 1. 2温湿度读取本系统的温湿度读取是靠传感器读取温湿度的值然后传递给单片机，进而通过与阈 值的比较后得出

45、是否控制电机转动的功能。其实现代码如下：void RH(void)(unsigned char USlcmp; 主机拉低 18msP2_0=0;Dclay(180); 延时函数P2_0=l; 总线由上拉电阻拉高主机延时20usDclay_10us();Dclay_IOus();DelayOus();Dclay_IOus();主机设为输入判断从机响应信号P2_0=l; /判断从机是否有低电平响应信号如不响应则跳出，响应则向下运行 jR!P2_0)U8FLAG=2;判断从机是否发出80us的低电平响应信号是否结束whilc(!P2_0)&U8FLAG+); 等待 P2_0 变高U8FLAG=2;判断从机是否发出80us的高电平，如发出则进入数据接收状态 while(P2_0)&U8FLAG+);数据接收状态COM(); 每调用一次COM ().就会读取一位数值U8RH_data_H_lcmp=U8comdata;COM();U8RH_dala_L_tcmp=U8comdata;COM();U8T_data_H_temp=U8comdata;COM();U 8T_data_L_temp=U 8comdata:COM();U8checkdata_tcmp=U8comdata;P2_0=l;数据校验状态U8lemp=(lI8T_data_H_tcmp+U8T