基于单片机控制的智能窗的设计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，这给在楼层高的住户擦拭玻璃带来很大困难。

本文借助单片机、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，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。

关键词：防风雨防盗 51单片机智能目录第1章总体方案的设计 (3)1.1 本设计的主要任务和内容 (3)1.2 控制系统架构图 (6)第2章机械结构的设计 (4)2.1 自动开关窗机械传动形式设计 (4)2.1.1自动开关窗任务分析 (4)2.1.2齿轮齿条参数选择 (4)第3章自动控制系统主要硬件的设计 (5)3.1 单片机选型 (5)3.1.1单片机发展过程 (5)3.1.2单片机发展趋势 (5)3.1.3AT89S51单片机简介 (6)3.2 数据检测传感器的选择 (6)3.2.1数据检测传感模块组成 (6)3.2.2传感器选型及电路 (10)3.3 A/D转换电路的设计.................................................... １１3.3.1 A/D转换器的选型.................................................... １１3.3.2 ADC0809内部功能与引脚介绍.......................................... １１3.3.3 A/D转换器与单片机接口电路的设计.................................... １３3.4 语音报警电路的设计.................................................... １４3.4.1语音录放电路的设计.................................................. １４3.4.2扬声器.............................................................. １５3.5 行程开关.............................................................. １６第4章红外线遥控开关的设计........................................... １７4.1 红外线简介............................................................ １７4.2 遥控方案设计.......................................................... １８4.3 成品红外接收头........................................................ １８4.4 编码器和译码器的选择.................................................. １９4.5 红外遥控发射电路的设计................................................ ２２4.6 红外遥控接收电路设计.................................................. ２２4.7 电源电路的设计........................................................ ２４第5章动力源的选型与设计............................................. ２５5.1 步进电机选型.......................................................... ２５5.2 步进电机驱动电路的设计................................................ ２５结束语 ................................................................... ２６第1章 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，使家用设备遭雨水侵袭，解除后顾之忧。

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。

1.2控制系统架构图 ATS89C51 电源模块盗情监测模块窗户状态监测模块电机驱动模块光强检测模块煤气检测模块湿度检测模块风速检测模块红外接收模块图1-2 控制系统架构图第2章机械结构的设计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，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2—1 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=1.5Z=20d=m z=30mmβ=20°P=πm=3.14×1.5=4.7mm齿条：m=1.5β=20°P=πm=3.14×1.5=4.7mm第3章自动控制系统主要硬件的设计3.1单片机选型3.1.1单片机发展过程单片机是一种集成电路芯片。

它采用超大规模技术将具有数据处理能力的微处理器(CPU)、存储器（含程序存储器ROM和数据存储器RAM）、输入、输出接口电路(I/O接口)集成在同一块芯片上，构成一个既小巧又很完善的计算机硬件系统，在单片机程序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。

其诞生于20世纪70年代末，主要经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。

1）SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形嵌入式系统的最佳体系结构。

“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。

在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

2） MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。

3)MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。

从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU 的发展也有其客观因素。

在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。

Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。

4)单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。

随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。

因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

3.1.2单片机发展趋势（1）CMOS化近年，由于CHMOS技术的进步，大大地促进了单片机的CMOS化。

CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。

因为单片机芯片多数是采用CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。

CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。

采用双极型半导体工艺的TTL电路速度快，但功耗和芯片面积较大。

随着技术和工艺水平的提高，又出现了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工艺。

CHMOS和HMOS工艺的结合。

目前生产的CHMOS电路已达到LSTTL的速度，传输延迟时间小于2ns，它的综合优势已在于TTL电路。

因而，在单片机领域CMOS正在逐渐取代TTL电路。

（2）高性能化主要是指进一步改进CPU的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。

采用精简指令集（RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。

现指令速度最高者已达100MIPS（Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。

这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。

由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其I/O功能，由此引入了虚拟外设的新概念。

（3）低噪声与高可靠性为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。

（4）低功耗化单片机的功耗已从Ma级，甚至1uA以下；使用电压在3至6V之间，完全适应电池工作。

低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。