AT89C51單片機在智能窗控制系統(tǒng)中的應用

作者：時間：2011-11-13 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　摘要 本文采用AT89C51 單片機，對過去用中、小規(guī)模集成電路實現(xiàn)的智能窗控制電路進行了改進，使其更具實用性和智能性。本文對產(chǎn)品開發(fā)者具有一定的啟迪意義。

一、引言

　　隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，家庭中的許多電器設(shè)備如彩電、冰箱、空調(diào)等都已貼上了智能化的標簽，為提高人們的生活質(zhì)量做出了貢獻。但遺憾的是，居室的眼睛---窗戶，卻遲遲未跟上時代的步伐。即使是在眾多的智能化生活小區(qū)，我們都可以發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的窗戶的管理仍然處在原始管理方式，與電子技術(shù)毫不沾邊，更不用說智能化了。如果使窗戶具有一定的智能，如下雨則自動關(guān)、室內(nèi)有害氣體超標則自動開、有盜賊入內(nèi)則自動報警等，就會給人們的居家生活帶來諸多方便，從而進一步提高人們的生活質(zhì)量。

　　沿著這樣的思路，我們設(shè)計了以AT89C51 單片機為中央控制器的智能窗控制系統(tǒng)。

　　該控制系統(tǒng)能通過其數(shù)據(jù)檢測傳感電路不斷循環(huán)檢測室內(nèi)溫度、濕度、有害氣體（如媒氣）濃度等環(huán)境參數(shù)，然后與由控制鍵盤預置的參數(shù)臨界值相比較，從而作出開/關(guān)窗、轉(zhuǎn)動/停止換氣扇、降/升溫（濕）等判斷，再結(jié)合窗狀態(tài)檢測電路所檢測到的窗狀態(tài)，發(fā)出一系列的控制命令，完成下雨則自動關(guān)窗、室內(nèi)有害氣體超標則自動開窗（同時轉(zhuǎn)動換氣扇）、恒溫（濕）等自動控制功能。人們還可通過控制鍵盤，直接控制窗戶的開/關(guān)、換氣窗的轉(zhuǎn)/停、溫（濕）的升/降、選擇所顯示參數(shù)的種類等。

二、系統(tǒng)組成和部分電路設(shè)計

　　本控制系統(tǒng)主要由AT89C51 單片機組成的中央控制器，數(shù)據(jù)檢測傳感電路， A/D 轉(zhuǎn)換器，窗驅(qū)動控制接口電路、窗驅(qū)動電路等組成。其系統(tǒng)框圖如圖一所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

　　中央控制器

　　中央控制器以美國ATMEL 公司的AT89C51 單片機為核心。

　　1. AT89C51 單片機系統(tǒng)具有設(shè)計簡單、性能可靠、功耗低等優(yōu)點。它為用戶預留下足夠的軟、硬件資源，可供用戶進行再開發(fā)應用。該系統(tǒng)除內(nèi)部已有的4K Flash 存儲器外，還可以擴展選址64KROM區(qū)和64KRAM區(qū)，供用戶使用。用戶在系統(tǒng)開發(fā)時，可以將自己的數(shù)據(jù)塊和程序段、數(shù)據(jù)表，以若干控制子程序、數(shù)據(jù)塊形式存放于AT89C51 單片機的擴展ROM或RAM區(qū)中，以便系統(tǒng)工作時重復使用和反復調(diào)用。由于本應用系統(tǒng)主要用于溫度、濕度、有害氣體識別、防盜安全的定點和多點測試，片內(nèi)4K Flash 存儲器已能滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。

　　2. AT89C51 單片機機有三級程序存儲器加密。利用該功能可防止別人非法復制程序，從而保護知識產(chǎn)權(quán)。

　　3. AT89C51 單片機還為用戶預置了P0、P1、P2、P3 四個并行I/O 口，為該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制提供了足夠的端口資源。

　　4. AT89C51 單片機還為用戶提供一組全雙工串行數(shù)據(jù)傳輸端口，可用于單片機系統(tǒng)間的遠程數(shù)據(jù)信息交換。

　　本系統(tǒng)采用P0 數(shù)據(jù)采集、控制端口，完成控制信息的采集和控制功能。

　　P110~P113 作為窗狀態(tài)檢測端口，完成對窗狀態(tài)（即窗是否移到邊框）的檢測。

　　數(shù)據(jù)檢測傳感電路

　　數(shù)據(jù)檢測傳感電路由四個部分組成： 1）溫度傳感電路； 2）濕度傳感電路； 3）有害氣體傳感電路； 4）紅外防盜傳感電路。

　　為了討論問題方便，我們以溫度傳感電路為例進行分析。通常，在自然情況下，窗戶的開關(guān)與生活環(huán)境和人體的舒適度有關(guān)，溫度的測試是該系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。為了較好地測出溫度參數(shù)，我們選用集成溫度傳感器AD590（可測-55~+150 ℃） , 其溫度檢測完全可以滿足要求?；倦娐啡鐖D二所示。

圖2 基本電路

　　A/D 轉(zhuǎn)換器

　　為了便于與AT89C51 單片機相連接，同時又有利于系統(tǒng)設(shè)計， A/D 轉(zhuǎn)換器選用了ADC0809.其分辨率為8 位，不必進行零點和滿度調(diào)整。單一電源（ + 5V）供電，模擬量輸入范圍0 -5V.轉(zhuǎn)換速度取決于芯片的時鐘頻率。

　　時鐘頻率范圍為10 -500KHZ.ADC0809 有八路模擬量輸入，在本系統(tǒng)中只用4 路輸入，即可完成溫度等4 種被測模擬量的A/D 轉(zhuǎn)換。利用單片機對FOH口的數(shù)據(jù)寫啟動A/D 轉(zhuǎn)換器， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束ADC0809 的EOC 向AT89C51 發(fā)出中斷請求信號， CPU 再響應中斷請求信號，通過對FOH 口的讀操作，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并送到被測量的相應存儲區(qū)。

　　在重新選擇被測量（修改各相關(guān)指針） , 并再次啟動A/D 轉(zhuǎn)換后中斷返回。A/D 轉(zhuǎn)換器電路如圖三所示。

圖3 A/D 轉(zhuǎn)換器電路

　　窗驅(qū)動電路

　　我們可以根據(jù)驅(qū)動信號與所控對象的關(guān)系，將窗驅(qū)動電路分解為：移窗驅(qū)動電路；換窗驅(qū)動電睡；窗鎖驅(qū)動電路；溫度調(diào)節(jié)驅(qū)動電路；濕度調(diào)節(jié)驅(qū)動電路；換氣扇驅(qū)動電路；報警驅(qū)動電路等，分別用它們?nèi)タ刂? 個對象。

　　窗狀態(tài)檢測電路

　　可考慮采用4 個開關(guān)型磁敏器件。外窗、內(nèi)窗所對應的左、右墻框各1 個。在外窗、內(nèi)窗的左、右邊上與磁敏器件相對應的地方各貼上一小片磁鐵。當小磁鐵隨窗戶的移動而移近相對應的磁敏器件時，該磁敏器件的輸出信號從高電平變?yōu)榈碗娖剑?表示窗戶已移到相應邊上。

　　鍵盤輸入及顯示電路

　　可采用Intel 公司生產(chǎn)的8279 通用可編程鍵盤顯示器接口芯片。利用8279 , 可實現(xiàn)對鍵盤顯示器的自動掃描，并識別鍵盤上閉合鍵的鍵號，大大節(jié)省單片機對鍵盤顯示器的操作時間，從而減輕單片機的負擔。該鍵盤輸入及顯示電路具有顯示穩(wěn)定，程序簡單，不會出現(xiàn)誤動作等優(yōu)點。

　　對于控制鍵盤，可考慮采用微動開關(guān)制作并安裝在窗戶的固定邊框上。通過控制鍵盤，用戶不但可設(shè)置各環(huán)境參數(shù)的臨界值，還可隨意選擇所顯參數(shù)的種類，并直接控制窗戶的開/關(guān)、換氣扇的轉(zhuǎn)/停、溫（濕）的升/降等。

三、軟件設(shè)計

　　該控制系統(tǒng)的軟件主要由一個主程序和兩個中斷服務(wù)程序等所組成。

　　主程序

　　主程序的主要作用是在系統(tǒng)復位后對系統(tǒng)進行初始化，如設(shè)置8279、ADC0809 等的工作方式和初始狀態(tài)，設(shè)置各中斷的優(yōu)先級別并開中斷，以及首次啟動A/D 轉(zhuǎn)換等，然后向8279 循環(huán)送顯示字符。

　　讀鍵值中斷服務(wù)程序

　　讀鍵值中斷服務(wù)程序的主要作用是在AT89C51 響應中斷（有鍵按下則產(chǎn)生該中斷）后，讀出鍵值，并根據(jù)鍵值從P0 口依序發(fā)出相應的控制命令字，完成相應的控制功能。該中斷應設(shè)為高優(yōu)先級。

　　循環(huán)檢測及A/D 轉(zhuǎn)換中斷服務(wù)程序

　　該中斷服務(wù)程序的主要作用是在AT89C51 響應中斷（A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時EOC 引腳輸出高電平，從而產(chǎn)生該中斷）后，將A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果送相應存儲區(qū)，然后判斷該轉(zhuǎn)換結(jié)果是否在上、下限值之間，并根據(jù)判斷結(jié)果依序發(fā)出相應的控制命令字，完成相應的控制、報警功能。然后重新選擇被轉(zhuǎn)換量，再次啟動A/D 轉(zhuǎn)換后返回主程序。