1、*11ESUDStnSuDT-艸二2 mm W32 mm图46功分器上支线S fennB? Ntm=3Z=50Ghin,yCurved 讣 Subst-MSubl W=2 mm.Angle=180Radius 二4 6 mm彳壬_J Tee5 Subst=MSubU. W1=2 m.m .I W2=2mmTee?Subst=MSuMHW1=2 mm.W2=2.mmW3=28 mmTermTerm2Num 二 2Z=50 Ohm41图4-7功分器下支线两个隔离电阻分别为Rl, R2,取值分别为940hm, 245. 50hm,如图4-8所示:图48功分器隔离电阻I4uma1R* *R1R=&4
2、OhmL=2. mmMUR TL2 Subst=MSub-1 V=1 3/nrp L=2. mmMTEE feet Subst-MSub-rW 1=1.3 mmW21.3 mmW3=2 mmMTEE Tse4 Sutat=-MSubrvV2=2. mrnW 3=2.8 mmSu ts t=Wub 1 CiirvtfA yv.E.3 mm -Subs MSubl W2= 13mm ,W.=2.mfn ,. WN.Em Angl&=19CRadius =4.6 mmoPI Num=2-.CirvelSGbs曰MS出什 vV-1:3mwAngl&= 180 Radius =,G2 nvnJRVE C
3、Uru2Sutet=*MSubtW-1.3 mm , Arygl&=18Q Radius =4 mmiUu A * * *TH Subst=,MSub-1,13mn).MtE *fefe2 -Sutet=-MSubn W.1=t3fnni W 2=1.3 mm3=2.8 mmmcur?二 CrCurvs3十Siibst=*%lSublW=2; mm， ， Angle=t80 R9diU5=.e.mmMfeE， IsfeC Subst=AtSub1- WJ=Z rnm W2=2 rnm W3=28 mmMTEE Tee?Subst=JMSubr vyi=2 mm .W22. mmW 3=2.8
4、mmTs&7 SubsMSirbV- WJ=Z rnm .W2=2 rnm W3=28 mmP3 * * N um=3图49微带型威尔金森功分器的原理图6、把输入端口电路，阻抗变换电路的输出端口电路用导线连接在一起，就构 成了一个完整的微带型威尔金森功分器，如图49。4.2.3基板参数设置在微带面板中选择微带线参数设置控件MSUB （微带基板），插入原理图中。双击原理图中的“MSUB”控件，然后在弹出的对话框中设置参数，H=lmm9Er=2.69Mur=l9cond=1.0E+509Hu=3.9e+034mil9T=0.0035mm, TanD=0,Rough= Omil.图 4-10, 0
5、4-11,图 4-12 所示。S 4-10 equation editor 图11SUB MSubl *.H=1 mm Er=2.6 .4i4Mur=1 1Cond=1.0E+50”Hu=3.9e+034mil -T=0.0035 mm-；.TanD=O4Rough=0 mil 4 A -44iIBbase=f-_ 一 f_fDpeaks= f- rr r t.,v图4-11微带线的参数H=lmm,表示微带线介质基片厚度为1mm,Er=2.6,表示微带线介质基片的相对介电常数为2.6MulI,表示微带线介质基片的相对磁导率为1Cond=1.0E+50表示微带线金属片的电导率1.0E+50Hu=
6、3.9e+034mil表示微带电路的封装高度为3.9e+034milT=0.0035mm表示微带线金属片的厚度为0.0035mmTanD=0表示微带线的损耗角正切为0Rough=0 mil表示微带线的表面粗糙度为0mm由功分器的理论分析可知，输入输出端口微带线的特性阻抗为50Ohm,贝I四 分之一波长微带线的特性阻抗为70.7Ohmo图4-12 Msub参数设置在原理图设计窗口中执行菜单命令tools - linecale - start linecalc弹 出如图所示的“LineCale”窗口。在usubstrate parameters栏中输入如图4-12所 示的MSUB控件的基本参数。在
7、“componct parameter”栏的“Freq”项中输入功 分器的中心频率为10.000GHZ。在“Eleetrical”栏的传输线特性阻抗“Z0”项中 输入47.250Ohm,单击按钮就可以在Physical栏的传输线宽度“W”项中得到 25.000mm的线宽。4.2.4基板参数输入同样，在传输线特性阻抗“Z0”项中输入47.250hm,并在“ E_Eff”文本框中输入230deg（四分之一波长），单击按钮得到physical栏的” W”项为25.000mm, aL”项为100.000mm（约为四分之一波长）。4.2.5 插入 VAR计算出功分器各段微带线的理论尺寸后，为便于参数优化
8、的需要，在原理图 中插入“VAR”控件，如图4-13所示：图4-13 W参数设置4.2.6 VAR参数设置双击“VAR”控件，弹出参数设置窗口，分别将wl, w2, lh设置为变量，根 据前面“linecalc”的计算结果，设置Wl, W2.1H。4.2.7 VAR微带线完成【vaij参数的设置后，依次双击原理图中功分器的各段微带线，并设置微带线的宽度W与长度L,单位为MM。具体的变量设置如图4-14,图415所示:图4-14微带线计算工具Linecale图4-15 一个完整的微带功分器仿真图4.3功分器原理图优化仿真完成原理图的设计后，就可以进行电路S参数的仿真了。在原理图编辑图窗口中，执行
9、菜单命令【insert】-template,打开insert template对话基千51单片机的智能窗户设计【摘要】随着电子技术的发展和人民生活水平的不断提高，智能窗已经 越来越多地被用到了现代智能化建筑中，提 供住 户一个安全、方便的环境。据统计，在未来的几年内，安 装智能窗的用户将不断增加。本次设计的智能窗户系统能通过其数据检测传感电路不断循环检测室外湿 度及温度，当室外湿度达到一定时（下雨时）窗户自动关闭，防 止 潮湿空气或雨水进入房间， 另外可设置自动关闭窗户或开启窗户时间，到了设定时间 会自动关闭或开启窗户，可设谧是否自动根据湿度变化自动开启关闭窗户或者根据设世时间自动开启或者关闭
10、窗户。【关键 词 】智能窗户， 单 片机，温度 检测，湿度检测，【 Abs t r a c t 】 lli tht he devel ompentofe l ec t r on i ct ec hnol ogy andt hecont i nuo usimpro veme ntofpeopl e sli vi ng s ta nda r d,t hei nt e ll i gentw i ndow hasbee ni nc r eas i ngl y us ed i nm oder ni nt e ll i gentbuil di ng,toprovi de as af e,convenien
11、tresidentenvi r omn ent .Accordingto statistics,in thenextfewyears,t hei ns t a ll at i on ofsmartw i ndowsus e r s will cont i nuetoi ncr eas e.The des i gn ofi nt e lli gent w i ndow systemthrought he da tade t ec t i ng seT i ngci r cu i tco nt i nuo usde t ec t i o n ofc ir c ul a t i ng ou t s
12、i de hmui d i t y a nd t empera t ur e ,w hen t heout s i dehmu i di t y r ea chesace r t a i n t ime(w he ni tr a i ns) close t hewindow a u t oma t i ca ll y,preventt he 川oi s tairorwateri nt otheroom; also can be settoaut oma t i ca ll y close t hew i ndowsor w i ndow openi ng time,tosett het mie
13、aut oma t i ca ll y open orclose thewi ndow;you ca n set w he t he rtoa u t oma t i ca ll y accord i ng tot hecha nges oft empera t ur ea nd hmu i d i t ya ut oma t i ca ll y open a nd close t hew i ndowsora ccor di ng tot hesett imea u t oma t i ca ll y ope n or close the window;whenthewindow o u t
14、 s i detheperson nea ri nfr ar ed alarm tobe gener at edw hen t heant i - t hef tfu nct i on.Al s oca n cont r o lt heke yboar d,di r ec t l y con t r o l w i ndow swi t ch,selectthe di s pl a y parametert ypes .【Ke y wo r d s 】 i n t e lli gen t w i ndows i ngl e chi pm i cro comput e rt emper at u
15、r e det ec t i onhmui di t y de t ec t i on目录第1章 绪论21. 1智能窗户综述21. 2智 能 窗 户 研究 现 状2.第2章 设计的目标 任务. .42. 1本文主要工作设计42. 2论文的要求与数据芒 ?.:.言 .1 4第3章设计方案论证 . . . . . . . .:-:-.:了 53. . 1温 湿 度 检 测 方案5.,.3. 2 窗户控制系统设计方案, . ，小尸一，1 1.1 . . . .1 . . . . .一(,1:1. . . . r . .l!6I IIIII3. 3限位开关控制系统设计方案 7第4章 硬件电 路设计，8
16、4 . 1最 , j,系 统电路 设 计84 . 2 温 湿 度 检 测 电 路 设 计8.4. 3电机驱动电路设计仁 ，仁 ，仁 ，仁 ，仁 ，仁 ，仁 ，仁 ，仁 ，仁 ，仁 ，仁.仁., . 114 . 4显示电 路设计114. 5时钟电路设计124.6 光电开关电路设计134. 7按键电路的设计1.4.1第 5 章软件设计 1.4.5.1主 程 序流程图 145 . 2各部分子程序1.5.第 6 章系统组装与调试1.9.6. 1基 本 电 路 板 检 查 .仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁. 仁.
17、 仁. 仁 196.2主 控 模 块调 试 196. 3 软件调试196. 4 数 据整理1.9.结束语和致谢语 2 1参考文献22附（一）原：理图 23附（二）: PCB板24l 寸（三）程序：一:： :2:5:第 1章 绪论1. 1智能窗户综述智能窗户一般是指安装了先进的防盗、防劫、防雨系统技术的门窗。2起初智能窗户在一些公共场所、高档商品房、商场中运用广泛，但随着科学技 术 的 飞跃发 展 生活水平的不断提高 人们对安全、舒适、健康的生活需求变得日益迫切。而近年来，智能 家居概念已经逐渐深入到国民的生活之中，且不断地影响着人们的思维。因此，众多有能力的小区、别墅用户已经开始安装使用智能家
18、居系统，井尝试智能化为家居生活带来 的安全、舒适和便利。智能窗户提供住户一个安全、方便的环境。据统计，在 未来的几年内，安 装智能窗的用户将不断增加。全自动智能窗户要求遇刮风或飘雨，窗 户 会自动关闭 ，窗户 就自 动 打 开 ，高高在上的天窗，也 乖乖听从指挥开启闭合，免去攀高之累。最新科技的智能窗户控制系统它由智能主控器、门窗控制器、门窗驱动器等组成，是智能居家的理想选择。要求具备以下功能 安全在工作日，上下班时间基本都是固定的。你可以设定窗户开关的时间 上班时窗户自动关闭下班时自动打开，方便安全。）自动防风防雨居家过日子，忘记 关窗是常有的事，每逢 刮风下雨身在外边便叫苦不已。现在， 这
19、 款 产 品 可以消除您的这个顾虑了，它外侧 装有湿度传感器，当空气里的湿度达到80%时 湿 度传感器上就会有感应，窗户立即自行关闭，令您从此大胆出门无忧无虑。节约能源当室外的温度超过30时能关闭窗户并把空调打开，保持室内室温适宜。当室外温度下 降到2胪时，窗 户 自 动 打 开 并把空调关闭，保持室内 空 气清新 ，当然这一动作是以外界没有下雨为前提的。 人性化增加手动开窗、关窗功能，是产品更人性化。1, 2智能窗户研究现状由干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，一般来说令，一个建筑物按面积推算，有10%是窗，15%是门，全国每年新建为20亿平方米，门窗的
20、需 求噩为5亿多平方米。如再考虑到原有城乡建筑的窗户改制，每年窗户的安装噩至少达到10亿平方米。以每平方米窗户50元计算，全国窗户消费需求空间为500亿元，井且还有不断扩大的趋势。如下图所示图1. 12006年 2009年我国窗户需求呈门窗是家庭智能化安全防范系统的一个重要组成部分，是一种智能化的控制系统，它 由现代微型机、先进传感器（温度传感器、湿度传感器等）、等一系列机械传动装笸组成，是 具有智能化、人性化、网络化的高科技产品。可以对窗户进行随心所欲的控制和安全措施， 它具 有时尚、方便、安全等特点，使人们的家居环境得到较大的改善。再者通过我们的调查发现目前整个市场上存在许多不足之处。当前
21、智能窗户的功能还不是很完善，虽 然市场上有下雨时能自动关窗的装凿，但在雨过 天晴 后 井不能适时自动开窗。这就会让主人在下班回家后觉得屋内空气不流通不清新等。因此，我以这次毕业设计为契机，改 进了部分功能实现的方法，井增加了适时开窗的新功能， 还 把窗 户 和空 调 相 结 合。力求整个装啬高效、简洁、易实现井突出节能环保的理念。窗户之所以能自动开闭关键是长条形装谧内的一些元件、温湿度传感器组成了一套智能控制系统 发挥着自动控制功能。“人们早屡出门上班时还是晴空万里，所以没有关窗，下 午突 然下雨 了，窗 户会自动关闭，不用担心家中淋雨。”除 了自动开闭窗户外，还可以通过遥控器来控制智能窗户的
22、开闭大小，不用走到窗前去关窗。智能窗户的应用越来越受广大人民的欢迎，在 许多大城市中，很 多小区都实现智能化4管理，其中智能窗户的应用相当的重要一部分。所以我这次毕业设计选了这个我比较感兴趣也很有现实意义的题目。第2章 设计的目标任务2. 1本文主要工作设计2. 1. 1本设计的总体介绍(1)智能窗户 基干单片机控制系统设计出温湿度检刹电路、电机驱动电路、时钟电路、单片机、晶振和复位 电 路和 控制 电 路等。(2) 设计智能窗户的数据采渠及控制系统。2. 1. 2设计的具体任务5对智能窗户的功能进行设计， 相 应 的 硬 件 电 路和系统 软件设计，并做出控制系统，从而达到设计的目的温度升高
23、到超过预设值时，电机转动关闭窗户井把空调打开，若下雨窗外的湿度传感器会感应到井把窗户关闭，通 过 按 键可以设世自动开启窗户时间及自动关闭窗户时间 到设定时间会自动关闭或开启窗户，可以设笸根据温湿度控制窗户开关及根据时间开启、关闭窗户功能。62. 2论文的要求与数据(1) 完成该课题必须重点研究单片机控制、温湿度采集、晶振和复位 电 路等关键问题和理论。(2) 研究方案的设计、研究方法和手段要合理，符合理论与实践的要求。第3章 设计方案论证智能窗户的模型如下图3. 1, 传动机构由皮带、电机和定滑轮组成。当电机正转时，可移动窗隅向右移动至限位开关处电机停止。当电机反转时，可移动窗户向左移动至限
24、位开 关处电机停止。可移动的百扇J关d不移动的窗扇4开., ,.窃户光电 开关心光电开关d电机主轴心定滑轮d图 3 . 1智能窗户 的 模 型整个智能窗户控制系统包括微处理器、温湿度检测电路、报菩电路、电机驱动电路等模块组成。整个系统框图如图3. l 所示。STC89C5w图3. 2 系统框图3. 1温湿度检测方案方案一温 度检测采用热电阻温度传感器。热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件，现 应 用 较 多的 有铅、铜、银等热电阻，其主要的特点为精度高、测量范围大、便于远距离测量。7湿度检测使用湿敏电阻。方案二我 们采用数字温湿度传感器mm 1。DHTJ I数字 温 湿 度传感
25、器是一款含有已校准数字信 号输出的温湿度复合 传器 。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术 ，确 保产 品 具 有 极高 可 靠 性 与 卓 越的 长 期 稳 定 性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTCj则元件，并 与 一个高性能 8 位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHTJ J传感器都在极为精确的度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP内 存中 ，传感器内在检测信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 栠变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信 号 传 输 距 离可 达 20米以上，使 成 为
26、 各 类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品 为 4针单持引脚装，连 接方便。综合来看DHTl l 集温湿度检测干一体，反应快，单片机 数 字 读 取 数剧 ，利干数据采集， 而 起 体积 小，利干本次设计，所以 选用第二种方案。3. 2 窗户控制系统设计方案窗户的开关主要通过直流电机控制。8方案一 直 流电机驱动电路使用最广泛的就是H型 全桥 式电 路，这种 驱动 电 路 可以 很方 便 实 现 直 流电 机的 四 象限 运行，分别 对应 正 转 、正转 制 动 、反转、反转制动。它的基本原理图如图2. 1所示。S4Motor ServoS2G-=N=D=图 3 . 3 H桥电 机驱动
27、电 路全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，Sl 、S2为一组，S3、S4为另一组，两 组 的 状 态 互补，一组导通则 另一组必须关断。当Sl 、S2导通时，S3、S4关断，电 机两端加正向电压，可以实 现电机的正转或反转制动；当S3、S4导通时，S l 、S2关断，电 机两端 为反向电压，电机反转或正转制动。在窗户动作的过程中，我们要不断地使电机在四个象限之间切换，即 在正转和反转之om间切换，也 就是 在SI、S2导通且S3、Q4关断，到SI、S2关断且S3、S4导通， 这 两种状态 之间转换。在这种情况下， 理 论上要求两组控制信号完全互补，但是，由 干实际的开关器件都存在开通和
28、关断时间，绝对的 互补控制逻辑必然导致上下桥臂直通短路，比 如在 上桥臂关断的 过程中， 下 桥 臂 导 通 了。这个过程可用图2. 2说明。上桥臂导违：t I，I： ：-!-下 桥努导 逜. ，:i/,/;、lI ，,.，.;，： rl上下庄逌亿j叭 .,.9图 3 . 4窗 户 桥 臂 导 通示意图因此 为了避免直通短路且保证各个开关管动作之间的协同性和同步性，两组控制信号在理论上要求互为倒相的逻辑关系，而实际上却必须相差一个足够的死区时间，这个矫正过程既可以通过硬件实现 即在上下桥臂的两组控制信号之间增加延时，也可以通过软件实现。方案二通 过L6203集成块控制直流电机。L6203是专用
29、驱动集成电路，震干H桥集成电路，其输出电流为2A, 最高电流4-A, 最高工作电庄50V, 可以驱动感性负载 如大功率直流电机，步进电机，电磁 阀 等，特别 是其输入端可以与单片机直接相联，从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时，可以直接控制步进电机，并可以实现电机正转与反10转，实 现 此功能只需 改 变 输 入端的逻辑电平。利用单片机输入P叫l波形控制使能端很容易改变直流电机速度，调 速及控制方向容易，电路 设 计简单。综合来看L6203具有强驱动能力，体积 小，电路设计简单等优点，故选用方案二。3. 3 限位开关控制系统设计方案限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位啬的电气开关。这
30、种开关有接触式的和非接触式的。方案一 接触式的比较直观，机械 设备 的 运动部件上，安 装上行程开关，和其相对运动的固定点上安装极限位啬的挡块，或者是相反安装位话。当行程开关的机械触 头碰上挡块时 切断了（或改变了）控制电路，机械就停止 运行或改变运行。由干机械的惯性运动，这种行 程开 关有一定的“超行程”以 保 护 开 关不受损坏。方案二非 接触式的形式很多，常见的有干簧管、光电式、感应式等，这几种形式在电梯中都能够见到。我这里选择光电式，光电传感器(ST178) 是利用被检溯物体对红外光束的遮光或反射，由 同 步回路选通而检淜物体的有无，其物体不限干金属，对所有能反射光线的物体均可检测。综
31、合来看光电式传感器具有体积小，设 计简单，而且检测的岛10k第4章 硬件电路设计4. 1最小系统电路设计最小系统主要有雳荡电路、复位 电 路 、单 片机 和电 源 构 成 。其 中 撰 荡电 路 使 用 11. 0592MHz的晶振配合两个22p的谐振电容构成，为 单 片机 提供必要的系统时钟。复位电路即可实现上电复位，也 可 实 现 人 工 手动复位 。当刚 开 始 打 开电 源时，电容Cl 相 当干短路，单片机 RST 脚短时间内处于高电平， 从 而使单 片机 复位 ，同样 ，当SW键 按 下 时 ，RST脚同样为高电平，可以 使 单 片机 正 常 复位。以 上 三部分电路构成了一个最小的
32、单片机系统。LIiJ,C.陨甘9 氐wl0 17 E!:11 皿一l办、，,2a廿rrtL,ll)邓丈Tl11)叩产巳II I I IIOK|卜尔 D平11己VVI三gg严函器NQDNG图4. l最小系统电路4. 2温湿度检测电路设计4. 2. l数字温湿度传感器DlITll 简介DHTl l数 字 温 湿 度 传 感 器是 一 款 含 有已 校 准 数 字 信 号 输出的 温 湿 度 复合 传 器 。它应 用 专 用 的 数 字 模 块 采集技术和温湿度传感技术II，确 保产品具有极高可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电 阻 式 感湿元件和一 个 NTC测元件，井与一个 高性能 8 位
33、单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个 DHTl l传 感器都在极为精确的度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在 OTP内存中，传感器内在检测信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， 使成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品 为 4针单排引脚装。连接方便。4. 2. 2 Dl!Tll 工作原理由干采用DHT数字温湿度传感器，电路不用考虑A/ D转换，只需 设 计指定Pl. 4与数字传感器相连，电 路原理图 如图4. 3。15吵WW厂P2工I
34、-gP14lvccTI仆“4-01 lRKSVLCCl DHTllVCC图 4. 2 DHTll 与单片机的连接DHTl l 温湿度传感器性能说明参数条件JinTypla x单位漫度分辨率111饮 II8Bi t重复性土1硕 H精度25-C土4RH0-60-C士6气Rll百换性可完全互换量程范围OC3090q,Rll25 它2090划廿I50C.2080II响应时间1/ e(6邓）26它，la/s 空气610165运滞士1II长期稳定性典型位士1芍RU/ yr温度分辨率111它888Bit厘复性士1它精度士1士2七噩程范围60它响应时间1/ e (6邓）630s。表4. 1DHTl l 温湿度
35、传感器性能DHTl l 的 数据读取 ：DATA用 干微处理器与DHTl l 之间的通讯和同步，采用单总线数据格式，一次通讯时间4-ms左右， 数 据分小 数部分 和整数部分 ，具 体格式在下面说明，当前小数部分用干以后扩展，现读出为零。橾作流程如下一次完整的数据传输为40bi t, 高位先出。数据格式8bi t 湿度整数数据+Sb口湿度小数数据+8bi 温度整数数据+8bi t 温度小数数据 +8 bi t 校验和。数据传送正确时校验和数据等干8 bi t 湿度整数数据+8 bi t 湿度小数数据+8 bi 温度整数数据+8 bi t 温度小数数据”所得结 果的 末8位。用户MCU发送一次开始信号后，DHTl 1从低功耗模式转换到高速模式，等 待 主 机 开 始 信号 结
