摘 要

本课题将以"智能窗户模型设计"作为研究课题，拟将设计一款全新的智能窗户。当传感器感受到外界刺激的时候，会通过所设计的电路反馈到单片机，最后通过电机去实现窗户的自动开启和关闭。在硬件上系统采用的是以新塘公司旗下的一款N76E003单片机为核心，结合雨滴传感，微动开关，减速电机等元器件构建系统硬件框架，在软件上采用C语言等构建软件代码。这款智能化的窗户真正打破常规窗户设计的桎梏，大大提升了人们的生活质量。而且最主要的是核心硬件采用的是新塘公司旗下的N76E003单片机在价格上有很强的优势，能够很大限度的节约成本，在推广和普及上能够得心应手。所以，设计此课题有非凡的意义。

关键词：智能窗户；减速电机；N76E003单片机；雨滴传感器；

Abstract

This project will design a new smart window with "intelligent window model design" as the research topic.When the sensor feels the external stimulation, it will feedback to the MCU through the designed circuit, and finally realize the automatic opening and closing of the window through the motor.On the hardware system USES a N76E003 in xintang inc. Single chip microcomputer as the core, combined with the rain sensor, micro switch, gear motor components to the system hardware framework, such as on the software and other building software using C language code.This intelligent window really breaks the shackle of regular window design, greatly improves people‘s quality of life.And the most important is the core hardware USES is N76E003 microcontroller xintang inc. Has a strong advantage in price, cost savings to a large extent, on the promotion and popularization can handy.Therefore, it is of great significance to design this topic.

Keywords: smart Windows;Decelerating motor;N76E003 single chip microcomputer;Raindrop sensor;

目 录

第一章、引言    5

（一）智能窗户模型设计的设计背景    5

（二）智能窗户系统的国内外发展现状    5

（三）本文主要研究内容    6

第二章、单片机选型    7

(一)选择N76E003的原因    7

(二)N76E003简介    7

(三)引脚说明    8

第三章、系统的硬件设计    13

(一)智能窗户模型设计的原理    13

(二)窗户模型设计    13

(三)减速电机    13

(四)微动开关    14

(五)稳压电源系统    14

(六)电机驱动电路    15

(七)雨滴传感器    15

(八)总体硬件设计    16

第四章、系统的软件程序部分    17

（一）程序流程图    17

（二）程序编写    17

第五章、实物制作    18

（一）元器件选项与采购    18

（1）打印设置    18

（2）打印机    19

（3）打印的时候的注意点    20

（4）转印    20

（5）腐蚀PCB    20

（6）其它    21

第六章实验测试    21

（一）按动关窗键    21

（二）按动开窗键    22

（三）将水滴滴在雨滴传感器上    23

总结    25

致谢    26

附录一原理图    27

附录二 PCB图    28

附录三 程序    29

第一章、引言

（一）智能窗户模型设计的设计背景

多变的天气给居民的生活带来了很多的不确定性，雨水给万物浇灌，却也给居民的生活带来了很多的烦恼，比如当你上班或者外出时下雨了，结果是一屋子的雨水，相关的家具衣物等被淋湿；假如因为此原因每次出门都要关上窗户的话，室内空气不流通，异味难闻，而且还显得很闷热，这种做法实属无奈之举。为了解决人们的生活困扰,提高生活质量,因此很有必要开发出一种可以根据天气变化情况智能控制的窗户。

传统上的窗户是靠人工开启关闭的，这样机械的操作不能及时的应对多变的天气，极大的影响了人们的生活质量。前人一直在致力改善这种现状，不过大都是改善窗户的质量，窗户的外观，此举并没有真正意义地去改善人们的生活质量。因此设计一款根据天气能够实现智能开启并关闭的窗户是有很大的必要。

图1 智能窗户

（二）智能窗户系统的国内外发展现状

随着人们收入的提高，生活质量也逐年在提高，而对于现在来说生活质量的提高不仅仅体现在生活物质上的追求，更体现在精神上的追求。当下智能化，自动化的科技产品逐渐普及到千家万户，而智能窗户就是其中的一款具有代表的产品之一。智能窗户起源于上个世纪70年代的美国，随后逐步被欧美的一些国家广泛应用。自21世纪以来，中国，新加坡，日本等地区也争先完善智能窗户系统。智能化，自动化已然成为历史发展的趋势，当然智能门窗也不例外。

智能门窗一直是海内外科学家研究的大热门，不管是从窗户的外形，质量上的改造，还是从功能上的改进都五花八门。在国内由于技术的成熟度上，价格上等原因，还没有得到很好的普及。本课题设计的一个主要目的的节约成本，因此选用新塘公司的N76E003单片机能够有效的节约成本，而且本设计以简约为主，主要是为了能够得到很好的推广与普及。

防雨的窗户五花八门。不需要去改变窗户现有的结构与模型，也不需要有很复杂的电路系统，雨滴传感器上只要沾有水，窗户就会自动关闭。这种设计很多科学家都在研究并在不断地改善，也有学生和老师在做课题竞赛。我相信在不久的将来，智能窗户在中国也能够得到很好的普及。

（三）本文主要研究内容

本课题主要的研究方向是如何能够有效地实现智能化，自动化地防雨，以简约的电路系统，节约成本为目的去制作这个课题设计，为的是日后能够得到很好地推广。

设计内容：首先确立以N76E003单片机作为核心硬件，然后结合雨滴传感器，减速电机，微动开关以及各类电阻，电源，辅以电路系统，组成一套全新的智能窗户系统。

第二章、单片机选型

(一)选择N76E003的原因

本系统采用的单片机为新塘N76E003单片机，N76E003是一款51内核的单片机，相对于stm32而言，学习起来简单。而且stm32由于在中国最近几年流行起来，2017年的某些芯片都涨出了一倍的价格，直接导致一些公司弃用ST公司的芯片。

与他更为接近的一款芯片STC15的芯片，不过本系统不用STC15是因为STC公司价格相对也是较高，与此功能较为接近的是STC15F2K60S2，在网上最低价7.6元，而新塘是0.4元。

(二)N76E003简介

N76E003是8051内核的一款单片机MCU，它提供丰富的特殊功能模块，包括：

1KRAM其中包括256字节SRAM，768字节XRAM。

最多可达18个标准管脚。

两组标准16位定时器/计数器：定时器0及1，

一组带有3路管脚输入捕获模式的16位定时器：定时器2，

一组看门狗定时器（WDT），

一组自唤醒定时器（WKT），

一组带自动重装载功能，可用于产生标准波特率的定时器：定时器3。

两组标准串行口（UART），这两组串行口具有帧错误侦测及自动地址识别功能。

一组SPI，一组I2C，6 通道增强型PWM输出，8路12位ADC。

上述功能对应产生18个中断源，具有4级中断优先级配置。

N76E003支持3组时钟源输入，所有时钟源支持软件切换立即生效功能（on-the-fly）。

3组时钟源包括：外部时钟，10kHz内部RC振荡时钟和一个出厂时已校准到室温下精度达±1%的16MHz内部高速时钟。

N76E003提供额外的电源监控管理模块，例如上电复位和4级低电压检测，该模块用于保障芯片在上电及掉电时系统稳定工作。
N76E003可运行在两种低功耗模式－空闲模式和掉电模式，可通过软件选择运行在哪种模式。

空闲模式时，芯片主时钟关闭，但部分功能模块仍然运行。

掉电模式下芯片全部时钟关闭确保芯片功耗达到最低。

在正常工作模式下，也可选择主时钟除频方式工作，确保在功耗和性能之间灵活运用。

高效能、丰富的功能模块及配置，N76E003可灵活用于各种应用场合，家电产品，甚至是马达控制等高端需求控制系统。

从研发的角度上来说，首先面对的是DEMO板上的程序调试，然后设计电路图，最后编写程序，在进行调试。

(三)引脚说明

N76E003芯片如图2-1所示：

图2 N76E003芯片引脚图

N76E003芯片的管脚功能强大:

一组带自动重装载功能，可用于产生标准波特率的定时器：定时器3。

两组标准串行口（UART），这两组串行口具有帧错误侦测及自动地址识别功能。

一组SPI，

一组I2C，

6 通道增强型PWM输出，

8路12位ADC。

表2-1 N76E003芯片引脚示意图

符号		功能描述
		AIN7: ADC 输入通道7
		CLO: 系统时钟输出脚
13	P1.2/PWM0/IC0	P1.2: 端口1管脚2
		PWM0: PWM 输出通道0
		IC0: 定时器输入捕获通道0
12	P1.3/SCL/[STADC]	P1.3: 端口1管脚3
		SCL:I2C 时钟脚
		[STADC]: 外部启动ADC触发脚
11	P1.4/SDA/FB/PWM1	P1.4: 端口1管脚4
		SDA:I2C 数据脚
		FB: 故障刹车输入脚
		PWM1: PWM 输出通道1
10	P1.5/PWM5/IC7/	P1.5: 端口1管脚5
		PWM5: PWM 输出通道5
		IC7: 定时器输入捕获通道7
		SPI 从机选择输入脚
8	P1.6/ICPDA/OCDDA/ TXD_1/[SDA]	P1.6: 端口1管脚6
		ICPDA: ICP 编程数据输入输出脚
		OCDAT: OCD仿真数据输入输出脚
		TXD_1: 串口1数据发送脚
		[SDA]:I2C 数据脚
6	P1.7/ /AIN0	P1.7: 端口1管脚7
		1.外部中断1输入
		AIN0: ADC 输入通道0
4	P2.0/nst	P2.0: 端口2管脚0， RPD (CONFIG0.2) 配置为0 时可用
		Net 复位脚为施密特触发输入，用以外部复位信号复位芯片。 内部带上拉电阻，外部只需接下拉电容，即可稳定工作。
5	P3.0/OSCIN/AIN1	P3.0: 端口3管脚0，使用内部晶振时可用
		外部中断0输入
		XIN: 使用 ECLK 模式，XIN 为外部时钟输入脚。
		AIN1: ADC 输入通道1

第三章、系统的硬件设计

(一)智能窗户模型设计的原理

图3智能窗户模型设计系统框图

(二)窗户模型设计

由图2-1可知，本系统由两个微动开关，雨滴传感器，电机组成以及自己制作的N76E003核心板。

图4窗户模型设计

(三)减速电机

图2-2的电机即是图2-1中的电机，其主要功能是实现窗户的向左移动以及向右移动（即窗户的开与关）。

图5 减速电机

(四)微动开关

本系统中微动开关主要作用是提供给单片机窗户是否已经到达窗户边沿。

图6 微动开关

(五)稳压电源系统

本系统稳压电路由开关，滤波电容，3.3V稳压管，指示灯等组成，给单片机电路提供电源。

图7 稳压电源系统电路图

(六)电机驱动电路

此电路将光电耦合器和H桥相结合，保证了单片机不会由于电机所使用的12V电源产生损坏。

图8 电机驱动电路图

(七)雨滴传感器

雨滴传感器是本系统重要的传感器，主要实现对是否下雨进行反馈，当然这个要装到窗外易被雨淋到地方。传感器给N76E003反馈高低电平， 高电平即是下雨。至于将雨滴传感器去除他的比较器部分，直接接入N76E003，由N76E003的AD部分界定是否下雨，其实也是可行的。但测试时一直没有调出AD部分，所以放弃。

(八)总体硬件设计

表3-1元器件清单

第四章、系统的软件程序部分

（一）程序流程图

图9 程序流程图

（二）程序编写

N76E003是新塘公司开发的一款51内核芯片，新塘公司提供代码初始化工具，管脚规划工具……不过由于新塘公司认为N76E003过于简单，那些软件都没有N76E003的选项，用N76E003编程新塘公司只提供了N76E003技术手册，官方例程，以及

Function_define.h(将各寄存器集成为各功能)文件。新塘单片机不像stc的单片机，管脚不需要初始化也可以工作，N76E003使用管脚必须初始化。初始化函数都被集成到了Function_define.h中了（图中中文只是翻译，源文件纯英文）。选择所使用的芯片即可而管脚使用和stc相差无几，其管脚定义在N76E003.h中。程序的详细编写请看附录3。

第五章、实物制作

（一）元器件选项与采购

本设计除了元器件（总体设计里面已列出）的采购。

（1）打印设置

打开AD软件中的文件选项，点击页面设置，将颜色设置改为单色，并将缩放模式改为Scled PRINT模式。

打印设置：将自己可连接的打印机选择（无线有线都可以）

高级：保留除了TOP层的其他层，因为只能打印单面板，即改成如图10/11所示即可（不同版本打印界面不同，5-1是AD16的图，5-2是AD10的图）。

图10 打印设置

图11 打印设置

（2）打印机

将热转印纸放入打印机（如图12）,接着步骤（1）的步骤，点击电脑的打印按钮。打印的结果如图13所示

图12 将热转印纸放入打印机

图13 打印的结果

（3）打印的时候的注意点

1.观察是否有断点，即打印未打印到的点，建议更换打印机，当然只是小批量的话，就没必要找专业的热转印机。

2.观察图纸大小，如果感觉有一些地方过大或者过小。检查打印设置是否有误。

（4）转印

将热转印纸附在PCB板上，用熨斗加热。

（5）腐蚀PCB

在塑料器皿中加入腐蚀剂，将PCB板放入其中，等待大约4-5分钟，取出，并洗净颜料，PCB板即制作完成

图14 腐蚀

图15 成品

（6）其它

将PCB板打孔，并将元器件焊接完成

图16 焊接完成

第六章 实验测试

（一）按动关窗键

如图6-1所示，电机转动（模拟关窗电机），当按动微动开关1，电机停止转动，（模拟窗户已经靠近窗户边缘，窗户已经撞击微动开关）如图6-2所示。当松开微动开关，电机开始转动（模拟窗户已经远离）。

图17 按动关窗键

图18 按动微动开关1（手中）

（二）按动开窗键

按动关窗键。会开到差不多一样的现象，不过此时电机反转，如图19，电机反转在图片中不明显。按动微动开关2，电机停止转动，原理和微动开关1被撞击的原理是一样的。

图19 按动开窗键

图20 按动微动开关2（桌上）

（三）将水滴滴在雨滴传感器上

如图21，将水滴滴在雨滴传感器后，电机转动（正转），即执行关窗动作，当按动微动开关1，电机停止 ，不按动即停止。

图21 将水滴在水滴传感器上

图22 按动微动开关1

总结

本毕业设计主要以N76E003单片机为核心，结合雨滴传感，微动开关，减速电机等元器件构建系统硬件框架，在软件上采用C语言等构建软件代码，制作一个全新的智能窗户模型，克服了传统窗户普遍可靠性差，智能化自动化程度不高，稳定性不够等缺陷，创造出了一款方便，简单快捷的而且智能化的窗户，提高了人们的生活水平。

通过这次的毕业设计，学习到了很大的知识。也算是对大学所学知识的一个检验，完全独立地去完成一项课题，虽然其中地过程很曲折，但最后还是咬牙坚持了下来。因为这是人生中的第一次设计课题，很多没有学过地知识需要自己去探索，很多旧知识需要融会贯通，问题才会迎刃而解。在这期间，查阅了大量地资料，也咨询了同学，请教了老师，最终把这个课题给完成了，不知道这个课题对人们生活有多大改变，但是我们要以我们所学地知识去给人们创造便利以及提高人们地生活水平，这就是我设计这个课题地初衷。这也是给下一届地学弟学妹树立一个很好的榜样，同时也希望通过自己这次做毕业设计地经历，可以把自己总结地一些心得传授给学弟学妹。

致谢

在此论文将要完成的时候，我要特别的感谢我的指导老师程老师，从一开始定稿，再到初稿，最后到终稿，他都为我们花了很大地心思，经常性地跟我们交流，不仅关心我们地顶岗实习，更是关心我们地论文进度，询问写论文时所遇到的困难，在我们遇到困惑地时候会用丰富地专业知识去提示我们，同时也是让我们独立自主地去完成毕业设计这个课题，培养了我们独立思考，独立动手的能力，这对我们以后地发展有着很好的帮助。同时也感谢学校各位老师的栽培才能使得我们具备创造毕业课题的基础，也感谢老师教会了我们为人处世。感谢学校的栽培，谢谢所有帮助过我的人。

附录一 原理图

附录二 PCB图

附录三 程序

原文地址：https://www.cnblogs.com/mtgy/p/9940047.html