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东南大学成贤学院毕业设计(论文)开题报告电子工程系自动化专业学生姓名：王忠_学号：01210247_设计地点：_____实验大楼502__指导教师：徐玉菁________毕业设计（论文）开题报告课题名称智能窗控制系统的设计一、选题背景与意义（300字左右）21世纪是信息化的世纪，各种电信和互联网新技术推动了人类文明的巨大进步。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居系统，并尝试智能化为家居生活带来的安全、舒适和便利。时光飞逝，日夜如梭。智能家居系统在经历了早期混乱的概念纷争之后，目前已经逐渐进入理性时代。如今的智能家居市场已经不再是海尔、微软等专业家电控制和IT厂家的天下，越来越多的楼宇对讲厂商开始涉及并深入到智能家居行业，猛烈地冲击着楼宇对讲市场格局，从而使得市场竞争更加激烈。尽管如此，用户的需求才是第一位的，所以各厂家的产品研发主要以市场需求为导向。由于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，随着消费者生活水平的提高，智能化的产品如雨后春笋，正逐步发展和壮大。因智能家居控制系统布线简单、功能灵活，扩展容易而被人们广泛接受和应用。相信在不久的将来我们生活中会越来越多的智能家居来代替传统家居。而我们的智能窗户就是在这样的环境下应运而生的，因此具有广阔的市场空间和应用前景。二、课题关键问题及难点（300左右字）在这智能窗户控制系统的设计中，最关键的问题是我们需要什么样的窗户，这窗户可以给我们带来什么样的便捷即智能窗户的功能。这就带来了这次设计的难点。1、由于是智能家居，那么不可或缺的就是传感器。由于窗户的功能较多，需要用到较多的传感器，这就给本次设计带来了传感器使用的难点。不同的传感器由于性能不同、采集信号不同、对环境的要求不同给这次系统设计带来了较大的麻烦。2、为了使多个传感器能够协调统一工作，这给编程也带来了较大的困难。再设计时，需要同时考虑不同状况，不同环境带来的影响。对各个影响要进行严密的优先级排序，使系统能够在遇到不同的情况下都可以良好稳定运行。3、硬件结构的制作。由于并非是机械专业，所以对于自己制作硬件窗户也是一个不小的考验，需要同时兼顾灵活性与实用性。并且为了接近生活，着窗户也必须跟我们生活中的窗户一样，方便后续的研究与使用。三、文献综述（或调研报告）（1200字左右）智能家居是随着高科技的发展和人们的生活质量需求的提高而发展起来的，即利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术，依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气控制、信息家电、场景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活体验，使人们的生活从各个方面变得更加安全、舒适、简单，而窗户智能控制系统就是以智能家居为应用背景研发的一套窗户自动控制系统。通过我们的调查发现目前整个市场上存在以下几点现象：1.市场现状由于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，一个建筑物按建筑面积推算，有１０％是窗，１５％是门，全国每年新建的房屋为２０亿平方米，门窗的需求量为５亿多平方米。如再考虑到原有城乡房屋建筑的窗户改造，每年窗户的安装量至少达到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，并且还有不断扩大的趋势。如下图所示：02004006002006年2007年2008年2009年窗户需求（亿元）窗户需求（亿元）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、风雨信号传感器等）、遥控器及一系列机械传动装置组成，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设置，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以下几点现象：①.消费者智能化意识增强，智能产品用户增多近几年，在国内很多IT和家电企业纷纷跻身智能家居行业领域。使得行业竞争度迅速提升，一时之间市场充满各种各种智能家居产品，很多人家里都使用总线制的技术的，X-10的技术的，红外的技术的，C-BUS技术的，还有躲频技术的。尽管以上这种物品的功能单一，都集中无线摇控、远程控制等处，但市场需求依旧庞大。②.市场上现存的部分智能家居产品尚且存在许多不足之处从以上信息我可以看出这些产品多数不能算是真正意义上的家居智能化，个别产品如电力线载波和APBUS等技术可以实现家居的智能化，但是通过消费者调研和专家分析，我发现这些产品的缺点很多，比如传输信息不稳定、产品质量本身有问题、外观差等弊病，这些对一般的家庭来说，其成本也是很高的。但是消费者依然在选用这些产品，对于智能照明系统上市来说，改变消费认知亦是一件比较困难的事情，至少需要较大的传播和公关投入。③．本产品在行业中的价值链分析对于本产品而言，它在行业中面临的竞争，我可以通过最为基本的行业竞争波特五力模式来予以分析。在和供应商讨价还价方面，该公司在产品的原料上没有什么太大的门槛，所以在讨价还价上几乎不存在阻力，同时由于生产科技的专利，尚无竞争对手来拼抢原料资源；面对潜在进入者的威胁比较小，该产品已经注册，产品研发科技已经申请专利保护，目前产品尚没有在市场上得到响应，还没有企业关注，潜在进入者的威胁至少在目前还不存在。2.开发前景虽然智能家居在智能化功能上取得了不小的成绩，但是仍然有一些更加实用的功能尚需不断完善和开发，以满足用户需要。视得安罗格朗的张达勇表示，“老人看护”是一套非常实用的智能化系统，其功能需要研发一套复杂的捕捉系统，因人的形体定位难以把握，要准确地识别出老人摔跤及受伤与否是非常困难的，一旦对于老人的姿态进行了错误的判断，便会发出错误报警，从而造成不必要的麻烦。当前国内的技术还达不到实现的可能，美国也正在研制这种捕捉系统，预计这种系统的出现还会有一个较漫长的过程。因此智能产品正是处于一个上市的黄金时期，智能窗户控制系统将在具有明显竞争优势的环境下找到市场，带来经济效益。主要参考文献：[1]王煜东.《传感器应用电路400例》［M］.北京：中国电力出版社，2008.[2]赵负图.《新型传感器集成电路应用手册(下)》［M］.北京：人民邮电出版社，2009.9.[3]张毅刚，彭喜元.《单片机原理及接口技术》[M].北京：人民邮电出版社，2008.11.[4]王幸之，钟爱琴，王雷，王闪.《AT89系列单片机原理与接口技术》[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.9.[5]邓学欣,檀润华.智能窗的概念设计［J］.河北工业大学学报,2003(1).[6]卿太全.《最新传感器选用手册》[M].北京：中国电力出版社，2009.7.[7]刘丽华.《智能窗户》[J].科学启蒙.2003年11期.[8]彭磊.《家居将进入“智能窗”时代》[J].《环境与生活》.2008年02期.[9]欧章.《窗户聪明又听话》[J].《建筑工人》.2003年06期.[10]刘正权.《高性能建筑用窗之——窗户选择和设计中的人的因素》[J].《门窗》.2011年04期.[11]闽江.《向窗户索取太阳能》[J].《太阳能》.1982年01期.[12]王致远.《新型窗户》[J].《节能》.1993年11期.四、方案（设计方案、研制方案、研究方案）论证（不少于100字）根据长时间的探讨研究，最后决定的总的方案如下图所示：下面根据课设要求以及实际情况，现将系统分为以下几个部分进行方案比较、论证与选择。1.1窗位置传感器模块方案1：使用1M欧姆，1M长导线通过测量导线电压来确定窗位置，使用精度较高的金属混合物电阻。方案2：使用霍尔元件霍尔元件不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地安装在物体上，当装在运动物体上的永磁体经过它时，可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可以传感出该运动物体的位置。综合考虑，根据实际情况，选择霍尔元件。霍尔元件体积小，不用加辅助物件测量，体积小，使用方便。1.2传感器环境监测模块1.2.1温度传感器模块方案1：使用PT100温度传感器PT100是铂金属正温度系数热敏传感器，它测量温度范围大，价格便宜，PT100温度传感器还具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。铂热电阻的线性较好，在0~100摄氏度之间变化时，最大非线性偏差小于0.5摄氏度。PT100输出量为模拟量。方案2:使用DHT11温湿度传感器DHT11体积小，使用方便，封装形式多样，独特的一线接口，只需要一条口线通信，多点能力，无需外部元件可用数据总线供电。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。MCU（ARMK60）粉尘监测传感器雨滴监测传感器霍尔元件监测传感器温湿度监测传感器系统电源供电（双电源供电）液晶显示模块（12864）电机选择模块（直流电机）综合考虑，根据实际情况，选择DHT11作为温度传感器。使用PT100温度传感器要附加放大器电路和AD转换电路，成本高，占用电路板空间大，不宜于设计开发。1.2.2雨滴监测传感器模块方案1：使用雨滴传感器雨滴传感器放置在玻璃后面，它能根据落在玻璃上雨滴量的大小来产生相应电压，它有一个被称为LED的发光二级管负责发送远红外线，当玻璃表面干燥时，光线几乎是100%地被反射回来，这样光电二级管就能接收到很被多的反射光线。玻璃上的雨滴越多，反射回来的光线就越少。方案2：使用普通接触开关普通接触开关价格经济，体积小，不能量化要测量的量。综合考虑，根据实际情况，选择雨滴传感器。普通接触开关简单，价格经济，但不够准确。雨滴传感器性能优异工作稳定，精度高，反映灵敏。1.2.3粉尘检测传感器方案1：使用GP2Y1010AU0F检测粉尘通过对空气中粉尘颗粒的质量检测来反应当前空气中的粉尘浓度，编程比较容易，网络资料比较多。方案2：使用SM-PWM-01B检测粉尘通过对空气中粉尘颗粒的质量检测来反应当前空气中的粉尘浓度，但是编程需要用到中断，可能会给系统带来负担。且网上资料较少，编程方式较难。综合考虑，根据实际情况，选择GP2Y1010AU0F检测粉尘，方便编程。1.3液晶显示模块方案1：1602液晶显示1602是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。方案2：12864液晶显示6线制的12864可以更加节约IO口，并且能够显示多行，方便自己调试显示模块。综合考虑，根据实际情况，选择12864液晶显示。使用12864单片机连接简单，显示清晰。方便拆卸。1.4电机选择模块方案1：直流电机直流电机是以电机电压为控制变量，以位置或速度为命令变量。采用连续移动的控制方式。直流电机需要反馈控制系统，他会以间接方式控制电机位置。适用于对位置要求比较不高的场合。方案2：步进电机步进电机是以步阶方式分段移动。系统多半以“开环方式”进行操作。采用直接控制方式，它的主要命令和控制变量都是步阶位置。步进电机可实现精确定位控制，配广泛应用于位移精确定位系统中。综合考虑，根据实际情况，选择直流电机控制系统。与步进电机相比，直流电机控制相对简单。并且，步进电机的旋转是一个高速重复的“启—停—启—停”过程，所以转动平滑性并不如直流电机。1.5主控芯片选择方案1：AT89C51单片机51系列单片机结构简单，编程方便。但对应的是主频较低，且端口较少中断较少。不能直接AD转换。方案2：ARMcortexM4K60芯片K60芯片编程比较复杂但是功能比较多，可以直接进行AD转换和直接输出PWM波对本设计非常重要。综合考虑，根据实际情况，选择K60做主控芯片。比起51单片机，k60可以直接使用模块化编程，IO口比较多可以方便使用。四、工作计划（不少于300字）第一周领会课题含义