毛靜

（安康學(xué)院 電子與信息工程系，陜西 安康 725000）

當(dāng)今世界，建筑智能化已成為一種發(fā)展趨勢(shì)，這即是人們生活的需要，也是文明程度的體現(xiàn)[1]。然而，現(xiàn)在人們所使用的窗戶依然是傳統(tǒng)的手動(dòng)開關(guān)控制，更不用提智能化。如果有一種智能窗，不僅可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)開關(guān)窗，而且具有防盜、防雨、防風(fēng)等多種功能，就會(huì)使生活變得更加安全和方便。隨著科技的進(jìn)步，嵌入式技術(shù)已成功應(yīng)用在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域中，使用嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)專用功能的控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)實(shí)[2-3]。

本設(shè)計(jì)提出了一種基于STC89C52單片機(jī)的智能窗系統(tǒng)。系統(tǒng)使用各種傳感器對(duì)周圍環(huán)境的濕度、溫度、可燃?xì)怏w、窗外是否有人等因素進(jìn)行信號(hào)采集并傳入單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，發(fā)出動(dòng)作指令，控制步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行開/關(guān)窗動(dòng)作。智能窗可以根據(jù)環(huán)境變化及時(shí)作出反應(yīng)，通過開關(guān)窗戶等調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù)，從而保證舒適的家居環(huán)境[4]。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)基于STC89C52單片機(jī)，由溫濕度檢測(cè)模塊、可燃?xì)怏w檢測(cè)模塊、紅外檢測(cè)模塊、顯示模塊、語(yǔ)音報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等組成。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the power control unit test system

1.2 溫濕度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

溫濕度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，該傳感器是一種應(yīng)用廣泛并含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的復(fù)合型溫濕度傳感器[5-6]。它具有先進(jìn)的數(shù)字模塊采集技術(shù)與溫濕度傳感技術(shù)，擁有這卓越的穩(wěn)定性和極高的可靠性。傳感器包括感溫部分和測(cè)濕部分兩部分[7-8]。電路如圖2所示。

圖2 DHT11電路圖Fig.2 Circuit diagram of DHT11

1.3 氣體檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

可燃?xì)怏w檢測(cè)模塊選用MQ-2氣體傳感器[9]，電路設(shè)計(jì)圖如圖3所示，其由SnO2敏感層、微型的AL2O3陶瓷管，內(nèi)部由測(cè)量電極、加熱器構(gòu)成的敏感元件。

圖3 可燃?xì)怏w檢測(cè)電路Fig.3 Detection circuit of flammable gas

本電路的測(cè)量元件采用旁熱式煙霧傳感器MQS2B。在沒有煙霧的情況下，煙霧傳感器的阻值較高(10 kΩ左右)，煙霧進(jìn)入傳感器時(shí)其阻值急劇下降，A、B兩端電壓下降。

1.4 紅外檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)

該部分采用主動(dòng)式紅外探測(cè)器[10]，電路設(shè)計(jì)如圖4所示。探測(cè)器有發(fā)射頭、接收頭及處理電路組成。在正常情況下，發(fā)射頭發(fā)出紅外線，接收頭接收到紅外線，根據(jù)單片機(jī)接收到的為高、低電平，判斷窗外是否有人，從而控制窗戶開關(guān)。

1.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)電路主要采用驅(qū)動(dòng)芯片L9110來直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，L9110電路原理圖如圖5所示。當(dāng)正轉(zhuǎn)信號(hào)（P3.6）輸出高電平，反轉(zhuǎn)信號(hào)（P3.7）輸出低電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)，完成開窗動(dòng)作。當(dāng)正傳信號(hào)（P3.6）輸出低電平，反轉(zhuǎn)信號(hào)（P3.7）輸出高電平，電機(jī)反轉(zhuǎn)，完成關(guān)窗動(dòng)作。

圖4 紅外檢測(cè)電路設(shè)計(jì)圖Fig.4 Detection circuit of flammable gas

圖5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖Fig.5 Motor drive circuit diagram

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以Keil作為編程軟件，以C語(yǔ)言為編程語(yǔ)言[10]。系統(tǒng)程序流程如圖6所示，通過各個(gè)傳感器對(duì)外界和室內(nèi)環(huán)境條件進(jìn)行檢測(cè)，由單片機(jī)判斷采取相應(yīng)的開關(guān)窗動(dòng)作。

圖6 程序流程圖Fig.6 Program flow chart

接通電源，系統(tǒng)初始化，各個(gè)傳感器開始采集相應(yīng)的環(huán)境因素信號(hào)。手動(dòng)開關(guān)窗是最高優(yōu)先級(jí)，這充分體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì)，人的意愿是最優(yōu)先考慮的。開窗動(dòng)作：第二優(yōu)先級(jí)為防燃?xì)庑孤?，?dāng)檢測(cè)到燃?xì)庑孤?，電機(jī)正轉(zhuǎn)開窗并語(yǔ)音報(bào)警，及時(shí)通風(fēng)換氣。第三優(yōu)先級(jí)為防盜，其次為防室溫過高。當(dāng)室溫過高并且無盜情發(fā)生，點(diǎn)擊正轉(zhuǎn)開窗。當(dāng)有盜情發(fā)生，室溫過高，系統(tǒng)默認(rèn)關(guān)窗。關(guān)窗動(dòng)作：第二優(yōu)先級(jí)仍為防可燃?xì)庑孤?，其次為防盜和防雨。當(dāng)發(fā)生盜情或下雨時(shí)，無燃?xì)庑孤?，系統(tǒng)責(zé)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)擊反轉(zhuǎn)關(guān)窗，實(shí)現(xiàn)防盜或防雨。一旦燃?xì)庑孤叮挥鑸?zhí)行防盜或防雨相應(yīng)的關(guān)窗動(dòng)作。

3 系統(tǒng)功能測(cè)試

軟硬件設(shè)計(jì)完成后，對(duì)其進(jìn)行了功能測(cè)試。接通電源后，LCD1602顯示屏正常顯示室內(nèi)當(dāng)前的溫度和濕度，然后，對(duì)是否自動(dòng)識(shí)別環(huán)境因素開關(guān)窗進(jìn)行了測(cè)試，通過對(duì)DHT11溫濕度傳感器呼氣，對(duì)其加濕，當(dāng)濕度超過50%RH時(shí)，電機(jī)自動(dòng)反轉(zhuǎn)，表示關(guān)窗防雨，自動(dòng)關(guān)窗功能正常。放置3分鐘，當(dāng)濕度恢復(fù)到50%RH內(nèi)，電機(jī)自動(dòng)正轉(zhuǎn)開窗，因此，該系統(tǒng)的溫濕度檢測(cè)、顯示、自動(dòng)開關(guān)窗、手動(dòng)開關(guān)窗功能均正常。

4 結(jié)論

此智能窗集現(xiàn)代聲、溫、機(jī)、電等技術(shù)于一體，可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)。整個(gè)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于自動(dòng)化程度高，人性化很強(qiáng)，通過簡(jiǎn)單實(shí)用的傳感器實(shí)現(xiàn)檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，并將傳感器的輸出信號(hào)輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，用單片機(jī)的輸出去控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊和語(yǔ)音報(bào)警模塊，最終實(shí)現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境自動(dòng)關(guān)開窗。此外，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想在智能家居、智能防盜系統(tǒng)等方面具有良好的應(yīng)用前景和較高的實(shí)用價(jià)值。

[1]鄧學(xué)欣,檀潤(rùn)華.智能窗的概念設(shè)計(jì)[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003(1):76-78.DENG Xue-xin,TAN Run-hua.The conceptual design of the intelligentwindow [J].JournalofHebeiUniversity of Technology,2003(1):76-78.

[2]門宏.電子小制作[M].北京:人民郵電出版社，2007.

[3]趙新民.智能儀器原理及設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[4]高洪志.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)教程[M].北京:人民郵電出版社，2009.

[5]張毅剛,彭喜元.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社，2008.

[6]曾光宇.現(xiàn)代傳感器技術(shù)與應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2001.

[7]趙亮.液晶顯示模塊LCD1602應(yīng)用[J].電子制作,2011(7):89-91.ZHAO Liang.The application of LCD1602[J].Electronic Production,2011(7):89-91.

[8]秦曾煌.電子技術(shù)[M].6版,北京:高等教育出版社，2004.

[9]侯玉寶.基于Proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[10]Teplov V Yu,Anisimov A V.Thermostatting system using a single-chip microcomputerand thermoelectricmodules based on the peltier effect[J].Instruments and Experimental Techniques,2002(4):69-71.