陶文琦

摘 要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為人們生活的舒適性提供了各種可能，基于單片機(jī)控制的智能窗系統(tǒng)通過傳感器收集到環(huán)境變化的信號從而自動(dòng)對窗戶進(jìn)行控制，可以避免出現(xiàn)各種危險(xiǎn)，同時(shí)還可以有效地提升生活的舒適性。

關(guān)鍵詞：智能窗；控制系統(tǒng)；單片機(jī)

中圖分類號：U463.02 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）32-0011-01

基于單片機(jī)控制的智能系統(tǒng)窗會(huì)自動(dòng)完成對窗戶開啟和關(guān)閉的控制，比如室內(nèi)可燃性氣體（即一氧化碳）達(dá)到一定值以后，就會(huì)自動(dòng)開啟窗戶；如果下雨窗戶又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)還會(huì)針對室內(nèi)環(huán)境的變化對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便為室內(nèi)的人員提供更加舒適的環(huán)境。

1 智能窗控制系統(tǒng)的工作原理

本文闡述的智能窗將單片機(jī)控制技術(shù)和傳感器應(yīng)用技術(shù)等多種技術(shù)有效地融合到一起。在接通單片機(jī)電源以后，單片機(jī)用掃描的方式進(jìn)行工作。安裝的可燃?xì)怏w檢測模塊、一氧化碳檢測模塊、紅外線探測模塊、大雨檢測模塊等分別將其各自的檢測信號傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)對各個(gè)模塊信息進(jìn)行處理，自動(dòng)對窗戶的開啟和關(guān)閉進(jìn)行控制。此外還對室內(nèi)環(huán)境各個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測，如果室內(nèi)的環(huán)境舒適度比較低時(shí)，單片機(jī)通過對窗戶的開啟狀態(tài)進(jìn)行控制，以便為室內(nèi)的人提供良好的環(huán)境。

2 控制系統(tǒng)的硬件組成

2.1 控制器

系統(tǒng)選用的控制器采集處理的模擬量信號有溫度、濕度、光照時(shí)間長度、大風(fēng)信號，開關(guān)量信號、各電機(jī)的運(yùn)行控制信號、方向控制信號、窗門運(yùn)動(dòng)完成時(shí)的限位開關(guān)信號、一氧化碳探測反應(yīng)信號、遙控信號等?？刂破魉鸭瘋鞲衅鱾鬏?shù)臄?shù)據(jù)，如果室外有明顯的光照或者是室內(nèi)的一氧化碳濃度過大，單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)開啟窗戶；如果有不明身份人員在窗戶邊逗留徘徊或是檢測到持續(xù)有雨，單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)關(guān)閉窗戶。

2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

系統(tǒng)選用直線電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)窗戶的前后運(yùn)動(dòng)以及停止等，使得智能窗戶能夠根據(jù)需要關(guān)閉與開啟。為方便開啟將窗門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為上懸窗結(jié)構(gòu)，窗內(nèi)裝有滾珠絲杠，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠，直流直線電動(dòng)機(jī)控制窗門，同時(shí)還可以調(diào)節(jié)窗戶的開啟程度。

2.3 傳感器

傳感器在整個(gè)系統(tǒng)起著非常重要的作用，傳感器直接影響著窗戶的運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)選用水滴傳檢測器、一氧化碳傳感器、過流傳感器、紅外熱釋電傳感器、光敏電阻傳感器等。這些傳感器在環(huán)境發(fā)生變化時(shí)會(huì)向單片機(jī)輸入相應(yīng)的信號，進(jìn)而通過單片機(jī)來控制窗戶。

2.4 遙控器

通過連在PCB板子上的自制的遙控器傳輸信號，收集使用者發(fā)送的控制信號，將信號輸入到單片機(jī)，單片機(jī)對電動(dòng)機(jī)的控制來完成窗戶的開啟和關(guān)閉。

3 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要充分利用單片機(jī)控制系統(tǒng)，達(dá)到智能窗實(shí)現(xiàn)人性化的目標(biāo)，可以根據(jù)天氣狀況、室內(nèi)氣體狀況、窗外人員活動(dòng)情況以及窗戶運(yùn)動(dòng)情況自動(dòng)的打開或關(guān)閉窗戶。

3.1 可燃性氣體檢測模塊

對可燃性氣體檢測采用的是直熱式氣敏傳感器，如果室內(nèi)可燃性氣體濃度升高，氣敏傳感器由于接觸到的可燃性氣體增加，其電阻值會(huì)隨著降低，導(dǎo)致測試電路里面電流增加。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對一氧化碳等可燃性氣體的檢測，其濃度報(bào)警一般選定可燃性氣體爆炸下限的1/10左右，如果濃度達(dá)到這個(gè)值，單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制電機(jī)將窗戶及時(shí)打開。在電阻不斷降低，電壓如果達(dá)到設(shè)定值的時(shí)候，電路接通該信號被輸入到單片機(jī)模塊，那么窗戶就會(huì)自動(dòng)打開，同時(shí)啟動(dòng)排氣扇將可燃性氣體排出室內(nèi)，在加裝報(bào)警電路后在窗戶打開的同時(shí)報(bào)警器也響起，警報(bào)器響起提醒房間的主人存在安全隱患，避免出現(xiàn)煤氣中毒或者火災(zāi)等事故。

3.2 濕度檢測模塊

如果出現(xiàn)下雨的情況，而房間主人不在，那么利用該系統(tǒng)就可以啟動(dòng)自動(dòng)關(guān)閉窗戶的功能。下雨以后濕度會(huì)增加，通過雨滴傳感器將下雨信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制電機(jī)將窗戶及時(shí)關(guān)閉起來。可以使用集水片，當(dāng)水量多到足以聯(lián)通低電平使傳輸信號給單片機(jī)，單片機(jī)就會(huì)控制窗戶關(guān)窗；同時(shí)濕度檢測也可以使用濕敏元件，通過濕敏元件電阻的變化來識別是否出現(xiàn)下雨?duì)顩r。在沒有下雨的狀況下，濕敏電阻的阻值相對比較小，在下雨以后濕敏電阻的阻值會(huì)增加，控制電路中的電流和電壓發(fā)生變化，常開觸點(diǎn)發(fā)生閉合，該信號信號輸入到單片機(jī)，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將窗戶關(guān)閉起來，避免由于雨水淋入室內(nèi)而導(dǎo)致室內(nèi)的物品受到損壞。

3.3 防盜檢測模塊

智能窗戶實(shí)現(xiàn)防盜檢測功能主要是通過紅外熱釋電探測器來完成的，紅外熱釋電熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，同時(shí)，它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域，而且熱釋電傳感器的技術(shù)性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉；不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源；靈敏度高、控制范圍大，所以使用這種傳感器符合實(shí)驗(yàn)的要求。

3.4 室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)模塊

該功能屬于非常人性化的一個(gè)智能功能，系統(tǒng)需要通過單片機(jī)來自動(dòng)的調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和室外濕度以及光照強(qiáng)度等等，使得室內(nèi)的環(huán)境變得更加舒適，室內(nèi)主人提供一個(gè)心曠神怡的生活和工作環(huán)境。利用系統(tǒng)可以設(shè)置溫度、濕度、光照強(qiáng)度等參數(shù)值，通過單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)將室內(nèi)測試到這些參數(shù)的值與設(shè)置的舒適度值比較。通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制開啟或關(guān)閉窗戶，也可以調(diào)節(jié)窗戶的開啟程度。如果室內(nèi)光線與設(shè)置的舒適值之間的差距達(dá)到一定程度，那么系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)控制窗戶的開啟或關(guān)閉，同時(shí)智能窗戶使用的玻璃材料也會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行調(diào)節(jié)，使室內(nèi)環(huán)境能夠處于一種比較舒適的狀態(tài)。溫度、濕度、光照強(qiáng)度方式基本類似，都是通過傳感器來檢測這些參數(shù)，然后與設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較，通過單片機(jī)來自動(dòng)的對這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4 結(jié) 語

智能窗的出現(xiàn)對提升人們的生活品質(zhì)有著非常重要的意義，本文結(jié)合單片機(jī)控制技術(shù)對智能窗控制系統(tǒng)的工作原理、硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等進(jìn)行詳細(xì)說明。針對環(huán)境出現(xiàn)變化對窗戶進(jìn)行控制，使得窗戶變得更加智能和富有人性化，更好地滿足人們對智能窗戶的需求。

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