王春燕++方蘭蘭++程華偉
摘 要根據(jù)人們的需求,設(shè)計(jì)了一款具可為住戶提供安全、方便、舒適的環(huán)境的智能窗戶,該裝置可不間斷檢測(cè)室外的天氣情況,通過(guò)識(shí)別室外的天氣情況,控制窗戶開合,可以防止雨水對(duì)室內(nèi)物品的損害;當(dāng)有人入侵時(shí),窗戶可自動(dòng)發(fā)出警報(bào),防止失竊及小孩爬窗;還可以檢測(cè)空氣質(zhì)量,可根據(jù)空氣質(zhì)量是否危害健康自動(dòng)關(guān)窗;讓用戶得到盡可能的舒適的體驗(yàn)。該裝置功能的實(shí)現(xiàn)是以89C52芯片為主控,加之各類傳感器采集數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
【關(guān)鍵詞】實(shí)時(shí)控制 自動(dòng)控制 雨滴傳感器 紅外傳感器 空氣質(zhì)量傳感器 單片機(jī)
1 前言
1.1 選題的背景
如今,我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展?使得人們物質(zhì)生活水平不斷提高,人們對(duì)住宅的要求越來(lái)越高,表現(xiàn)在不僅希望擁有舒適、溫馨的住所,而且對(duì)其安全性、智能性等發(fā)面也提出了更高的要求。正是因?yàn)槿绱?,?guó)內(nèi)智能家居如智能手機(jī)一般逐漸得到大眾的認(rèn)可和熱捧?市場(chǎng)需求量呈幾何數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。進(jìn)入2014年?面對(duì)智能家居市場(chǎng)的巨大需求和發(fā)展?jié)摿?各大互聯(lián)網(wǎng)公司和家電巨頭為取得一席之地紛紛發(fā)力?陸續(xù)加入到智能家居“蛋糕”的爭(zhēng)奪戰(zhàn)中來(lái)?一時(shí)間國(guó)內(nèi)智能家居市場(chǎng)硝煙四起?火爆異常?熱度絲毫不減“高光時(shí)刻”的房地產(chǎn)。然而這種快速的發(fā)展、激增的需求帶來(lái)許多產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問(wèn)題。
由于這種種因素,人們迫切需要一種智能的家庭自動(dòng)關(guān)窗系統(tǒng):
(1)能可靠的進(jìn)行日常的開關(guān)工作,在下雨或空氣中粉塵多時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)窗,以便出門在外的人能安心工作,不用忘關(guān)窗而擔(dān)心室內(nèi)物品等受損。
(2)實(shí)用性好,性價(jià)比高,而不是看著智能窗如同看著天上的月亮,可望而不可即,靠近大眾消費(fèi)水平。
1.2 選題的意義
在我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展中,人民生活水平也隨之日益提高,人們對(duì)健康、舒適、方便的家居生活的追求也越來(lái)越高漲,因?yàn)樵谶@個(gè)快節(jié)奏的現(xiàn)代化生活中,人們常常忙于工作而忘記開關(guān)窗,不利于室內(nèi)通風(fēng)換氣,也常常因?yàn)椴磺宄皯羰欠耜P(guān)閉,如遇下雨便擔(dān)心不已。現(xiàn)在的智能窗戶,雖然品種各色各樣,但主要應(yīng)用于高檔建筑和公共建筑中,而且價(jià)格不菲,普通大眾還無(wú)法體驗(yàn)到智能窗戶帶來(lái)的舒適與便利。
基于以上原因,本課題提出一種智能的實(shí)用的價(jià)格適中的窗戶開關(guān)裝置,讓跟多的人體驗(yàn)到智能窗戶帶來(lái)的舒適與便利。
2 智能窗戶的總體設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)框圖
本系統(tǒng)主要由四大部分組成,分別是單片機(jī)核心控制模塊,外部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊,矩陣鍵盤控制模塊,電機(jī)傳動(dòng)裝置模塊。其中,由外部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊中的各個(gè)傳感器檢測(cè)采集如雨水,霧霾,粉塵,是否有人入侵等所需信號(hào),傳送到單片機(jī)進(jìn)行判斷處理,對(duì)電機(jī)傳動(dòng)裝置做出相應(yīng)開窗關(guān)窗操作。當(dāng)然,用戶可以通過(guò)按鍵自動(dòng)控制窗戶的開關(guān),任意位置的暫停。
系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖1所示。
2.2 各模塊功能
外部環(huán)境檢測(cè)模塊,實(shí)現(xiàn)對(duì)室外天氣狀況的檢測(cè),如是否下雨、霧霾、是否有大量粉塵等顆粒物、小孩爬窗等,并將檢測(cè)數(shù)據(jù)送往主控模塊,進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)對(duì)動(dòng)作。
電機(jī)傳動(dòng)模塊,根據(jù)主控模塊命令,控制窗戶的開合。
獨(dú)立鍵盤控制模塊,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。用戶可以根據(jù)外界天氣狀況通過(guò)按鍵自動(dòng)對(duì)窗戶進(jìn)行打開和關(guān)閉。
主控模塊,由STC89C52作為主控芯片,對(duì)外部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)到得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,將數(shù)據(jù)處理結(jié)果送至各個(gè)端口,并作出相應(yīng)動(dòng)作,如發(fā)送關(guān)窗命令至電動(dòng)傳動(dòng)模塊。
3 智能窗戶的性能及原理
3.1 具體性能指標(biāo)
性能指標(biāo):下雨即可關(guān)窗;空氣PM2.5值大于100ug/m3時(shí)自動(dòng)關(guān)窗;按下關(guān)窗鍵時(shí),可關(guān)窗;開窗鍵時(shí),開窗;暫停按鍵時(shí),停止。
確定依據(jù):下雨可能會(huì)使室內(nèi)受潮,因此下雨即可關(guān)窗;PM2.5小于50ug/m3時(shí)空氣良好,50-150ug/m3時(shí)為輕中度污染,大于150ug/m3為中重度污染,以保證室內(nèi)空氣質(zhì)量較好,可關(guān)窗。
3.2 各模塊原理及電路圖
3.2.1 系統(tǒng)供電部分
系統(tǒng)采用5V的開關(guān)電源進(jìn)行全局供電。
3.2.2 系統(tǒng)主控模塊
系統(tǒng)主控模塊采用STC89C52芯片為主控芯片。STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程FLASH存儲(chǔ)器。無(wú)論是資源還是速度,都能滿足系統(tǒng)的要求。
3.2.3 外部環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊
(1)空氣質(zhì)量傳感器??諝赓|(zhì)量傳感器采用的是MQ135氣體傳感器,氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在污染氣體時(shí),傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中污染氣體的濃度的增加而增加。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。
(2)雨滴傳感器。雨滴傳感器是由FR-04雙面材料制成的雨水感應(yīng)板,當(dāng)感應(yīng)板上有水滴,AO模擬輸出,通過(guò)89C52對(duì)IO端口檢測(cè)判斷是否為高電平,實(shí)現(xiàn)對(duì)窗戶開關(guān)控制。
(3)紅外傳感器。紅外傳感器即紅外信號(hào)檢測(cè)模塊,該模塊對(duì)環(huán)境光線適應(yīng)能力強(qiáng),其具有一對(duì)紅外線發(fā)射與接收管,發(fā)射管發(fā)射出一定頻率的紅外線,當(dāng)檢測(cè)方向遇到障礙物(反射面)時(shí),紅外線反射回來(lái)被接收管接收,經(jīng)過(guò)比較器電路處理之后,指示燈會(huì)亮起,同時(shí)信號(hào)輸出接口輸出數(shù)字信號(hào)即一個(gè)低電平。
3.2.4 電機(jī)傳動(dòng)裝置
電機(jī)傳動(dòng)裝置主要采用的是電機(jī)絲桿組成,其中直流電機(jī)采用L298N芯片驅(qū)動(dòng), L298是一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是:工作電壓高,最高工作電壓可達(dá)46V;輸出電流大,瞬間峰值電流可達(dá)3A,持續(xù)工作電流為2A。該芯片可以驅(qū)動(dòng)一臺(tái)四相步進(jìn)電機(jī),也可以驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)直流電機(jī)。
直流減速電機(jī)額定電壓DC6V,空載電流60mA,空載轉(zhuǎn)速54r/d,適合電壓5-12V。
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作者簡(jiǎn)介
王春燕,女,安徽省六安市人。大學(xué)本科學(xué)歷。安徽三聯(lián)學(xué)院電子電氣工程學(xué)院通信工程系學(xué)生。研究方向?yàn)榍度胧健?/p>
作者單位
安徽三聯(lián)學(xué)院 安徽省合肥市 230000