王鈺之 呂浩然 王濟(jì)生 韓超

赤峰學(xué)院物理與智能制造工程學(xué)院 內(nèi)蒙古 赤峰 024000

緒論

智能窗戶最先應(yīng)用在智能家居中，在商用建筑中智能窗戶也有一定的應(yīng)用，其具備自動開關(guān)、根據(jù)溫濕度調(diào)整窗戶開關(guān)等功能。隨著IOT行業(yè)的發(fā)展，尤其是電子信息技術(shù)的發(fā)展，如今智能窗戶已經(jīng)出現(xiàn)在大眾的日常生活中。在商務(wù)樓盤、超市、家庭住宅等場所中，經(jīng)?？梢娖渖碛啊８鶕?jù)用戶需求不同，智能窗戶在智能開關(guān)功能和紅外人體感應(yīng)功能的基礎(chǔ)上可以添加各種其他功能，比如模式選擇功能、防夾手功能、煙霧報警功能等。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

（1）控制芯片。本設(shè)計使用的STC89C52RC芯片是一款CMOS8位微控制器，是STC89C51的增強(qiáng)型芯片，具有低功耗、高性能的特點(diǎn)，而且成本低廉。

（2）溫濕度傳感器。本設(shè)計的溫濕度傳感器模塊采用的是DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，溫濕度傳感器在本設(shè)計重點(diǎn)作用是檢測室內(nèi)溫濕度，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到CPU，由CPU發(fā)送給顯示器，然后在屏幕上顯示。這款傳感器的數(shù)據(jù)采集能力十分可靠，通過傳輸40位數(shù)字信號發(fā)送信息，采集的濕度數(shù)據(jù)是40位數(shù)字信號的前16位，采集的溫度數(shù)據(jù)是隨后的16位，最后的8位為校驗和。該傳感器的溫度量程為-39～79℃，是度量成為0～100%RH。

（3）紅外人體檢測模塊。本設(shè)計選用的紅外人體感應(yīng)模塊為HC-SR501，該傳感器是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，是目前常用的一種人體檢測模塊。在各種自動感應(yīng)電器中均有廣泛應(yīng)用，例如樓梯走廊的自動感應(yīng)燈。

（4）顯示器模塊。顯示電路主要外設(shè)裝置是LCD1602液晶顯示屏，可以將CPU傳輸?shù)臄?shù)據(jù)顯示在顯示器上。顯示屏的主要功能實現(xiàn)是在PCB板上完成，構(gòu)件相對簡單，實現(xiàn)功能齊全。電路實現(xiàn)功能直觀安全可靠，不需要經(jīng)常刷新，操作簡單，畫面清晰度高。因其畫面清晰，質(zhì)量輕，個體小巧等特點(diǎn)而被廣泛使用。只需要簡單的設(shè)置就能使用，通過滑動變阻器調(diào)節(jié)電壓可以控制顯示亮度。

（5）步進(jìn)電機(jī)功能實現(xiàn)。在本系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)所要實現(xiàn)的功能主要為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向的控制。在硬件方面本設(shè)計將按鍵作為了輸入，其中控制方向的是單片機(jī)P0.0和P0.1兩個口，所以要進(jìn)行方向控制必須要查詢這兩個口的狀態(tài)，當(dāng)這兩個口被檢測到按下時，會做出相應(yīng)的動作，P0.0為控制電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動，P0.1位控制電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動[1]。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本設(shè)計使用的編程軟件為Keil4，使用的編程語言為C語言。由各傳感器對周圍的環(huán)境進(jìn)行檢測，然后將檢測到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給單片機(jī)，由單片機(jī)判斷是否達(dá)到執(zhí)行開關(guān)窗戶的標(biāo)準(zhǔn)。單片機(jī)主函數(shù)調(diào)用各子程序，其余的傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、驅(qū)動模塊、LCD顯示模塊的功能程序均寫入子模塊中，方便調(diào)用和閱讀。

主控程序的工作方式為重復(fù)循環(huán)，可以不斷檢測實時收集的環(huán)境數(shù)據(jù)。在每次收集完數(shù)據(jù)后進(jìn)行一次判定，然后重新收集數(shù)據(jù)，循環(huán)工作。

（1）智能窗戶原理。智能窗戶主要由STC89C52RC芯片、DHT11溫濕度檢測模塊、驅(qū)動模塊、LCD顯示模塊與按鍵等部分組成，將多個溫濕度檢測模塊布置到室內(nèi)，覆蓋所有位置。在系統(tǒng)運(yùn)行前，首先要對智能窗戶的自動開啟和關(guān)閉的時間進(jìn)行一個初始值的設(shè)定，然后設(shè)定自動開關(guān)窗溫度的最大值和最小值，由系統(tǒng)儲存。根據(jù)檢測到的溫度值和設(shè)定的溫度最大值和最小值進(jìn)行比較，如果測量溫度超過最大值，窗戶自動開啟，如果測量值低于最小值，窗戶自動關(guān)閉。在到達(dá)自動開啟和關(guān)閉的時間時，如果智能窗戶檢測到的溫濕度在最大值與最小值之間，則運(yùn)行程序?qū)⒋皯糸_啟或關(guān)閉。

（2）系統(tǒng)工作流程。在系統(tǒng)開機(jī)初始化完成后，開啟顯示器與鍵盤，進(jìn)入設(shè)置界面，根據(jù)用戶需求設(shè)置預(yù)定開關(guān)窗時間、溫濕度，由于需要適應(yīng)不同季節(jié)，還設(shè)置了多個預(yù)定時間，所有信息都會顯示在屏幕上，用戶可根據(jù)自己的觀察及時調(diào)整窗戶設(shè)定。然后使用按鍵對窗戶進(jìn)行手動控制，確認(rèn)按鍵功能完好，按鍵可供用戶在任何情況下進(jìn)行窗戶的控制。預(yù)定值全部設(shè)置完成后，按下自動控制按鍵就可以進(jìn)入自動運(yùn)行了。

（3）程序控制結(jié)構(gòu)。智能窗戶須要適應(yīng)不同季節(jié)不同地區(qū)的溫濕度，而且有的地區(qū)溫濕度變化快，所以對系統(tǒng)的可靠性要求非常高。本設(shè)計通過比較預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)與收集數(shù)據(jù)進(jìn)行窗戶的自動控制。

（4）數(shù)據(jù)采集功能。首先，DHT11進(jìn)行溫濕度檢測，溫度值與設(shè)定的最大值和最小值進(jìn)行比較，如果測得的溫濕度高于最大值或低于最小值， 那么設(shè)定的標(biāo)志位將置位， 這個標(biāo)志位會隨著每次溫濕度測量被更新。只要此標(biāo)志位置位，那么將會產(chǎn)生報警信號，讓所有的 DHT11進(jìn)行溫濕度檢測。此時，允許多個DHT11進(jìn)行溫度檢測，收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完之后傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中。

（5）紅外人體感應(yīng)模塊。紅外人體感應(yīng)模塊會布置到距離窗戶較近的位置，分為上下兩個，分別采集數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，當(dāng)在一定時間內(nèi)只觸發(fā)了下側(cè)的模塊時，系統(tǒng)會判定有小孩在附近，會自動將窗戶關(guān)閉。紅外人體感應(yīng)模塊為選擇性功能，可以用戶選擇是否開啟。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用 STC89C52RC單片機(jī)、DHT11溫濕度傳感器、步進(jìn)電機(jī)和獨(dú)立按鍵等。本設(shè)計將嵌入式技術(shù)與傳感器技術(shù)結(jié)合起來，具非常好的環(huán)境適應(yīng)性、實用性，且因為結(jié)構(gòu)為模塊化的設(shè)計，所以可靠性很強(qiáng)。本設(shè)計通過溫濕度傳感器與紅外傳感器實現(xiàn)了對內(nèi)外部環(huán)境的監(jiān)測與防止小孩靠近的功能。通過將收集到的數(shù)據(jù)顯示在LCD屏幕上，讓用戶可以直接根據(jù)情況自由調(diào)整。并由STC89C52RC單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)、溫濕度檢測模塊與人體紅外檢測模塊等，將智能開關(guān)窗戶實現(xiàn)了，具有較高的實用價值。