安娜　李萌

摘要：本文主要探討了一種結(jié)合了單片機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的智能車窗控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)使用溫度和濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、雨滴傳感器、光電傳感器、紅外傳感器、碰撞傳感器等來實(shí)時(shí)監(jiān)視室內(nèi)和室外環(huán)境，并使用STC89C52單片機(jī)進(jìn)行處理。處理結(jié)果控制直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，以控制車窗開關(guān)或蜂鳴器作為警報(bào)。 同時(shí)，也可以用紅外線開關(guān)控制窗戶開關(guān)。這種設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，成本較低，能夠用較為簡單的語言實(shí)現(xiàn)，具備較好的可移植性。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);溫控光控;智能窗戶設(shè)計(jì)

一、引言

在本文中，我們選擇微控制器AT89C52作為控制芯片，使用BH1750FVI光傳感器收集環(huán)境光，使用DHT11溫濕度傳感器收集溫度并將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到微控制器。用戶可以選擇自動(dòng)還是手動(dòng)控制模式，系統(tǒng)使用外部照明作為輸入條件，控制程序處理完光傳感器和溫度傳感器生成的信號(hào)后，將通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路自動(dòng)調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的前進(jìn)和后退方向。它實(shí)現(xiàn)了窗簾的自動(dòng)關(guān)閉，電路的信號(hào)或按鍵輸入用作輸入信號(hào)，MCU控制程序基于該輸入。該信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)的正向和反向旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)窗簾的打開和關(guān)閉。

二、溫控光控智能窗戶系統(tǒng)組成

（一）單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)中使用的STC89C52芯片是具有很低地功耗，是一個(gè)高性能CMOS8位MCU，具有8位CPU和系統(tǒng)可編程FLASH，這種配置可以使芯片使用更急靈活、方便。

（二） 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器采用DHT22數(shù)字溫濕度傳感器檢測室外溫濕度，將信號(hào)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)并同時(shí)顯示在顯示屏上。這種傳感器能夠很輕松地實(shí)現(xiàn)數(shù)模傳輸，可以實(shí)時(shí)收集溫度和濕度信息，并將其反饋給微控制器?？蓽y量的溫度范圍是-40至80°C，濕度范圍是0至100%RH。

（三） 人體紅外檢測

改設(shè)計(jì)采用HC-SR501型號(hào)地傳感器，該設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測人的軌跡。它不僅可以使用自動(dòng)檢測，而且檢測到有人運(yùn)動(dòng)軌跡是能夠檢測電壓變化，并且采用了光敏控件，白天可以在強(qiáng)光下使用。在沒有感應(yīng)的情況下，當(dāng)檢測到外部人員時(shí)，高電平信號(hào)將發(fā)送到單片機(jī)，并且單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)送警報(bào)，房主知道有人在窗戶外面。因此通常情況下夏天氣溫偏高，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)氣溫補(bǔ)償，當(dāng)溫度升至30-32°C時(shí)，可以進(jìn)行一定程度的溫度補(bǔ)償以提高精度。

（四） 風(fēng)速傳感器

這種傳感器在風(fēng)力的作用下帶動(dòng)其結(jié)構(gòu)的三個(gè)杯體旋轉(zhuǎn)。僅電壓采樣端直接連接到微控制器的A / D端口，另一端接地。風(fēng)速地大小取決于輸出電壓地大小。

（五） 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

如圖1所示，使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N讓2二十四伏直流電動(dòng)機(jī)工作。電驅(qū)動(dòng)板可驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電動(dòng)機(jī)。 ENA和ENB是活動(dòng)端子，并在高電平下有效。 通過設(shè)置INT1和INT2來確定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，并且活動(dòng)端子輸出用于速度調(diào)節(jié)的PWM脈沖。通過使用VCC=5V更改INT3，INT4和ENB的電平來確定電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。

（六）紅外遙控

紅外遙控主要通過兩種儀器來實(shí)現(xiàn)，即接收及發(fā)送器。接收器接收紅外，具有防雷功能，強(qiáng)大的電磁干擾功能以及內(nèi)置的紅外專用IC。 紅外接收器是三線系統(tǒng)，VCC是外部五伏供電，GND是外部地線，D0是數(shù)字輸出端口。單片機(jī)讀取輸出端口的二進(jìn)制值，并控制電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)或停止。遙控器采用NEC編碼格式，接收能夠在10m范圍，由2.5V電池供電。 遙控器上的每個(gè)按鈕都有固定的代碼。紅外接收器在被按下后數(shù)馬上會(huì)收到接收碼，該代碼由單片機(jī)判斷并發(fā)送到單片機(jī)以執(zhí)行該任務(wù)。

（七）顯示器模塊

顯示器采用 LCD1602 液晶屏顯示溫濕度。該液晶屏可以顯示三十二個(gè)字符，能夠更好地將溫度呈現(xiàn)給使用者。

三、具體應(yīng)用

該系統(tǒng)使用Keil作為微控制器編程軟件，并使用C語言作為編程語言。 系統(tǒng)過程如圖2所示。 通過每個(gè)傳感器對(duì)周圍環(huán)境的檢測，信息被傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，并且單片機(jī)確定并執(zhí)行其動(dòng)作。單片機(jī)主程序調(diào)用每個(gè)子程序，所有其他傳感器、電機(jī)模塊驅(qū)動(dòng)器、LCD1602溫濕度顯示、蜂鳴器警報(bào)和其他信息判斷并記錄到子模塊，以便于移植和讀取。

四、結(jié)論

在總體規(guī)劃設(shè)計(jì)中，將光及溫度傳感器用來傳輸信號(hào)，將直流電動(dòng)機(jī)用作信號(hào)輸出的執(zhí)行單元，同時(shí)并將AT89C52單片機(jī)用作關(guān)鍵系統(tǒng)元件，溫度和光控制以及液晶顯示電路。在通用應(yīng)用的基礎(chǔ)上，可以增加按鈕電路和射頻電路來設(shè)置開關(guān)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)打開和關(guān)閉，能夠更好地適應(yīng)人們地現(xiàn)實(shí)生活。該設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是：

①能夠根據(jù)光照強(qiáng)度及時(shí)調(diào)整窗口地開閉。

②能夠?qū)嵤┱故緯r(shí)間及溫度。

③該功能是根據(jù)用戶使用定時(shí)打開/關(guān)閉功能設(shè)置的時(shí)間在指定的時(shí)間打開或關(guān)閉窗口的功能。

④開窗功能完全基于人機(jī)結(jié)合。

項(xiàng)目基金

陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目：19JK058 防盜報(bào)警智能窗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。