南京科技職業(yè)學(xué)院 蔣偉琪 王繼偉 王 穎

本文設(shè)計(jì)一款窗戶(hù)控制器，可以根據(jù)外界光照強(qiáng)度、溫度濕度、下雨等情況，調(diào)整輸出電機(jī)的工作狀態(tài)，從而控制輸出電機(jī)相連的窗戶(hù)支架的伸縮，進(jìn)而達(dá)到控制窗戶(hù)的開(kāi)合。本系統(tǒng)以STC89C52芯片為核心，接受溫濕度傳感器DHT11和光敏二極管電阻的溫濕度信號(hào)和光線(xiàn)信號(hào)，輸出信號(hào)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)且據(jù)此控制窗戶(hù)支架的伸縮，無(wú)線(xiàn)遙控和接收模塊也可手動(dòng)遙控的窗戶(hù)支架的伸縮。

隨著人們生活水平的提高，越來(lái)越多的家居往自動(dòng)化智能化方向發(fā)展，但是家庭用的窗戶(hù)卻智能化程度較低，往往需要人手工開(kāi)合窗戶(hù)，窗戶(hù)也不能隨天氣的變化而及時(shí)調(diào)整。為提高生活質(zhì)量，本文設(shè)計(jì)一款智能窗戶(hù)控制器，可以隨外界溫度、濕度、天氣狀況自動(dòng)調(diào)整窗戶(hù)的開(kāi)與關(guān)。

1 工作原理分析

本文設(shè)計(jì)的智能窗戶(hù)控制器可安裝于安裝推窗的底座，窗戶(hù)的開(kāi)合程度由智能窗戶(hù)控制器的輸出控制。智能窗戶(hù)控制器可以根據(jù)外界光照強(qiáng)度、溫度濕度、下雨等情況，調(diào)整輸出電機(jī)的工作狀態(tài)，從而控制輸出電機(jī)相連的窗戶(hù)支架的伸縮，即達(dá)到控制窗戶(hù)的開(kāi)合程度。

智能窗戶(hù)控制器的原理框圖如圖1所示。其中，溫濕度和光強(qiáng)檢測(cè)模塊：分別通過(guò)溫濕度傳感器和光敏電阻接收溫濕度大小和光線(xiàn)強(qiáng)弱，將信號(hào)傳給單片機(jī)系統(tǒng)，用以驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作；限位開(kāi)關(guān)：設(shè)于窗戶(hù)支架兩端，據(jù)此限定窗戶(hù)支架的伸出范圍；無(wú)線(xiàn)遙控和接收模塊：可以遠(yuǎn)程控制電機(jī)的工作；單片機(jī)系統(tǒng)：其為智能窗戶(hù)控制器的核心，接收傳感器信號(hào)并作比較判斷，發(fā)出輸出信號(hào)控制電機(jī)工作；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)：通過(guò)接收單片機(jī)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)工作，電機(jī)正傳促使窗戶(hù)支架伸長(zhǎng)，電機(jī)反轉(zhuǎn)促使窗戶(hù)支架縮回；數(shù)碼顯示模塊：通過(guò)接收單片機(jī)信號(hào)，顯示當(dāng)前溫濕度；電源模塊：為電路提供電源。

圖1 智能窗戶(hù)控制器的原理框圖

2 硬件電路分析

本系統(tǒng)分為主電路和遙控電路，其電原理圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 智能窗戶(hù)控制器的電原理圖（主電路）

圖3 智能窗戶(hù)控制器的電原理圖（遙控電路）

溫濕度模塊采用DHT11傳感器，將當(dāng)前的濕度信號(hào)通過(guò)DHT11的2號(hào)腳送入單片機(jī)的P2.0口。光強(qiáng)檢測(cè)模塊采用光敏電阻，即通過(guò)光照強(qiáng)度的變化改變光敏電阻的阻值，然后通過(guò)三極管將光敏電阻的變化轉(zhuǎn)化為三極管發(fā)射級(jí)的電平，且送給單片機(jī)的P1.0口。限位開(kāi)關(guān)，采用觸點(diǎn)式按鍵，分別設(shè)置于窗戶(hù)支架的兩端，控制窗戶(hù)支架伸出和縮回的程度。當(dāng)窗戶(hù)支架伸出或收縮到極限時(shí)，會(huì)碰觸上限或下限的限位開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)將信號(hào)傳遞給單片機(jī)的P3.4或P3.6口，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而起保護(hù)窗戶(hù)支架的作用。

無(wú)線(xiàn)遙控模塊采用編碼芯片PT2262和無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊FS1000A。PT2262芯片的D1、D2和D3分別連接手動(dòng)自動(dòng)的切換按鍵、手動(dòng)開(kāi)窗按鍵和手動(dòng)關(guān)窗按鍵，PT2262芯片的Dout端口發(fā)出由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成的編碼信號(hào)。該編碼信號(hào)直接送給無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊FS1000A的DATA端，且調(diào)制在315MHz的載波信號(hào)上，通過(guò)天線(xiàn)（10cm長(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)）發(fā)射出去。當(dāng)三個(gè)按鍵均沒(méi)有按下時(shí)，PT2262和FS1000A不得電，二者不工作，沒(méi)有信號(hào)發(fā)射。當(dāng)有一個(gè)按鍵按下時(shí)，PT2262得電工作，輸出串行編碼信號(hào)；FS1000A得電工作，315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)。

無(wú)線(xiàn)接收模塊采用超再生接收模塊RH5A和解碼芯片SC2272。超再生接收模塊RH5A通過(guò)天線(xiàn)接收無(wú)線(xiàn)遙控模塊送來(lái)的信號(hào)，解調(diào)出編碼信號(hào)，且從DATA端口送到SC2272的Din端口。編碼信號(hào)經(jīng)過(guò)SC2272解碼后，三個(gè)按鍵信號(hào)分別從D1、D2和D3口輸出經(jīng)三極管放大后送單片機(jī)的P1.1、P1.2和P1.3。

單片機(jī)系統(tǒng)采用STC89C52芯片,通過(guò)P2.0口和P1.0口分別接收溫濕度模塊信號(hào)和光敏檢測(cè)模塊并作比較判斷，從而從P3.0或P3.5口輸出信號(hào)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)工作；STC89C52芯片通過(guò)P1.1、P1.2和P1.3口檢測(cè)手動(dòng)遙控板信號(hào)，若手動(dòng)遙控板有信號(hào)，則按要求輸出信號(hào)控制電機(jī)的工作。 單片機(jī)P3.0或P3.5口的信號(hào)分別通過(guò)三極管放大后，分別接5V繼電器的線(xiàn)圈，繼電器的觸點(diǎn)均與電機(jī)相連。當(dāng)P3.0有信號(hào)輸出，電機(jī)正傳，窗戶(hù)支架伸出；當(dāng)P3.5有信號(hào)輸出，電機(jī)反傳，窗戶(hù)支架縮回。

3 軟件電路分析

智能窗戶(hù)控制器的軟件流程如圖4所示。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，默認(rèn)為智能模式，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)光線(xiàn)和濕度。當(dāng)光線(xiàn)亮且濕度小時(shí)，窗戶(hù)支架伸出，即打開(kāi)窗戶(hù)，當(dāng)窗戶(hù)支架到達(dá)上限位開(kāi)關(guān)時(shí)，窗戶(hù)支架停止動(dòng)作；當(dāng)光線(xiàn)暗或濕度大時(shí)，窗戶(hù)支架收回且到達(dá)下限位開(kāi)關(guān)時(shí)，窗戶(hù)支架停止動(dòng)作。當(dāng)手動(dòng)切換按鍵按下時(shí)，打開(kāi)伸出按鍵，窗戶(hù)支架伸出，當(dāng)觸碰上限位開(kāi)關(guān)時(shí)停止伸出；按下收回按鍵時(shí)，窗戶(hù)支架收回，當(dāng)觸碰下限位開(kāi)關(guān)時(shí)停止收回。

圖4 系統(tǒng)流程圖

4 仿真和實(shí)驗(yàn)

根據(jù)電路圖在protues中畫(huà)出電路接線(xiàn)圖，加載.hex文件后，切換成手動(dòng)模式，點(diǎn)擊伸出電機(jī)正轉(zhuǎn)則窗戶(hù)支架伸出，點(diǎn)擊收回電機(jī)反轉(zhuǎn)則窗戶(hù)支架收回。

經(jīng)過(guò)仿真圖的驗(yàn)證以后，系統(tǒng)有兩種模式。當(dāng)切換到手動(dòng)模式的時(shí)候，可以通過(guò)按鍵控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制窗戶(hù)支架的伸縮，達(dá)到開(kāi)關(guān)窗的目的。當(dāng)切換到自動(dòng)模式的時(shí)候，系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前的光照強(qiáng)度和溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行窗戶(hù)支架的伸縮，達(dá)到開(kāi)關(guān)窗的要求。

智能窗戶(hù)控制器的實(shí)物如圖5所示。

圖5 智能窗戶(hù)控制器實(shí)物圖

經(jīng)調(diào)試，本文所設(shè)計(jì)的智能窗戶(hù)控制器可實(shí)現(xiàn)功能如下：當(dāng)電源打開(kāi)時(shí)，默認(rèn)為智能模式；當(dāng)按下遙控板上的智能模式和手動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)智能模式與手動(dòng)模式的切換。

智能模式：

（1）光照傳感功能：自動(dòng)識(shí)別光強(qiáng)度（白天或夜晚）；

（2）溫濕度傳感功能：DHT11溫濕度傳感器檢測(cè)空氣的濕度，數(shù)碼管顯示濕度值。

具體執(zhí)行：（1）當(dāng)外界濕度小于80%時(shí)，電機(jī)工作將在白天伸出窗戶(hù)支架并在夜間收回窗戶(hù)支架，并觸碰相應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)以停止旋轉(zhuǎn)；（2）當(dāng)外部濕度達(dá)到80%或更高時(shí)，即使在白天窗戶(hù)支架也會(huì)自動(dòng)收回，并觸碰相應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)以停止旋轉(zhuǎn)。

手動(dòng)模式：在智能模式下，按下手動(dòng)模式按鍵，切換到手動(dòng)模式。在手動(dòng)模式下，可以通過(guò)按鍵進(jìn)行窗戶(hù)支架的伸出和縮回操作。窗戶(hù)支架觸碰到限位開(kāi)關(guān)電機(jī)會(huì)自動(dòng)停止。

結(jié)語(yǔ):通過(guò)仿真演示和實(shí)物調(diào)試，本文所設(shè)計(jì)一款智能窗戶(hù)控制器，可以根據(jù)外界光照強(qiáng)度、溫度濕度、下雨等情況，控制輸出電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，從而控制輸出電機(jī)相連的窗戶(hù)支架的伸縮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)窗戶(hù)的智能化控制。