摘要：伴隨著科技不斷的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，基礎(chǔ)的生活設(shè)備不能滿足人們追求更好生活的需要，人們對(duì)更好的品質(zhì)生活的追求，促使智能化家居的誕生。近些年來(lái)，隨著智能化的概念慢慢普及，智能家居頻頻的在我們生活中出現(xiàn)，且深受人們喜愛(ài)。窗戶是我們?yōu)榱藫躏L(fēng)遮雨，采光通風(fēng)的產(chǎn)物，但是普通的窗戶并不能滿足人們對(duì)高品質(zhì)生活的需要，上班族們大部分時(shí)間都在外上班，家里常常空無(wú)一人，如果開(kāi)著窗戶離開(kāi)的話，萬(wàn)一遇到強(qiáng)風(fēng)降雨天氣這都會(huì)將家里弄得一團(tuán)糟，對(duì)我們的財(cái)產(chǎn)造成不必要的損失，導(dǎo)致居民們不能安心外出工作。因此本設(shè)計(jì)就是為了滿足此類需求而誕生的，以STC單片機(jī)為控制器的智能關(guān)窗系統(tǒng)，下雨時(shí)，根據(jù)檢測(cè)出其參數(shù)變化，判斷是否下雨，然后實(shí)現(xiàn)關(guān)窗功能。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);雨滴傳感器;自動(dòng)關(guān)窗

一、引言

目前人們的生活節(jié)奏越來(lái)越快，早出晚歸的工作非常普遍。由于白天上班期間不在家中，無(wú)法發(fā)現(xiàn)突然發(fā)生的降雨沿著打開(kāi)的窗戶進(jìn)入房間，造成家中裝飾的浸水損失。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以家居生活管理集成和日常事務(wù)管理系統(tǒng)為主要特點(diǎn)的智能家居逐漸步入人們的生活。近年來(lái)，許多專家學(xué)者對(duì)智能家居進(jìn)行了大量研究，分別研究了智能門禁、Wi Fi 遠(yuǎn)程控制、激光溫度傳感器、情境感知服務(wù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用，Hu 等、Sfar 等、Nauta、Swetha 等通過(guò)分析室內(nèi)運(yùn)動(dòng)跟蹤傳感器、馬爾科夫邏輯網(wǎng)絡(luò)機(jī)器學(xué)習(xí)方法、社交機(jī)器人、衛(wèi)生服務(wù)的主動(dòng)監(jiān)測(cè)與智能家居的結(jié)合，探索了智能家居的未來(lái)可能發(fā)展方向。但智能家居系統(tǒng)中關(guān)于自動(dòng)關(guān)窗裝置的研究相對(duì)較少。既有關(guān)窗裝置主要通過(guò)傳感器檢測(cè)溫濕度、雨滴等周圍環(huán)境，利用控制核心處理器驅(qū)動(dòng)預(yù)置關(guān)窗程序，實(shí)現(xiàn)窗體的自動(dòng)閉合;自動(dòng)關(guān)窗的觸發(fā)時(shí)機(jī)取決于傳感器和控制核心的設(shè)置閾值，當(dāng)降雨量大于閾值時(shí)窗戶關(guān)閉，小于閾值時(shí)窗戶打開(kāi)，雨水識(shí)別不夠人性化，當(dāng)遇到陣雨時(shí)容易造成窗戶頻繁打開(kāi)、關(guān)閉。同時(shí)，既有相關(guān)設(shè)備關(guān)窗過(guò)程采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，關(guān)窗過(guò)程采用勻速控制，沖擊強(qiáng)、噪音較大，智能化和控制化可靠性上也需要進(jìn)一步改善。本研究基于AT89C51單片機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)自動(dòng)模式下無(wú)須用戶人為干預(yù)的雨天智能關(guān)窗裝置，通過(guò)傳感器接收下雨的信號(hào)，在降雨的情況下能夠自動(dòng)關(guān)閉窗戶，給我們的日常生活帶來(lái)極大的便利。

二、防雨窗智能控制裝置構(gòu)架思路

雨天關(guān)窗裝置采用外接電源供電，以傳感器接收外界天氣信號(hào)的變化，當(dāng)傳感器檢測(cè)發(fā)現(xiàn)外界降雨發(fā)生的時(shí)候，芯片收到相關(guān)指令信號(hào)，通過(guò)發(fā)送信號(hào)帶動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)窗戶的開(kāi)關(guān)

三、防雨窗智能控制裝置結(jié)構(gòu)原理

雨天智能關(guān)窗裝置的控制核心主要有雨天傳感器和控制芯片電路2個(gè)重要的組成部分。當(dāng)雨天傳感器與5 V電源接通，電源燈亮起后，傳感器進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)，雨天傳感器的感應(yīng)板上會(huì)檢測(cè)是否存在存積水滴。若未見(jiàn)水滴，開(kāi)關(guān)指示燈由亮轉(zhuǎn)滅，DO輸出高電平狀態(tài);當(dāng)外界的水滴落在感應(yīng)板上時(shí)，開(kāi)關(guān)指示燈由滅轉(zhuǎn)亮，DO輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?當(dāng)外界水滴停止滴落，同時(shí)擦拭除去感應(yīng)板上剩余的水滴（雨過(guò)天晴），DO 再次由低電平恢復(fù)為初始高電平狀態(tài)。裝置的核心控制電路在接收到傳感器的信號(hào)后可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)作用，系統(tǒng)響應(yīng)非常迅速快捷。利用與單片機(jī)AD口相連的 AO 模擬輸出信號(hào)，還可以間接反映出落在雨天傳感器感應(yīng)板上水滴的疏密程度和水滴大?。ㄓ炅看笮。?。

控制芯片電路用于控制電機(jī)的速度。如圖1所示，當(dāng)控制電路發(fā)送來(lái)“關(guān)窗”的信號(hào)后，外部控制電路可對(duì)串聯(lián)諧振式電源進(jìn)行多功能控制，從而實(shí)現(xiàn)絕緣柵雙極型晶體管脈寬調(diào)制、正弦波脈寬調(diào)制信號(hào)生成以及過(guò)流保護(hù)功能。通過(guò)在引腳 15 上串聯(lián)電阻R1，可以把引腳11/14的信號(hào)合并輸出，最大占空比也由此得到大幅度的提升。限流電阻R2/R3分別連接在 Q1/Q2 的基極和引腳 14/15 之間，能夠有效地避免流經(jīng) Q1/Q2 的正向基極電流超越控制器所允許最大電流的上限。加速電容C1/C2能夠加快 Q1、Q2 的導(dǎo)通速度。外接由恒流源充電的軟啟動(dòng)電容，實(shí)現(xiàn)了快速啟動(dòng)、及時(shí)關(guān)窗的功能。

雨天智能關(guān)窗裝置還包括為其他模塊供電的供電模塊。在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與供電模塊之間串接設(shè)置開(kāi)關(guān)模塊，開(kāi)關(guān)模塊采用繼電器實(shí)現(xiàn)并與單片機(jī)的輸出端相連接，用于控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的供電。在窗戶處于關(guān)閉狀態(tài)或檢測(cè)到天氣轉(zhuǎn)晴后，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的供電，減少驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)里芯片等電子元器件的能耗。晴天的檢測(cè)采用光強(qiáng)度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其光強(qiáng)度觸發(fā)條件可根據(jù)用戶需求進(jìn)行自定義。光強(qiáng)度傳感器與雨水傳感器集成在一起，采集信號(hào)并發(fā)送至單片機(jī)中。

四、防雨窗智能控制裝置模型樣機(jī)制作

雨天智能關(guān)窗裝置主要由開(kāi)關(guān)窗機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，控制模塊3部分構(gòu)成，控制模塊選用AT89C51單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制開(kāi)關(guān)窗模塊實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)窗。采用雨水傳感器YL-83進(jìn)行外界天氣降雨情況檢測(cè)，雨水傳感器設(shè)置在窗戶外側(cè)的合適位置，用豎桿等支架安裝后進(jìn)行固定，其靈敏度高、準(zhǔn)確性強(qiáng)，可將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送至單片機(jī)中。單片機(jī)根據(jù)接收到的雨水信號(hào)實(shí)施快速響應(yīng)，控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)完成關(guān)窗動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊共同構(gòu)成了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的輸入/輸出端與控制模塊的輸出端/驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別相連。目前既有的驅(qū)動(dòng)電路控制電機(jī)大多采用簡(jiǎn)單供電方式。為使電機(jī)做到快速轉(zhuǎn)動(dòng)控制，該雨天智能關(guān)窗裝置采用專業(yè)的SG3525 驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制芯片的PWM 脈沖調(diào)制信號(hào)可以更加穩(wěn)定勻速地控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。控制模塊與喇叭、通信模塊連接，用于在開(kāi)窗關(guān)窗時(shí)給出提醒信號(hào)和實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程遙控功能。為了實(shí)現(xiàn)通訊功能的多項(xiàng)覆蓋，可根據(jù)用戶需要內(nèi)置 Wi Fi 模塊、5G/4G/3G/2G 通信模塊，用于將開(kāi)窗關(guān)窗的動(dòng)作信號(hào)發(fā)送至手機(jī)中，方便用戶及時(shí)監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

[1]魏鴻圖，陳光，史艷文，田文清，馬彪.新一代智能窗戶[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2021，11（24）：48-50.

[2]徐棟梁.智能窗控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2021（04）：44-46.

[3]周利杰，孫天佑，丁力.一種安全型多功能智能窗通風(fēng)監(jiān)控裝置設(shè)計(jì)[J].科技視界，2021（07）：8-10.

[4]沈曄超，楊浩，王亮.一種新型雨天智能關(guān)窗裝置設(shè)計(jì)與研究[J].西昌學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2020，34（03）：36-39.

[5]段玉戈.基于AT89C2051智能窗戶控制裝置的設(shè)計(jì)[J].電氣技術(shù)，2020，21（05）：58-62.

作者簡(jiǎn)介：馬薪顯，碩士，遼寧建筑職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院講師。