◇咸陽師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 郝海燕 李夢(mèng)琪 李瑾玥 龔杰

本文系統(tǒng)的闡述了智能窗戶開關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和整體設(shè)計(jì)框架。此次設(shè)計(jì)的智能窗戶開關(guān)系統(tǒng)采用多個(gè)傳感器相聯(lián)合的方式，共同監(jiān)測(cè)室內(nèi)空間的環(huán)境情況，并且不間斷的收集各種信號(hào)，然后將傳感器檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)給單片機(jī)，再與預(yù)先設(shè)置好的參數(shù)作對(duì)比，根據(jù)判斷的結(jié)果控制窗戶的開關(guān)。在享受人性化的生活環(huán)境下，加快了智能家庭領(lǐng)域的發(fā)展。

1 前言

近年來，由于我國經(jīng)濟(jì)水平不斷提高和科技力量日益昌盛，使得各種智能化系統(tǒng)不斷滲透到人們?nèi)粘Ｉ钪?，給人們生活的方方面面帶來了諸多便利和實(shí)用[1]。從之前的可居住型轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆浣】?、舒適、安全、便捷的新型居住理念，隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)達(dá)，單片機(jī)技術(shù)也在不斷更新[2]，單片機(jī)變得更小，集成度變得更高，價(jià)格低廉，所以單片機(jī)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了充分的肯定，并且具有廣泛的應(yīng)用空間，如數(shù)據(jù)收集，儀器的智能化方面。因此用單片機(jī)來研發(fā)一款智能窗戶自動(dòng)開關(guān)系統(tǒng)便顯得有很大的研究價(jià)值。

2 總體方案

本次設(shè)計(jì)將使用單片機(jī)作為控制機(jī)制，多種傳感器作為信息收集傳導(dǎo)的工具，利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，軟硬件相結(jié)合，來實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)開關(guān)窗戶整個(gè)過程的控制[4]。根據(jù)周圍環(huán)境綜合評(píng)估實(shí)現(xiàn)窗戶有效的開啟或者關(guān)閉?？刂拼皯糸_關(guān)有三種方式，第一種是自動(dòng)控制，第二種是紅外遙控操控，第三種是按鍵控制。自動(dòng)控制中有光控，溫濕度控制，定時(shí)和有害氣體檢測(cè)等功能，都是借助不同接口和MCU電路連接實(shí)現(xiàn)對(duì)窗戶的打開或關(guān)閉部分，電路連接部分是由五個(gè)按鍵、紅外遙控模塊、光敏傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器，光電傳感器、電機(jī)、微處理器所構(gòu)成。

3 主要模塊器件的選型

3.1 主控芯片的方案選擇

采用AT89C51單片機(jī)。AT89C51是一個(gè)CMOS 8位微處理器。其具有編程方便，結(jié)構(gòu)簡便，成本低，易于控制等優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是其低頻，數(shù)據(jù)處理能力差，控制能力不強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性不高。

3.2 顯示模塊的方案選擇

采用LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管是一個(gè)“8”字型的元器件，它可以均勻排成大面積顯示區(qū)域，能夠顯示各種圖文，它的驅(qū)動(dòng)有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，主要用于廣告招牌，商鋪門頭等場(chǎng)所。

3.3 電機(jī)模塊的方案選擇

采用直流電機(jī)。直流電機(jī)的最大特點(diǎn)是連續(xù)，在它工作的時(shí)候可以基本實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)調(diào)速，不需要借助其它設(shè)備的配合。但是，自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造成本高，保養(yǎng)消耗大，維修成本高，適用于對(duì)位置要求不高的場(chǎng)所。

3.4 紅外遙控的方案選擇

采用HS0038。HS0038是由黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受陽光和紫外線的干擾。最大接收距離是5.5米[7]。它的光檢測(cè)模塊和前置放大器集成在同一封裝上，接收紅外信號(hào)的頻率是38KHZ。

3.5 溫度傳感器的方案選擇

采用PT100溫度傳感器。PT100溫度傳感器的測(cè)量溫度范圍大，使用時(shí)需要有一個(gè)溫度不敏感的參考電阻，從而得到阻值和溫度。PT100輸出量為模擬量，主要用于工業(yè)，醫(yī)療，電機(jī)等領(lǐng)域的測(cè)量和控制。

3.6 光敏器件的方案選擇

采用光敏二極管。光敏二極管能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)換成電流或電壓信號(hào)的光探測(cè)器。它的兩個(gè)主要參數(shù)是光照強(qiáng)度和光電流，光電流的大小與光照強(qiáng)度是正相關(guān)的，在沒有光照時(shí)它是截止的，有光時(shí)它才會(huì)導(dǎo)通。簡單來說類似一個(gè)開關(guān)，有導(dǎo)通和截至兩種狀態(tài)。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)為：當(dāng)接收到的外部光照，室內(nèi)空氣質(zhì)量到達(dá)上限時(shí)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，窗戶此時(shí)打開；當(dāng)接收到的光照變?nèi)鯐r(shí)，或者光電探頭出現(xiàn)異常時(shí)，單片機(jī)來使步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，窗戶此時(shí)關(guān)閉，整體設(shè)計(jì)如下。

系統(tǒng)測(cè)試。該系統(tǒng)通過光敏電阻、紅外模塊的聯(lián)立，起到對(duì)窗戶開關(guān)的控制，達(dá)到智能化的目標(biāo)。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果滿足預(yù)期目標(biāo)并且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，最終達(dá)到智能控制窗戶開關(guān)，方便、智能、快捷人們的生活。

5 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)主要使用的主要電子元器件包括STC89C52芯片、ULN2003芯片、LCD1602、ADC0832芯片以及紅外接受一體化頭VS1838b等，完成了基于單片機(jī)的智能窗戶設(shè)計(jì)。從基于人們舒適、健康、安全、便利的居住環(huán)境為背景內(nèi)容展開，從系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)入手，引出軟硬件對(duì)模塊設(shè)計(jì)的具體分析，最終以實(shí)物調(diào)試和總結(jié)收尾，完成設(shè)計(jì)。

智能控制系統(tǒng)的出現(xiàn)順應(yīng)市場(chǎng)需求和社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，可以滿足人們對(duì)便利生活的向往。經(jīng)過對(duì)該智能燈光控制系統(tǒng)的反復(fù)測(cè)試，可以達(dá)到預(yù)期所要求的目標(biāo)，更好地迎合智能化生活，有著廣大的發(fā)展空間和良好的市場(chǎng)前景，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。