陳志新　師甜甜　陳敬廣　戴春林

摘 要：當(dāng)今社會(huì)，大家普遍使用傳統(tǒng)窗戶，采取人工方式閉合，而傳統(tǒng)窗戶不具有自動(dòng)檢測(cè)戶外溫濕度、空氣質(zhì)量的功能，更無(wú)法做到根據(jù)外部環(huán)境情況，自動(dòng)開(kāi)關(guān)窗的人性化功能。所以當(dāng)人們外出又忘記關(guān)閉窗戶，適逢雨雪天氣，家居就要飽受雨水的摧殘，給生活帶來(lái)很多麻煩。如今，我們借助STC89C52單片機(jī)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等知識(shí)，設(shè)計(jì)出可以監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量及外部天氣，并根據(jù)外部天氣情況自動(dòng)報(bào)警并開(kāi)關(guān)的智能窗戶，來(lái)解決日常生活中存在的問(wèn)題。本智能窗的設(shè)計(jì)本著舒適，便利，智能，節(jié)約的原則進(jìn)行，用科技提高人們的生活質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智能窗；傳感器；控制

前言

作為智能家居的一個(gè)重要組成部分，自動(dòng)窗自然也要跟的上科技的發(fā)展，積極面對(duì)當(dāng)前社會(huì)面對(duì)的霧霾問(wèn)題。以智能的方式監(jiān)測(cè)霧霾，防止霧霾進(jìn)入室內(nèi)，適時(shí)通風(fēng)換氣，營(yíng)造最適宜的室內(nèi)空氣。本設(shè)計(jì)是基于STC89C52單片機(jī)控制的多功能智能窗的系統(tǒng)，通過(guò)氣體監(jiān)測(cè)模塊，溫濕度檢測(cè)模塊，控制模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，根據(jù)外界的天氣情況和空氣質(zhì)量來(lái)控制窗體的開(kāi)啟與關(guān)閉。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)是基于STC89C52單片機(jī)控制的多功能智能窗的設(shè)計(jì)，能根據(jù)外界的天氣情況和空氣質(zhì)量以時(shí)鐘模塊來(lái)控制窗體的開(kāi)啟與關(guān)閉，系統(tǒng)的主要模塊包括：空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)模塊，時(shí)鐘模塊，溫濕度檢測(cè)模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

1.2 STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介

STC89C52RC是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。8K字節(jié)程序存儲(chǔ)空間；512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間；可直接使用串口下載。

1.3 溫濕度檢測(cè)模塊

采用DHT11芯片，DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。使用AD采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，可靠性高與穩(wěn)定性強(qiáng)。傳感器由一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件組成，同時(shí)與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連。每個(gè)DHT11傳感器都在極為精確的濕度檢驗(yàn)室中進(jìn)行校驗(yàn)，校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在OTP中，傳感器內(nèi)部在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。而單線制串口連接，使系統(tǒng)集成變得簡(jiǎn)易快捷，用最小的體積最低的功耗使信號(hào)傳輸距離達(dá)20米以上。

1.4 空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊

LM393運(yùn)算放大器作為電壓比較器，其主要原理是當(dāng)輸入電壓V+>V-時(shí)，輸出高電平，當(dāng)輸入電壓V+V+，比較器輸出低電平，指示燈因此開(kāi)通點(diǎn)亮，單片機(jī)就是通過(guò)判斷該管腳為低電平時(shí)表示檢測(cè)到空氣中污染氣體，啟動(dòng)報(bào)警。

1.5時(shí)鐘電路

時(shí)鐘芯片采用DS1302，通過(guò)引腳與單片機(jī)相連，利用程序讀取時(shí)鐘芯片發(fā)過(guò)來(lái)的時(shí)間再顯示。使用紐扣電池，即備用電池，因?yàn)闀r(shí)間一直需要走，當(dāng)外界電源沒(méi)有關(guān)閉時(shí)，這里的紐扣電池就直接向時(shí)鐘芯片供電，防止時(shí)間停止或異常。設(shè)置上拉電阻，提高抗干擾能力。晶振提供震蕩信號(hào)給芯片，大小為32768Hz。

1.6 步進(jìn)電機(jī)模塊

28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)：

永磁式步進(jìn)電機(jī)：轉(zhuǎn)子用永磁材料組成。具有動(dòng)態(tài)性能好、力矩較大，價(jià)格相對(duì)較低的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在消費(fèi)性產(chǎn)品中。（1）相數(shù)：是指產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。（2）拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有單相四拍運(yùn)行方式即A-B-C-D，有雙相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA，四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。（3）步進(jìn)角：步進(jìn)電機(jī)的定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，也就對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定的的角度，這個(gè)角度稱步進(jìn)角。a. 轉(zhuǎn)子磁極數(shù)越多，步進(jìn)角？茲b越??；b. 定子相數(shù)越多，步進(jìn)角？茲b越小；c. 通電方式的節(jié)拍越多，步進(jìn)角？茲b越小。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)模塊，時(shí)鐘模塊，溫濕度檢測(cè)模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

3 系統(tǒng)功能測(cè)試

（1）正常情況下液晶屏顯示日期、時(shí)間、模式和溫濕度，溫度范圍在0-50度，濕度20%-90%；（2）啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)半圈，即模擬開(kāi)窗狀態(tài)；步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)半圈，即模擬關(guān)窗狀態(tài)，同時(shí)有不同顏色LED指示燈指示當(dāng)前屬于開(kāi)窗或者關(guān)窗狀態(tài)；（3）系統(tǒng)有若干個(gè)按鍵，可以通過(guò)按鍵設(shè)置日期時(shí)間和定時(shí)時(shí)間段時(shí)間，另外，還可以通過(guò)按鍵切換自動(dòng)/手動(dòng)模式：a. 自動(dòng)模式：設(shè)置時(shí)間段功能，比如設(shè)置19：00～19：30，在這個(gè)時(shí)間段中，窗戶在19：00后一直處于開(kāi)啟狀態(tài)，直到19：30自動(dòng)關(guān)閉，不在定時(shí)時(shí)間里時(shí)，優(yōu)先根據(jù)空氣質(zhì)量情況，如果有有害氣體則關(guān)窗戶；若該部分正常，則根據(jù)濕度來(lái)開(kāi)關(guān)，當(dāng)濕度超過(guò)設(shè)置上限值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)窗；若濕度低于設(shè)置上限值表示濕度正常，這時(shí)則根據(jù)溫度來(lái)開(kāi)關(guān)窗戶，當(dāng)溫度大于設(shè)置上限值，溫度過(guò)高自動(dòng)開(kāi)啟窗戶，如果溫度低于設(shè)置下限值，溫度過(guò)低則自動(dòng)關(guān)閉窗戶。若不在定時(shí)時(shí)間內(nèi)，沒(méi)有有害氣體，同時(shí)溫濕度正常時(shí)，窗戶默認(rèn)處于關(guān)閉狀態(tài)；b. 手動(dòng)模式：手動(dòng)模式打開(kāi)后，窗戶采用傳統(tǒng)人工方式閉合，該模式下其他控制模塊無(wú)效。

4 結(jié)束語(yǔ)

此智能窗集信號(hào)與控制系統(tǒng)于一體，實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高。其創(chuàng)新之處在于其高度自動(dòng)化，智能化，通過(guò)多種傳感器自動(dòng)檢測(cè)外部信號(hào)再經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理輸出，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)開(kāi)關(guān)窗、自動(dòng)防風(fēng)雨防霧霾等功能，在一定程度上解決了外界環(huán)境變化給人們?nèi)粘Ｉ钪袔?lái)的煩惱，以科技的手段給人們更加舒適健康的生活環(huán)境，可應(yīng)用于各種現(xiàn)代化場(chǎng)所。

參考文獻(xiàn)

[1]張米雅.傳感器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2014.

[2]劉剛.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2012.

[3]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語(yǔ)言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[4]張毅剛，彭喜元，彭宇.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2010.

[5]童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2010.