基于多傳感器的智能窗系統設計

摘要：為促進(jìn)建筑智能化，設計了一種新型智能窗，討論了智能窗的軟硬件系統設計方案。應用壓力傳感器，濕度傳感器，光強傳感器，紅外遙控模塊等實(shí)現環(huán)境數據采集，選用8051系列單片機進(jìn)行信號處理，并控制步進(jìn)電機調整智能窗扇葉張角。經(jīng)實(shí)驗測試，風(fēng)速感應和控制精度優(yōu)于0．1 m／s，濕度感應精度5％RH，光強感應精度5lux。實(shí)現了測量顯示風(fēng)強、濕度、光強等信息并調整扇窗開(kāi)合程度，從而調節室內環(huán)境?？梢酝ㄟ^(guò)嵌入式系統設定控制量值，適合對環(huán)境要求不同的用戶(hù)使用。
關(guān)鍵詞：8051單片機；多傳感器；嵌入式系統；環(huán)境控制；智能窗

當今世界建筑正朝著(zhù)智能化方向發(fā)展，這種發(fā)展趨勢也正是人類(lèi)社會(huì )的文明程度在一定歷史時(shí)期的體現。但普通窗戶(hù)在起風(fēng)下雨時(shí)不能自動(dòng)關(guān)閉，不能自動(dòng)調整開(kāi)合程度以適應風(fēng)、雨、光等環(huán)境變化，給我們帶來(lái)了諸多不便，安裝智能窗已是大勢所趨。本文討論了一種智能窗系統設計方案。
該智能窗由多個(gè)傳感器收集風(fēng)力大小、空氣濕度、光照強度等信號，經(jīng)處理后傳入單片機。單片機對信號進(jìn)行運算，再輸出脈沖信號調整步進(jìn)電機。智能窗可根據環(huán)境變化及使用者的意愿調整扇葉張角，控制室內環(huán)境參數，且具有一定的自適應能力。

1 系統總體設計
智能窗由電子系統、相應程序和機械部分組成。電子系統包括傳感器、處理器、顯示屏、步進(jìn)電機及其他輔助電路。機械部分可根據使用場(chǎng)合的不同而進(jìn)行設計。
在電子控制系統中，傳感器起著(zhù)重要的作用，它關(guān)系到控制的精度，合理選擇傳感器是系統成功的關(guān)鍵。此外，由于各種干擾存在，除了選用性能優(yōu)良的傳感器外，還需進(jìn)行軟件上適當的濾波算法，以保證數據的可靠性。傳感部分是由多個(gè)傳感器收集環(huán)境各項參數的，為了快速準確的采集數據，在接收傳感器采樣時(shí)要合理的設置巡檢優(yōu)先級，這可以通過(guò)程序實(shí)現。出于實(shí)用性，人機交互和節能也是關(guān)鍵問(wèn)題，因此，系統還配有便于用戶(hù)使用的遙控和顯示設施。所有的參數都可以通過(guò)遙控設置、改變，保存，運行過(guò)程中用戶(hù)也可以通過(guò)遙控改變開(kāi)窗狀態(tài)。顯示屏可將系統運行狀態(tài)，測量的數據實(shí)時(shí)顯示。電子系統框圖如圖1所示。

設計的扇窗利用步進(jìn)電機調節葉片張角。扇窗結構主要包括：窗框、多個(gè)葉片構成的可轉動(dòng)葉片組、一個(gè)用以調整該葉片組開(kāi)和角度的拉繩。其結構圖如圖2所示。