基于STC89C52單片機的智能窗設計

當今世界，建筑智能化已成為一種發(fā)展趨勢，這即是人們生活的需要，也是文明程度的體現。然而，現在人們所使用的窗戶(hù)依然是傳統的手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，更不用提智能化。如果有一種智能窗，不僅可以實(shí)現全自動(dòng)開(kāi)關(guān)窗，而且具有防盜、防雨、防風(fēng)等多種功能，就會(huì )使生活變得更加安全和方便。隨著(zhù)科技的進(jìn)步，嵌入式技術(shù)已成功應用在社會(huì )生活的各個(gè)領(lǐng)域中，使用嵌入式技術(shù)實(shí)現專(zhuān)用功能的控制系統已成為現實(shí)。

本設計提出了一種基于STC89C52單片機的智能窗系統。系統使用各種傳感器對周?chē)h(huán)境的濕度、溫度、可燃氣體、窗外是否有人等因素進(jìn)行信號采集并傳入單片機，經(jīng)過(guò)單片機對數據進(jìn)行分析和處理，發(fā)出動(dòng)作指令，控制步進(jìn)電機執行開(kāi)/關(guān)窗動(dòng)作。智能窗可以根據環(huán)境變化及時(shí)作出反應，通過(guò)開(kāi)關(guān)窗戶(hù)等調節環(huán)境參數，從而保證舒適的家居環(huán)境。

1 系統硬件設計

1.1 系統總體設計

系統基于STC89C52單片機，由溫濕度檢測模塊、可燃氣體檢測模塊、紅外檢測模塊、顯示模塊、語(yǔ)音報警模塊、數據處理模塊、電機驅動(dòng)模塊等組成。系統整體框架如圖1所示。

1.2 溫濕度檢測模塊設計

溫濕度檢測模塊設計采用DHT11數字溫濕度傳感器，該傳感器是一種應用廣泛并含有已校準數字信號輸出的復合型溫濕度傳感器。它具有先進(jìn)的數字模塊采集技術(shù)與溫濕度傳感技術(shù)，擁有這卓越的穩定性和極高的可靠性。傳感器包括感溫部分和測濕部分兩部分。電路如圖2所示。

1.3 氣體檢測模塊設計

可燃氣體檢測模塊選用MQ-2氣體傳感器，電路設計圖如圖3所示，其由SnO2敏感層、微型的AL2O3陶瓷管，內部由測量電極、加熱器構成的敏感元件。

本電路的測量元件采用旁熱式煙霧傳感器MQS2B。在沒(méi)有煙霧的情況下，煙霧傳感器的阻值較高(10 kΩ左右)，煙霧進(jìn)入傳感器時(shí)其阻值急劇下降，A、B兩端電壓下降。

1.4 紅外檢測模塊設計

該部分采用主動(dòng)式紅外探測器，電路設計如圖4所示。探測器有發(fā)射頭、接收頭及處理電路組成。在正常情況下，發(fā)射頭發(fā)出紅外線(xiàn)，接收頭接收到紅外線(xiàn)，根據單片機接收到的為高、低電平，判斷窗外是否有人，從而控制窗戶(hù)開(kāi)關(guān)。

1.5 電機驅動(dòng)模塊設計

驅動(dòng)電路主要采用驅動(dòng)芯片L9110來(lái)直接驅動(dòng)電機，L9110電路原理圖如圖5所示。當正轉信號(P3.6)輸出高電平，反轉信號(P3.7)輸出低電平，電機正轉，完成開(kāi)窗動(dòng)作。當正傳信號(P3.6)輸出低電平，反轉信號(P3.7)輸出高電平，電機反轉，完成關(guān)窗動(dòng)作。

2 系統軟件設計

系統以Keil作為編程軟件，以C語(yǔ)言為編程語(yǔ)言。系統程序流程如圖6所示，通過(guò)各個(gè)傳感器對外界和室內環(huán)境條件進(jìn)行檢測，由單片機判斷采取相應的開(kāi)關(guān)窗動(dòng)作。

接通電源，系統初始化，各個(gè)傳感器開(kāi)始采集相應的環(huán)境因素信號。手動(dòng)開(kāi)關(guān)窗是最高優(yōu)先級，這充分體現了人性化設計，人的意愿是最優(yōu)先考慮的。開(kāi)窗動(dòng)作：第二優(yōu)先級為防燃氣泄漏，當檢測到燃氣泄露，電機正轉開(kāi)窗并語(yǔ)音報警，及時(shí)通風(fēng)換氣。第三優(yōu)先級為防盜，其次為防窒溫過(guò)高。當室溫過(guò)高并且無(wú)盜情發(fā)生，點(diǎn)擊正轉開(kāi)窗。當有盜情發(fā)生，室溫過(guò)高，系統默認關(guān)窗。關(guān)窗動(dòng)作：第二優(yōu)先級仍為防可燃氣泄露，其次為防盜和防雨。當發(fā)生盜情或下雨時(shí)，無(wú)燃氣泄露，系統責驅動(dòng)點(diǎn)擊反轉關(guān)窗，實(shí)現防盜或防雨。一旦燃氣泄露，不予執行防盜或防雨相應的關(guān)窗動(dòng)作。

3 系統功能測試

軟硬件設計完成后，對其進(jìn)行了功能測試。接通電源后，LCD1602顯示屏正常顯示室內當前的溫度和濕度，然后，對是否自動(dòng)識別環(huán)境因素開(kāi)關(guān)窗進(jìn)行了測試，通過(guò)對DHT11溫濕度傳感器呼氣，對其加濕，當濕度超過(guò)50%RH時(shí)，電機自動(dòng)反轉，表示關(guān)窗防雨，自動(dòng)關(guān)窗功能正常。放置3分鐘，當濕度恢復到50%RH內，電機自動(dòng)正轉開(kāi)窗，因此，該系統的溫濕度檢測、顯示、自動(dòng)開(kāi)關(guān)窗、手動(dòng)開(kāi)關(guān)窗功能均正常。

4 結論

此智能窗集現代聲、溫、機、電等技術(shù)于一體，可靠性高、實(shí)用性強。整個(gè)設計的創(chuàng )新點(diǎn)在于自動(dòng)化程度高，人性化很強，通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)用的傳感器實(shí)現檢測電路的設計，并將傳感器的輸出信號輸入到單片機中進(jìn)行處理，用單片機的輸出去控制電機驅動(dòng)模塊、顯示模塊和語(yǔ)音報警模塊，最終實(shí)現了根據環(huán)境自動(dòng)關(guān)開(kāi)窗。此外，本系統的設計思想在智能家居、智能防盜系統等方面具有良好的應用前景和較高的實(shí)用價(jià)值。