基于AT89S52人性化窗戶控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鄭清蘭

(閩南理工學(xué)院 實(shí)踐中心， 福建 石獅 362700)

在人們享受物質(zhì)生活的今天，科技生活正一步步的向人們走來.隨著社會的發(fā)展，傳感技術(shù)的日新月異，各式的傳感器不聲不響的欠入了人們的生活，加上物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算機(jī)、三網(wǎng)融合的發(fā)展，智能家居的概念在人們的頭腦中產(chǎn)生了極大的飛躍，智能的概念也越來越深入人心.智能窗戶作為智能家居的典型代表，集通信、自控和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體，具有很高的性價(jià)比，因此倍受人們的青睞.智能窗戶是在原有窗戶的基礎(chǔ)上利用綜合布線方法，通過單片機(jī)控制系統(tǒng)和自動檢測系統(tǒng)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)窗戶的自動開啟和關(guān)閉，具有人性化特點(diǎn).此設(shè)計(jì)具有能夠根據(jù)外界溫度濕度、雨量的大小、光照強(qiáng)度等變化情況，讀取預(yù)設(shè)的值，并把各種情況通過電路送至單片機(jī)，由單片機(jī)做出判斷，實(shí)現(xiàn)窗戶的自動開啟和關(guān)閉；還具有語音識別、人機(jī)對話界面，在傳統(tǒng)單一功能智能窗戶的基礎(chǔ)上運(yùn)用了多種傳感器技術(shù)，具有功能強(qiáng)大、方便的特點(diǎn)[1].

1 總體設(shè)計(jì)方案及系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

根據(jù)人性化的控制要求，采用AT89S52單片機(jī)做為系統(tǒng)的控制核心，設(shè)置了雨水檢測、光度檢測、風(fēng)速檢測、溫度檢測、紅外接收，電機(jī)驅(qū)動等功能模塊，整體結(jié)構(gòu)框圖如1所示.

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

2．1 電源電路模塊

本設(shè)計(jì)中使用直流穩(wěn)壓電源電路對各電路模塊進(jìn)行供電，選擇集成穩(wěn)壓器CW317，輸出電壓范圍為1.2～36V，最大輸出電流為2A左右.電路原理如圖2所示，具有輸出電壓可調(diào)，電路簡單等特點(diǎn).

圖2 穩(wěn)壓電路原理圖

2．2 開關(guān)窗位置模塊

該模塊電路的作用是檢測窗戶是否已經(jīng)完全打開或關(guān)閉，由分別安裝在窗戶和窗框上的兩組限位開關(guān)組成.限位開關(guān)分別接單片機(jī)的P2.1和P2.0口，單片機(jī)檢測兩IO口狀態(tài)即可判斷現(xiàn)在窗戶所處的位置是開啟還是關(guān)閉狀態(tài)[2].

2．3 雨水檢測電路模塊

大多數(shù)的雨水傳感器使用的是光學(xué)系統(tǒng)，由光發(fā)射二極管(LED)、光接收二極管(LRD)、周圍環(huán)境傳感器、電控制單元(ECU)和幾個(gè)鏡頭組成.如下圖所示，可用于各種天氣狀況的監(jiān)測，并轉(zhuǎn)成數(shù)字信號DO和模擬信號AO輸出.

接上電源，電源指示燈亮，感應(yīng)板上沒有水滴時(shí)，DO輸出為高電平，開關(guān)指示燈滅，滴上一滴水，DO輸出為低電平，開關(guān)指示燈亮，刷掉上面的水滴，又恢復(fù)到輸出高電平狀態(tài)，AO模擬輸出，可以連接單片機(jī)的AD口檢測滴在上面的雨量大小.通過單片機(jī)控制電動機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)窗戶的開啟和關(guān)閉[3].

2．4 光度檢測電路模塊

1)光傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，對周圍環(huán)境光強(qiáng)最敏感，一般用來檢測周圍環(huán)境光的強(qiáng)度.輸出狀態(tài)靈敏度可調(diào)，是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器，是基于半導(dǎo)體光電效應(yīng)工作的.入射光強(qiáng)，電阻減小；入射光弱，電阻增大.光敏電阻器一般用于光的測量，光的控制和光電轉(zhuǎn)換(將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化)[4].

2) LM393電壓比較器.LM393為雙電壓比較器，LM393系列由兩個(gè)偏移電壓指標(biāo)低達(dá) 2.0的獨(dú)立精密電壓比較器構(gòu)成，它的功能是比較兩個(gè)電壓的大小，當(dāng)“+”輸入端電壓高于“-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸為出為高電平.當(dāng)“+”輸入端電壓低于“-”輸入端時(shí)，電壓比較器輸為出為低電平.它的管腳圖如3所示.

圖3 LM393功能圖

各管腳的功能為：8腳電源+，4腳電源-，1腳比較器 A輸出，2腳比較器 A反相輸入，3腳比較器 A同向輸入，5腳比較器 B同向輸入，6腳比較器 B反相輸入，7腳比較器B輸出.

圖4 光度檢測電路

3)光度檢測電路原理.光度檢測電路如圖4所示，電路主要由光敏電阻和電壓比較器夠成.當(dāng)光敏電阻受到光照時(shí)，阻值減小，分到比較器3腳的電壓也減少，經(jīng)雙電壓比較器的參考端(2腳)和輸入端(3腳)比較，當(dāng)UinUre時(shí)，輸出高電平，不滿足光照條件.通過調(diào)節(jié)電位器阻值可以調(diào)整光照檢測的靈敏度.其輸出為0或1電平，電路的輸出端接單片機(jī)的P3.6口.單片機(jī)檢測此IO口的變化，從而控制窗戶電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而自動控制窗戶的開啟與關(guān)閉.

2.5溫度檢測電路

主要采用NTC熱電阻溫度傳感器為核心元件.熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù).該類傳感器為負(fù)溫度系數(shù)傳感器，即傳感器阻值隨溫度的升高而減小.電路結(jié)構(gòu)如圖5所示，本電路的溫度檢測范圍為20-80℃,通過對電位器RP的調(diào)節(jié)，可以改變溫度檢測的閥值(即控制溫度值)，如需要控

制環(huán)境溫度為30度時(shí)，模塊則在相應(yīng)環(huán)境溫度調(diào)到其綠燈亮，DO則輸出高電平，低于此設(shè)定溫度值時(shí)，輸出高電平，綠燈不亮.DO輸出端可以與單片機(jī)直接相連，通過單片機(jī)來檢測高低電平，由此來檢測環(huán)境的溫度改變；單片機(jī)接收數(shù)據(jù)發(fā)出命令控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，由單片機(jī)檢測輸出的變化，從而控制窗戶的開和關(guān)[5].

圖5 溫度檢測電路

2.6步進(jìn)電機(jī)電路

步進(jìn)電機(jī)是一種用多相序電流控制供電，將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频脑?它的轉(zhuǎn)速由脈沖的脈沖個(gè)數(shù)和頻率決定.驅(qū)動器是一種多相時(shí)序控制器，專為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的.驅(qū)動原理是通過控制脈沖個(gè)數(shù)、頻率，進(jìn)而控制電機(jī)的角位移量及速度，達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的.步進(jìn)電機(jī)電路如圖6所示，主要由74LS04和75452組成[6].

圖6 步進(jìn)電機(jī)控制電路

步進(jìn)電機(jī)由AT89C521單片機(jī)的P1.0～P1.3控制，

CS_OUT EQU 8000H

ORG 0000H

MOV DPTR，#CS_OUT

MOV A 00110011B

START：MOVX @DPTR,A

JB P1.0, ANTICLK

RL A

SJMP BJDEL

ANTICLK： RR A

BJDEL： CALL DELAY

SJMP START

DELAY：MOV R6,340h

DLP：MOV R7,#0

DJNZ R7, $

DJNZ R6, DLP

RET

END

3 軟件組成結(jié)構(gòu)

軟件系統(tǒng)由風(fēng)力檢測、溫度檢測、雨水檢測、光度檢測等子程序構(gòu)成，系統(tǒng)初始化后按優(yōu)先級逐級進(jìn)行，若某個(gè)子程序斷判為是，則調(diào)用該子程序處理；若為否則程序繼續(xù)往下執(zhí)行，直到執(zhí)行完所有的子程序?yàn)橹?單處機(jī)將執(zhí)行的結(jié)果控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)窗戶的自動開啟和關(guān)閉[7].軟件控制程序如圖7所示.

圖7 程序流程圖

4 結(jié)束語

智能窗戶系統(tǒng)實(shí)用和穩(wěn)定，具有人性化的特點(diǎn).系統(tǒng)通過各種傳感器收集信號并送給單片機(jī)處理，最后控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了不同環(huán)境條件下窗戶的自動開啟和關(guān)閉.此裝置可用于住宅，倉庫，酒店等場所，避免了在天氣突變情況下人們無法開關(guān)窗戶的煩惱，給生活帶來了極大的便利.

[1] 孫瑩.智能家居控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].儀器儀表用戶,2011(4)：17-19.

[2] 李福彬.淺析智能家居[J].智能建筑與城市信息，2004(10)：39-43.

[3] 孫健.智能家居電動窗簾的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)械工程與自動化，2012(2)：133-135.

[4] 陳杰.傳感器與傳感器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[5] 祁和義.檢測與傳感器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[6] 張華.智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].電腦與電信,2010(2)：65-66，69.

[7] 王自強(qiáng).步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2010.