基于單片機控制的智能窗系統設計

陶文琦

摘 要：科學技術的發展為人們生活的舒適性提供了各種可能，基于單片機控制的智能窗系統通過傳感器收集到環境變化的信號從而自動對窗戶進行控制，可以避免出現各種危險，同時還可以有效地提升生活的舒適性。

關鍵詞：智能窗；控制系統；單片機

中圖分類號：U463.02 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）32-0011-01

基于單片機控制的智能系統窗會自動完成對窗戶開啟和關閉的控制，比如室內可燃性氣體（即一氧化碳）達到一定值以后，就會自動開啟窗戶；如果下雨窗戶又會自動關閉，同時還會針對室內環境的變化對其進行調節，以便為室內的人員提供更加舒適的環境。

1 智能窗控制系統的工作原理

本文闡述的智能窗將單片機控制技術和傳感器應用技術等多種技術有效地融合到一起。在接通單片機電源以后，單片機用掃描的方式進行工作。安裝的可燃氣體檢測模塊、一氧化碳檢測模塊、紅外線探測模塊、大雨檢測模塊等分別將其各自的檢測信號傳遞給單片機，單片機對各個模塊信息進行處理，自動對窗戶的開啟和關閉進行控制。此外還對室內環境各個參數進行檢測，如果室內的環境舒適度比較低時，單片機通過對窗戶的開啟狀態進行控制，以便為室內的人提供良好的環境。

2 控制系統的硬件組成

2.1 控制器

系統選用的控制器采集處理的模擬量信號有溫度、濕度、光照時間長度、大風信號，開關量信號、各電機的運行控制信號、方向控制信號、窗門運動完成時的限位開關信號、一氧化碳探測反應信號、遙控信號等。控制器搜集傳感器傳輸的數據，如果室外有明顯的光照或者是室內的一氧化碳濃度過大，單片機控制電動機開啟窗戶；如果有不明身份人員在窗戶邊逗留徘徊或是檢測到持續有雨，單片機控制電動機關閉窗戶。

2.2 執行機構

系統選用直線電動機來驅動窗戶的前后運動以及停止等，使得智能窗戶能夠根據需要關閉與開啟。為方便開啟將窗門機構設計為上懸窗結構，窗內裝有滾珠絲杠，電動機帶動滾珠絲杠，直流直線電動機控制窗門，同時還可以調節窗戶的開啟程度。

2.3 傳感器

傳感器在整個系統起著非常重要的作用，傳感器直接影響著窗戶的運動。該系統選用水滴傳檢測器、一氧化碳傳感器、過流傳感器、紅外熱釋電傳感器、光敏電阻傳感器等。這些傳感器在環境發生變化時會向單片機輸入相應的信號，進而通過單片機來控制窗戶。

2.4 遙控器

通過連在PCB板子上的自制的遙控器傳輸信號，收集使用者發送的控制信號，將信號輸入到單片機，單片機對電動機的控制來完成窗戶的開啟和關閉。

3 控制系統的總體設計

系統的總體設計要充分利用單片機控制系統，達到智能窗實現人性化的目標，可以根據天氣狀況、室內氣體狀況、窗外人員活動情況以及窗戶運動情況自動的打開或關閉窗戶。

3.1 可燃性氣體檢測模塊

對可燃性氣體檢測采用的是直熱式氣敏傳感器，如果室內可燃性氣體濃度升高，氣敏傳感器由于接觸到的可燃性氣體增加，其電阻值會隨著降低，導致測試電路里面電流增加。該系統要實現對一氧化碳等可燃性氣體的檢測，其濃度報警一般選定可燃性氣體爆炸下限的1/10左右，如果濃度達到這個值，單片機系統會自動控制電機將窗戶及時打開。在電阻不斷降低，電壓如果達到設定值的時候，電路接通該信號被輸入到單片機模塊，那么窗戶就會自動打開，同時啟動排氣扇將可燃性氣體排出室內，在加裝報警電路后在窗戶打開的同時報警器也響起，警報器響起提醒房間的主人存在安全隱患，避免出現煤氣中毒或者火災等事故。

3.2 濕度檢測模塊

如果出現下雨的情況，而房間主人不在，那么利用該系統就可以啟動自動關閉窗戶的功能。下雨以后濕度會增加，通過雨滴傳感器將下雨信號傳送給單片機，單片機系統會自動控制電機將窗戶及時關閉起來。可以使用集水片，當水量多到足以聯通低電平使傳輸信號給單片機，單片機就會控制窗戶關窗；同時濕度檢測也可以使用濕敏元件，通過濕敏元件電阻的變化來識別是否出現下雨狀況。在沒有下雨的狀況下，濕敏電阻的阻值相對比較小，在下雨以后濕敏電阻的阻值會增加，控制電路中的電流和電壓發生變化，常開觸點發生閉合，該信號信號輸入到單片機，單片機控制電機轉動將窗戶關閉起來，避免由于雨水淋入室內而導致室內的物品受到損壞。

3.3 防盜檢測模塊

智能窗戶實現防盜檢測功能主要是通過紅外熱釋電探測器來完成的，紅外熱釋電熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉變為電壓信號，同時，它還能鑒別出運動的生物與其它非生物，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報警裝置，也可以用于自動控制、接近開關、遙測等領域，而且熱釋電傳感器的技術性能穩定，價格低廉；不需要用紅外線或電磁波等發射源；靈敏度高、控制范圍大，所以使用這種傳感器符合實驗的要求。

3.4 室內環境智能調節模塊

該功能屬于非常人性化的一個智能功能，系統需要通過單片機來自動的調節室內溫度和室外濕度以及光照強度等等，使得室內的環境變得更加舒適，室內主人提供一個心曠神怡的生活和工作環境。利用系統可以設置溫度、濕度、光照強度等參數值，通過單片機系統會將室內測試到這些參數的值與設置的舒適度值比較。通過對這些數據進行分析和處理系統會自動控制開啟或關閉窗戶，也可以調節窗戶的開啟程度。如果室內光線與設置的舒適值之間的差距達到一定程度，那么系統就會自動控制窗戶的開啟或關閉，同時智能窗戶使用的玻璃材料也會自動的進行調節，使室內環境能夠處于一種比較舒適的狀態。溫度、濕度、光照強度方式基本類似，都是通過傳感器來檢測這些參數，然后與設定的參數進行比較，通過單片機來自動的對這些參數進行調節。

4 結 語

智能窗的出現對提升人們的生活品質有著非常重要的意義，本文結合單片機控制技術對智能窗控制系統的工作原理、硬件結構系統設計等進行詳細說明。針對環境出現變化對窗戶進行控制，使得窗戶變得更加智能和富有人性化，更好地滿足人們對智能窗戶的需求。

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