基于STC89C52單片機的智能窗設計

陳志新　師甜甜　陳敬廣　戴春林

摘 要：當今社會，大家普遍使用傳統窗戶，采取人工方式閉合，而傳統窗戶不具有自動檢測戶外溫濕度、空氣質量的功能，更無法做到根據外部環境情況，自動開關窗的人性化功能。所以當人們外出又忘記關閉窗戶，適逢雨雪天氣，家居就要飽受雨水的摧殘，給生活帶來很多麻煩。如今，我們借助STC89C52單片機、傳感技術、自動控制技術等知識，設計出可以監測空氣質量及外部天氣，并根據外部天氣情況自動報警并開關的智能窗戶，來解決日常生活中存在的問題。本智能窗的設計本著舒適，便利，智能，節約的原則進行，用科技提高人們的生活質量。

關鍵詞：智能窗；傳感器；控制

前言

作為智能家居的一個重要組成部分，自動窗自然也要跟的上科技的發展，積極面對當前社會面對的霧霾問題。以智能的方式監測霧霾，防止霧霾進入室內，適時通風換氣，營造最適宜的室內空氣。本設計是基于STC89C52單片機控制的多功能智能窗的系統，通過氣體監測模塊，溫濕度檢測模塊，控制模塊以及電機驅動模塊，根據外界的天氣情況和空氣質量來控制窗體的開啟與關閉。

1 系統硬件設計

1.1 系統組成

該系統是基于STC89C52單片機控制的多功能智能窗的設計，能根據外界的天氣情況和空氣質量以時鐘模塊來控制窗體的開啟與關閉，系統的主要模塊包括：空氣質量監測模塊，時鐘模塊，溫濕度檢測模塊以及電機驅動模塊。

1.2 STC89C52單片機簡介

STC89C52RC是STC公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K字節系統可編程Flash存儲器。STC89C52使用經典的MCS-51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。8K字節程序存儲空間；512字節數據存儲空間；內帶4K字節EEPROM存儲空間；可直接使用串口下載。

1.3 溫濕度檢測模塊

采用DHT11芯片，DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器。使用AD采集技術和溫濕度傳感技術，可靠性高與穩定性強。傳感器由一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件組成，同時與一個高性能8位單片機相連。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度檢驗室中進行校驗，校準系數以程序的形式儲存在OTP中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數。而單線制串口連接，使系統集成變得簡易快捷，用最小的體積最低的功耗使信號傳輸距離達20米以上。

1.4 空氣質量檢測模塊

LM393運算放大器作為電壓比較器，其主要原理是當輸入電壓V+>V-時，輸出高電平，當輸入電壓V+V+，比較器輸出低電平，指示燈因此開通點亮，單片機就是通過判斷該管腳為低電平時表示檢測到空氣中污染氣體，啟動報警。

1.5時鐘電路

時鐘芯片采用DS1302，通過引腳與單片機相連，利用程序讀取時鐘芯片發過來的時間再顯示。使用紐扣電池，即備用電池，因為時間一直需要走，當外界電源沒有關閉時，這里的紐扣電池就直接向時鐘芯片供電，防止時間停止或異常。設置上拉電阻，提高抗干擾能力。晶振提供震蕩信號給芯片，大小為32768Hz。

1.6 步進電機模塊

28BYJ-48步進電機：

永磁式步進電機：轉子用永磁材料組成。具有動態性能好、力矩較大，價格相對較低的特點，廣泛應用在消費性產品中。（1）相數：是指產生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數。（2）拍數：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數，以四相電機為例，有單相四拍運行方式即A-B-C-D，有雙相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。（3）步進角：步進電機的定子繞組的通電狀態每改變一次，也就對應轉子轉過一定的的角度，這個角度稱步進角。a. 轉子磁極數越多，步進角？茲b越小；b. 定子相數越多，步進角？茲b越小；c. 通電方式的節拍越多，步進角？茲b越小。

2 系統設計框圖

氣質量監測模塊，時鐘模塊，溫濕度檢測模塊以及電機驅動模塊。

3 系統功能測試

（1）正常情況下液晶屏顯示日期、時間、模式和溫濕度，溫度范圍在0-50度，濕度20%-90%；（2）啟動步進電機正轉半圈，即模擬開窗狀態；步進電機反轉半圈，即模擬關窗狀態，同時有不同顏色LED指示燈指示當前屬于開窗或者關窗狀態；（3）系統有若干個按鍵，可以通過按鍵設置日期時間和定時時間段時間，另外，還可以通過按鍵切換自動/手動模式：a. 自動模式：設置時間段功能，比如設置19：00～19：30，在這個時間段中，窗戶在19：00后一直處于開啟狀態，直到19：30自動關閉，不在定時時間里時，優先根據空氣質量情況，如果有有害氣體則關窗戶；若該部分正常，則根據濕度來開關，當濕度超過設置上限值時，系統自動關窗；若濕度低于設置上限值表示濕度正常，這時則根據溫度來開關窗戶，當溫度大于設置上限值，溫度過高自動開啟窗戶，如果溫度低于設置下限值，溫度過低則自動關閉窗戶。若不在定時時間內，沒有有害氣體，同時溫濕度正常時，窗戶默認處于關閉狀態；b. 手動模式：手動模式打開后，窗戶采用傳統人工方式閉合，該模式下其他控制模塊無效。

4 結束語

此智能窗集信號與控制系統于一體，實用性強、可靠性高。其創新之處在于其高度自動化，智能化，通過多種傳感器自動檢測外部信號再經過單片機處理輸出，實現自動/手動開關窗、自動防風雨防霧霾等功能，在一定程度上解決了外界環境變化給人們日常生活中帶來的煩惱，以科技的手段給人們更加舒適健康的生活環境，可應用于各種現代化場所。

參考文獻

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