優(yōu)化單片機(jī)的自動(dòng)窗控制系統(tǒng)

苗強(qiáng)+羅賓+孟珍+陽彩霞+蔣少玖+胡正惠+譚淇

摘 要：窗戶和窗簾是保護(hù)人們基本隱私的常用工具，也是裝飾家庭必不可少的家居用品，隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，普通民眾對(duì)于室內(nèi)設(shè)計(jì)的要求也越來越高，普遍希望室內(nèi)設(shè)計(jì)高端化和人工自動(dòng)化。本文主要敘述了自動(dòng)窗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程。自動(dòng)窗控制系統(tǒng)的核心是STC89C52單片機(jī)，還有光照傳感器、溫度傳感器、雨滴傳感器、鍵盤、蜂鳴器、LCD液晶顯示屏和步進(jìn)電機(jī)及直流電機(jī)。該系統(tǒng)主要可以實(shí)現(xiàn)以下功能：手動(dòng)開關(guān)窗簾，手動(dòng)關(guān)窗戶，根據(jù)光照自動(dòng)關(guān)閉窗簾，根據(jù)溫度自動(dòng)報(bào)警，定時(shí)開關(guān)窗戶，窗簾四開，顯示時(shí)間、溫度、光照強(qiáng)度等。可以根據(jù)使用者的不同做到因人而異，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一個(gè)性化定制。

關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)；自動(dòng)窗；結(jié)構(gòu)；步進(jìn)電機(jī)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，新的技術(shù)和創(chuàng)新不斷推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展，自動(dòng)家居的出現(xiàn)，則給人們的生活帶來了一場(chǎng)前所未有的革命。窗戶及窗簾作為家居生活中重要部分，也是每個(gè)家庭的家居必需品，自然也需要自動(dòng)化，因此自動(dòng)窗控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)窗包括窗戶和窗簾，控制系統(tǒng)是一個(gè)完整的系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)和控制技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃運(yùn)行，以滿足人們的需求。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

八十年代末期，在美國(guó)開始出現(xiàn)將家庭窗戶和控制中心聯(lián)合進(jìn)行管理和控制的商用系統(tǒng)，美國(guó)工程師將其稱為Smart curtains，也就是當(dāng)今自動(dòng)窗系統(tǒng)的原型。上世紀(jì)末在新加坡舉辦的“98亞洲家庭電器與電子消費(fèi)國(guó)際展銷會(huì)”上，通過模擬的“未來之家”，推出具有新加坡特色的家庭自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)，主要包括：控制功能、安全防護(hù)功能、定時(shí)關(guān)閉和基礎(chǔ)維護(hù)功能。這樣的新型模式一經(jīng)推出就受到市場(chǎng)的極大好評(píng)，當(dāng)年美國(guó)就有超過四萬戶家庭使用這種家庭自動(dòng)窗簾控制系統(tǒng)。

自動(dòng)窗控制系統(tǒng)進(jìn)入中國(guó)已經(jīng)有十多年了，最近的一兩年正是高速發(fā)展時(shí)期。但自動(dòng)窗系統(tǒng)因?yàn)槎际菄?guó)外的技術(shù)，所以價(jià)格比較昂貴，主要應(yīng)用在別墅和商務(wù)樓盤等高檔環(huán)境中。結(jié)合國(guó)內(nèi)的生活水平以及民眾的消費(fèi)能力，我國(guó)現(xiàn)階段主要需要功能完善、維護(hù)方便、使用簡(jiǎn)單和性價(jià)比高的自動(dòng)窗控制系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體方案

本系統(tǒng)具有一般的窗簾控制系統(tǒng)所具有的基礎(chǔ)功能，并能通過單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)根據(jù)定時(shí)時(shí)間與光照強(qiáng)度自動(dòng)開閉窗及簾，根據(jù)溫度自動(dòng)報(bào)警功能。在設(shè)計(jì)方案與選用器件時(shí)，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的思想，盡可能使電路簡(jiǎn)單化，使用最經(jīng)濟(jì)的器材和最簡(jiǎn)單的布線來達(dá)到使用要求。

（1）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

經(jīng)過綜合的考慮，本系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)、數(shù)模ADC0832轉(zhuǎn)換模塊、液晶LCD顯示模塊、溫度DS18B20采集模塊、DS1302時(shí)鐘模塊、光照采集電路、電源模塊、按鍵模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和蜂鳴器報(bào)警模塊組成。

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

自動(dòng)窗系統(tǒng)具有手動(dòng)與自動(dòng)兩種工作模式。手動(dòng)模式與自動(dòng)模式都可以通過按鈕切換并且在LCD液晶屏上顯示出來。

（2）硬件系統(tǒng)

STC89C52單片機(jī)是STC公司生產(chǎn)的以高性能、低能耗著稱的CMOS8位微控制器，使用經(jīng)典MCS-51內(nèi)核，具有八位字節(jié)可編程flash存儲(chǔ)器。STC89C52單片機(jī)有40個(gè)引腳，4個(gè)八位并行I/O接口，1個(gè)全雙工異步串行口，內(nèi)部含有5個(gè)中斷源，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。STC89C52單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)由4k程序存儲(chǔ)器ROM和128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM組成。另外52單片機(jī)可以在空閑模式下，CPU暫時(shí)停止工作，此時(shí)允許數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、串口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和中斷繼續(xù)工作；在掉電保護(hù)模式，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM內(nèi)容保存，單片機(jī)停止工作，直到下一個(gè)復(fù)位或中斷。最高運(yùn)行頻率為35mHz。

整個(gè)窗戶和窗簾的機(jī)械結(jié)構(gòu)利用絲杠各滾輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)傳遞，效率高且穩(wěn)定性好，絲杠安裝在上窗框的內(nèi)扣U型槽內(nèi)，定心和承受載荷能力較強(qiáng)，為了防止跑偏和卡槽，我們適當(dāng)?shù)募哟罅藘?nèi)扣槽的寬度。從何更好實(shí)現(xiàn)與電機(jī)的連接配合。

（3）軟件系統(tǒng)

主程序?yàn)闊o限循環(huán)，需要具有單片機(jī)初始化，菜單顯示內(nèi)容初始化，按鍵掃描，關(guān)中斷，計(jì)時(shí)和電機(jī)運(yùn)行等功能。進(jìn)入主程序，首先關(guān)中斷并設(shè)置堆棧，初始化寄存器，初始化顯示內(nèi)容；接著執(zhí)行按鍵查詢功能，執(zhí)行相關(guān)操作。若是設(shè)定鍵，就設(shè)定時(shí)間然后開始計(jì)時(shí)；到達(dá)指定時(shí)間，步進(jìn)電機(jī)開始工作，完成工作后停機(jī)。若是電機(jī)控制鍵，則進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。若都不是，就是復(fù)位鍵，采取復(fù)位操作。

3 自動(dòng)窗系統(tǒng)的主要功能

（1）手動(dòng)控制：該功能是根據(jù)使用者的意愿直接通過按鈕進(jìn)行窗戶和窗簾的自動(dòng)開關(guān)；

（2）光照控制：根據(jù)光照強(qiáng)度，一旦超過設(shè)定的光照強(qiáng)度，窗簾則自動(dòng)關(guān)閉；

（3）定時(shí)控制：根據(jù)使用者設(shè)定的時(shí)間來控制窗簾的打開與閉合；

（4）溫度報(bào)警：如果溫度超過設(shè)定值，則蜂鳴器報(bào)警；

（5）自動(dòng)關(guān)窗：根據(jù)雨滴傳感器檢測(cè)的參數(shù)自動(dòng)關(guān)窗。

（6）窗簾四開：根據(jù)光照和溫度的不同，不僅實(shí)現(xiàn)窗簾左右兩開，更能實(shí)現(xiàn)窗簾從兩邊向中間開啟和關(guān)閉的四種模式。

4 總結(jié)展望

該自動(dòng)窗控制系統(tǒng)打破了人們現(xiàn)有的生活方式，提高了生活質(zhì)量，讓人們的生活變得輕松、愉快、富有情趣。滿足了現(xiàn)代人們所要求的自動(dòng)窗控制系統(tǒng)，安裝方便，使用快捷，具有良好的維護(hù)性，最重要的是具有良好的性價(jià)比，要讓普通百姓買得起用得上。除了能夠在普通家庭中使用，還能滿足公共場(chǎng)合的使用，比如：寫字樓、酒店、大型商場(chǎng)和溫室花園等。真正的讓自動(dòng)窗控制系統(tǒng)在家居中發(fā)揮作用，讓自動(dòng)窗系統(tǒng)成為現(xiàn)代家居的新標(biāo)志。

參考文獻(xiàn)

[1] 李廣第. 單片機(jī)基礎(chǔ)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.endprint