旋轉(zhuǎn)式智能窗研究

摘 要：家居智能化已成趨勢，針對傳統(tǒng)手動開關(guān)窗無法實現(xiàn)人們對便捷、智能化生活的追求，本文通過單片機技術(shù)和傳感器技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計了一款基于單片機的旋轉(zhuǎn)式智能窗。本次設(shè)計作品集齊主控芯片模塊、溫濕度模塊、光照模塊、氣體檢測模塊、通風(fēng)模塊、電機模塊、PM2.5模塊和顯示模塊，通過一個主控芯片控制單片機采集到的溫濕度、光照強度、有毒氣體的濃度，進而實時檢測室內(nèi)外環(huán)境，進一步控制窗戶開啟或者關(guān)閉。本設(shè)計能實現(xiàn)家居智能化，為居家舒適安全的環(huán)境提供了保障，進一步提高人們的生活水平。

關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)式；智能窗；溫濕度；氣體檢測；自動開關(guān)窗

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）07-0185-02

Abstract：Home intelligence has become a trend，the traditional manual switch window can not realize people’s pursuit of convenient and intelligent life. Through the combination of single-chip technology and sensor technology，a rotary intelligent window based on single chip microcomputer is designed. The design works set up the main control chip module，the temperature and humidity module，the light module，the gas detection module，the ventilation module，the motor module，the PM2.5 module and the display module，and control the temperature and humidity，the intensity of the illumination，the concentration of the poisonous gas by a master chip and then to detect the indoor and outdoor environment in real time，further control the opening or closing of the window. This design can realize the intellectualization of home，provide a guarantee for the comfortable and safe environment at home，and further improve people’s living standard.

Keywords：rotary type；intelligent window；temperature and humidity；gas detection；automatic switch window

0 引 言

智能家居控制系統(tǒng)的應(yīng)用讓人們在家中能夠享受到更安全、更舒適和、更方便的生活，并且符合生活的環(huán)保要求。現(xiàn)代家居生活環(huán)境需要有合適的溫度、濕度、空氣和光照強度，但是由于人們忙碌的工作生活，會出現(xiàn)沒有開窗通風(fēng)的時間或在風(fēng)雨天不能關(guān)窗的情況；也會有由于個人疏忽，在可燃?xì)怏w泄漏時，不能及時察覺，提前預(yù)警，從而導(dǎo)致悲劇發(fā)生；當(dāng)我們清洗窗戶時會遇到外窗不易清洗的情況。旋轉(zhuǎn)式智能窗控制系統(tǒng)的設(shè)計思想也就在這種形勢下應(yīng)運而生，它使人們的生活更舒適、更安全、更方便，切實地貼近了智能家居的概念。

本設(shè)計實現(xiàn)了對光照強度和溫度的采集，同時對空氣中有毒氣體進行采集，將這些數(shù)據(jù)送至單片機進行分析，單片機通過比對已設(shè)置的數(shù)據(jù)后，使電機可控角度旋轉(zhuǎn)，使窗戶的開、關(guān)、清潔更加便捷。它具備空氣交換能力，在不開窗的情況下，能夠保證室內(nèi)空氣清新，實現(xiàn)窗戶的開與關(guān)操作；它還可以解決人不在家時，對室內(nèi)通風(fēng)或者潮濕天氣對窗戶進行開啟與關(guān)閉的需要；另外，可以實現(xiàn)窗戶的開關(guān)自動化，提高人們生活的質(zhì)量。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及組成

本設(shè)計由傳感器模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、參數(shù)設(shè)置模塊以及窗戶開關(guān)控制模塊共同構(gòu)建一個完整的控制系統(tǒng)，如圖1所示。主控的單片機接收到傳感器的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理，處理后通過藍牙無線傳輸?shù)斤@示模塊上進行顯示；參數(shù)設(shè)置模塊通過藍牙將設(shè)置的參數(shù)傳輸?shù)街骺匦酒c傳感器的數(shù)據(jù)進行比較，當(dāng)數(shù)據(jù)不在設(shè)置的范圍內(nèi)時，進行開關(guān)窗戶或窗簾的操作，同時進行空氣的流通。該智能窗除了智能模式外還有一個特有的清洗模式，該模式下窗戶旋轉(zhuǎn)90度，很好地解決了外窗清洗難的問題。

具體模塊及芯片選擇方面，溫濕度傳感器采用DHT 11，數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性；光照傳感器采用GY-30數(shù)字化傳感器，能夠數(shù)字化直接進行數(shù)據(jù)的處理，不用經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，方便使用；PM2.5傳感器采用YW-51，傳感器中心有孔可以讓空氣自由流過，定向發(fā)射LED光，通過檢測經(jīng)過空氣中灰塵折射過后的光線來判斷灰塵的含量。本電機采用步進電機進行上下固定，窗戶旋轉(zhuǎn)式進行開關(guān)。

1.2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作時，首先需要人為手動的設(shè)置報警參數(shù)，經(jīng)過初始化后，各個傳感器的數(shù)據(jù)會通過藍牙傳輸?shù)街骺匦酒?，處理后在液晶屏上進行顯示，當(dāng)傳感器的數(shù)值超過設(shè)定的界限時，窗戶以及窗簾會進行相應(yīng)的開關(guān)。當(dāng)光照強度過高時，窗戶會關(guān)閉，窗簾會自動放下；當(dāng)有毒氣體濃度過高時，會進行排氣。除了自動模式外，該窗戶還有手動進行開關(guān)窗戶和開關(guān)窗簾的功能。系統(tǒng)流程框圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)的功能測試

（1）環(huán)境監(jiān)測模塊測試：在首界面點任意鍵進入環(huán)境監(jiān)測界面，顯示溫濕度和光照強度，用打火機靠近傳感模塊，顯示溫度升高；往傳感器噴水霧，濕度提高；用手電筒照射傳感器，光照強度提高。開啟后，預(yù)熱20秒后，進入環(huán)境監(jiān)測界面，氣體傳感器上電，電源燈顯示紅色，若氣體傳感器未監(jiān)測到有害氣體超過設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，信號傳送信號燈不發(fā)生變化，當(dāng)超過標(biāo)準(zhǔn)時，信號燈顯示綠色；

（2）顯示模塊測試：上電后，LCD1602顯示首界面，首界面顯示項目名字和時間；

（3）按矩陣鍵盤任意鍵進入環(huán)境監(jiān)測界面，環(huán)境監(jiān)測界面顯示溫濕度值和光照強度值。按設(shè)置按鍵，進入設(shè)置界面，顯示溫濕度、光照強度的設(shè)置的標(biāo)號，按對應(yīng)標(biāo)號進入對應(yīng)的設(shè)置界面；

（4）按鍵模塊測試：上電后，按對應(yīng)鍵進入對應(yīng)顯示界面，顯示模塊呈現(xiàn)對應(yīng)的界面；

（5）電機、排風(fēng)模塊：進入環(huán)境監(jiān)測模塊，按矩陣鍵盤上對應(yīng)開關(guān)電機模塊的鍵。按開關(guān)窗鍵，窗戶正常開關(guān)；按窗簾上下降鍵，窗簾正常上下降；按風(fēng)扇開關(guān)鍵，風(fēng)扇正常的開關(guān)。

系統(tǒng)各模塊設(shè)計結(jié)束后進行系統(tǒng)功能測試，接通電源后顯示屏正常顯示溫度、濕度、PM2.5濃度和光照強度。對自動識別環(huán)境指標(biāo)開關(guān)窗做出測試，各項功能實現(xiàn)良好。與原有的手動開關(guān)窗方式相比，基于檢測裝置、控制裝置、執(zhí)行裝置可使用戶的生活更加舒適便捷，通過數(shù)據(jù)顯示與PM2.5標(biāo)準(zhǔn)值比對的方法說明問題，既方便快捷，易于處理信息，又具有可視化的特點，生動形象。

3 結(jié) 論

本項目是一種機電一體化的智能窗戶控制系統(tǒng)，它采用智能控制技術(shù)、傳感技術(shù)和機械傳動技術(shù)等先進技術(shù)，主要功能是實現(xiàn)對房子內(nèi)所有窗戶的自動控制，可自動打開或者關(guān)閉，以實現(xiàn)對環(huán)境的調(diào)節(jié)，同時，因為采用旋轉(zhuǎn)式開關(guān)窗，能夠很好地解決外窗難清洗的問題。我們所研制的智能窗控制系統(tǒng)利用了一套簡單的傳送裝置以及一套實用電路來實現(xiàn)其功能，其機械結(jié)構(gòu)簡單但很實用。因此，其科學(xué)性是毋庸置疑的。機械結(jié)構(gòu)單一，電路簡單，故成本低廉，且能根據(jù)需求增加檢測的指標(biāo)，更改方便靈活。

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作者簡介：黃仙華（1996-），男，福建寧德人，本科在讀。研究方向：嵌入式。