基于單片機的溫控光控智能窗戶設計

安娜　李萌

摘要：本文主要探討了一種結合了單片機技術和傳感器技術的智能車窗控制系統。控制系統使用溫度和濕度傳感器、風速傳感器、雨滴傳感器、光電傳感器、紅外傳感器、碰撞傳感器等來實時監視室內和室外環境，并使用STC89C52單片機進行處理。處理結果控制直流電動機的旋轉，以控制車窗開關或蜂鳴器作為警報。 同時，也可以用紅外線開關控制窗戶開關。這種設計其結構不復雜，成本較低，能夠用較為簡單的語言實現，具備較好的可移植性。

關鍵詞：單片機;溫控光控;智能窗戶設計

一、引言

在本文中，我們選擇微控制器AT89C52作為控制芯片，使用BH1750FVI光傳感器收集環境光，使用DHT11溫濕度傳感器收集溫度并將收集的數據發送到微控制器。用戶可以選擇自動還是手動控制模式，系統使用外部照明作為輸入條件，控制程序處理完光傳感器和溫度傳感器生成的信號后，將通過電動機驅動電路自動調節直流電動機的前進和后退方向。它實現了窗簾的自動關閉，電路的信號或按鍵輸入用作輸入信號，MCU控制程序基于該輸入。該信號控制電動機的正向和反向旋轉以實現窗簾的打開和關閉。

二、溫控光控智能窗戶系統組成

（一）單片機最小系統設計

該系統中使用的STC89C52芯片是具有很低地功耗，是一個高性能CMOS8位MCU，具有8位CPU和系統可編程FLASH，這種配置可以使芯片使用更急靈活、方便。

（二） 溫濕度傳感器

溫濕度傳感器采用DHT22數字溫濕度傳感器檢測室外溫濕度，將信號傳輸到單片機并同時顯示在顯示屏上。這種傳感器能夠很輕松地實現數模傳輸，可以實時收集溫度和濕度信息，并將其反饋給微控制器。可測量的溫度范圍是-40至80°C，濕度范圍是0至100%RH。

（三） 人體紅外檢測

改設計采用HC-SR501型號地傳感器，該設計功能強大，能夠進行實時監測人的軌跡。它不僅可以使用自動檢測，而且檢測到有人運動軌跡是能夠檢測電壓變化，并且采用了光敏控件，白天可以在強光下使用。在沒有感應的情況下，當檢測到外部人員時，高電平信號將發送到單片機，并且單片機控制蜂鳴器發送警報，房主知道有人在窗戶外面。因此通常情況下夏天氣溫偏高，所以需要設計一個氣溫補償，當溫度升至30-32°C時，可以進行一定程度的溫度補償以提高精度。

（四） 風速傳感器

這種傳感器在風力的作用下帶動其結構的三個杯體旋轉。僅電壓采樣端直接連接到微控制器的A / D端口，另一端接地。風速地大小取決于輸出電壓地大小。

（五） 電機驅動

如圖1所示，使用電動機驅動芯片L298N讓2二十四伏直流電動機工作。電驅動板可驅動2個直流電動機。 ENA和ENB是活動端子，并在高電平下有效。 通過設置INT1和INT2來確定電動機的旋轉方向，并且活動端子輸出用于速度調節的PWM脈沖。通過使用VCC=5V更改INT3，INT4和ENB的電平來確定電動機的旋轉方向和旋轉狀態。

（六）紅外遙控

紅外遙控主要通過兩種儀器來實現，即接收及發送器。接收器接收紅外，具有防雷功能，強大的電磁干擾功能以及內置的紅外專用IC。 紅外接收器是三線系統，VCC是外部五伏供電，GND是外部地線，D0是數字輸出端口。單片機讀取輸出端口的二進制值，并控制電動機旋轉或停止。遙控器采用NEC編碼格式，接收能夠在10m范圍，由2.5V電池供電。 遙控器上的每個按鈕都有固定的代碼。紅外接收器在被按下后數馬上會收到接收碼，該代碼由單片機判斷并發送到單片機以執行該任務。

（七）顯示器模塊

顯示器采用 LCD1602 液晶屏顯示溫濕度。該液晶屏可以顯示三十二個字符，能夠更好地將溫度呈現給使用者。

三、具體應用

該系統使用Keil作為微控制器編程軟件，并使用C語言作為編程語言。 系統過程如圖2所示。 通過每個傳感器對周圍環境的檢測，信息被傳輸到單片機，并且單片機確定并執行其動作。單片機主程序調用每個子程序，所有其他傳感器、電機模塊驅動器、LCD1602溫濕度顯示、蜂鳴器警報和其他信息判斷并記錄到子模塊，以便于移植和讀取。

四、結論

在總體規劃設計中，將光及溫度傳感器用來傳輸信號，將直流電動機用作信號輸出的執行單元，同時并將AT89C52單片機用作關鍵系統元件，溫度和光控制以及液晶顯示電路。在通用應用的基礎上，可以增加按鈕電路和射頻電路來設置開關時間，實現手動打開和關閉，能夠更好地適應人們地現實生活。該設計的主要特點是：

①能夠根據光照強度及時調整窗口地開閉。

②能夠實施展示時間及溫度。

③該功能是根據用戶使用定時打開/關閉功能設置的時間在指定的時間打開或關閉窗口的功能。

④開窗功能完全基于人機結合。

項目基金

陜西省教育廳科學研究計劃項目：19JK058 防盜報警智能窗控制系統的設計。