基于單片機的智能窗戶開關系統設計

◇咸陽師范學院物理與電子工程學院 郝海燕 李夢琪 李瑾玥 龔杰

本文系統的闡述了智能窗戶開關系統的設計理念和整體設計框架。此次設計的智能窗戶開關系統采用多個傳感器相聯合的方式，共同監測室內空間的環境情況，并且不間斷的收集各種信號，然后將傳感器檢測到的信號發給單片機，再與預先設置好的參數作對比，根據判斷的結果控制窗戶的開關。在享受人性化的生活環境下，加快了智能家庭領域的發展。

1 前言

近年來，由于我國經濟水平不斷提高和科技力量日益昌盛，使得各種智能化系統不斷滲透到人們日常生活中，給人們生活的方方面面帶來了諸多便利和實用[1]。從之前的可居住型轉變為具備健康、舒適、安全、便捷的新型居住理念，隨著電子信息技術的不斷發達，單片機技術也在不斷更新[2]，單片機變得更小，集成度變得更高，價格低廉，所以單片機的優勢已經在很多領域得到了充分的肯定，并且具有廣泛的應用空間，如數據收集，儀器的智能化方面。因此用單片機來研發一款智能窗戶自動開關系統便顯得有很大的研究價值。

2 總體方案

本次設計將使用單片機作為控制機制，多種傳感器作為信息收集傳導的工具，利用電機驅動電路，軟硬件相結合，來實現對自動開關窗戶整個過程的控制[4]。根據周圍環境綜合評估實現窗戶有效的開啟或者關閉?？刂拼皯糸_關有三種方式，第一種是自動控制，第二種是紅外遙控操控，第三種是按鍵控制。自動控制中有光控，溫濕度控制，定時和有害氣體檢測等功能，都是借助不同接口和MCU電路連接實現對窗戶的打開或關閉部分，電路連接部分是由五個按鍵、紅外遙控模塊、光敏傳感器、煙霧傳感器、溫濕度傳感器，光電傳感器、電機、微處理器所構成。

3 主要模塊器件的選型

3.1 主控芯片的方案選擇

采用AT89C51單片機。AT89C51是一個CMOS 8位微處理器。其具有編程方便，結構簡便，成本低，易于控制等優點。但缺點是其低頻，數據處理能力差，控制能力不強，系統可靠性不高。

3.2 顯示模塊的方案選擇

采用LED數碼管。LED數碼管是一個“8”字型的元器件，它可以均勻排成大面積顯示區域，能夠顯示各種圖文，它的驅動有靜態和動態兩種，主要用于廣告招牌，商鋪門頭等場所。

3.3 電機模塊的方案選擇

采用直流電機。直流電機的最大特點是連續，在它工作的時候可以基本實現平穩調速，不需要借助其它設備的配合。但是，自身結構復雜制造成本高，保養消耗大，維修成本高，適用于對位置要求不高的場所。

3.4 紅外遙控的方案選擇

采用HS0038。HS0038是由黑色環氧樹脂封裝，不受陽光和紫外線的干擾。最大接收距離是5.5米[7]。它的光檢測模塊和前置放大器集成在同一封裝上，接收紅外信號的頻率是38KHZ。

3.5 溫度傳感器的方案選擇

采用PT100溫度傳感器。PT100溫度傳感器的測量溫度范圍大，使用時需要有一個溫度不敏感的參考電阻，從而得到阻值和溫度。PT100輸出量為模擬量，主要用于工業，醫療，電機等領域的測量和控制。

3.6 光敏器件的方案選擇

采用光敏二極管。光敏二極管能夠將光轉換成電流或電壓信號的光探測器。它的兩個主要參數是光照強度和光電流，光電流的大小與光照強度是正相關的，在沒有光照時它是截止的，有光時它才會導通。簡單來說類似一個開關，有導通和截至兩種狀態。

4 軟件設計

軟件系統為：當接收到的外部光照，室內空氣質量到達上限時，單片機控制步進電機順時針旋轉，窗戶此時打開；當接收到的光照變弱時，或者光電探頭出現異常時，單片機來使步進電機逆時針旋轉，窗戶此時關閉，整體設計如下。

系統測試。該系統通過光敏電阻、紅外模塊的聯立，起到對窗戶開關的控制，達到智能化的目標。通過對系統進行實測，結果滿足預期目標并且系統運行穩定，最終達到智能控制窗戶開關，方便、智能、快捷人們的生活。

5 結束語

本設計主要使用的主要電子元器件包括STC89C52芯片、ULN2003芯片、LCD1602、ADC0832芯片以及紅外接受一體化頭VS1838b等，完成了基于單片機的智能窗戶設計。從基于人們舒適、健康、安全、便利的居住環境為背景內容展開，從系統的總體設計入手，引出軟硬件對模塊設計的具體分析，最終以實物調試和總結收尾，完成設計。

智能控制系統的出現順應市場需求和社會發展的趨勢，可以滿足人們對便利生活的向往。經過對該智能燈光控制系統的反復測試，可以達到預期所要求的目標，更好地迎合智能化生活，有著廣大的發展空間和良好的市場前景，具有較強的實用價值。