智能化窗戶的設計與制作

智能化窗戶的設計與制作

施奕琪沈博陽楊俊宸何金偉

(浙江海洋學院東海科學技術學院浙江 舟山316000)

摘 要：本文設計了一種利用多種傳感器采集室外溫度、濕度、光照強度以及PM2.5，并利用單片機對采集到的信息進行分析、處理，同時控制伺服電機來實現窗戶和窗簾自動開和關的智能化窗戶．

關鍵詞：設計傳感器單片機制作伺服電機智能窗戶

收稿日期：(2015-05-21)

隨著上班族、旅游族的不斷增加(他們在家的時間有限)，開窗通風成了一種難事．若離家開窗，則顧慮天氣的變化情況，降低了工作和游玩的效率；考慮到這部分人及市場的需要，設計了一種可根據天氣變化自動控制窗戶和窗簾的開關裝置．

1裝置用途

該裝置能夠將檢測到戶外溫度、濕度、光照強度和PM2.5等信息，并將檢測到的信息傳至單片機，由單片機進行處理和對比，并通過控制伺服電機實現窗戶或窗簾的智能化自動開與關．

2裝置流程

如圖1所示，其中單片機被分為4個單元，分別為接收溫度信息的單元1，接收濕度信息的單元2，接收PM2.5信息的單元3，接收光照信息的單元4．

圖1　流程圖

3裝置及原理

當電路導通時，4個傳感器開始同時分別采集室外溫度、濕度、光照強度以及PM2.5的天氣信息情況．單片機處理單元1接收從溫度傳感器采集的溫度，當溫度符合設定的溫度(具體見如下3.1所示)時，伺服電機1開始運作；單片機處理單元2接收從濕度傳感器采集的濕度，當濕度符合設定的濕度(具體如下3.2所示)時，伺服電機1開始運作；單片機處理單元3接收從PM2.5傳感器采集的PM

2.5，當PM2.5符合設定的PM2.5(具體見如下3.3所示)時，伺服電機1開始運作；單片機處理單元4接收從光照傳感器采集的光照強度，當光照強度符合設定的光照強度(具體見如下3.4所示)時，伺服電機2開始運作．

單片機的處理單元1、處理單元2和處理單元3同時控制伺服電機，只要其中一個單元判斷出伺服電機正轉，則窗戶關閉；若這3個處理單元都判斷出伺服電機反轉，則窗戶打開．

其中，單片機的處理單元4獨自控制伺服電機2來自動控制窗簾的開與關．

3.1溫度傳感器

根據2002年國家環境保護總局批準發布的《室內空氣質量標準》[4]中提到，夏天，室內適宜溫度為22～28℃，冬天為16～24℃．室內溫度過高，使人感到氣胸煩悶；過低，則使之手腳冰冷，無法開展正常活動，根據不同的季節，為了室內擁有適宜的溫度而使人感到舒適，在單片機單元1中可人為設置所需要的溫度．

當溫度傳感器接收戶外的溫度信息，并傳入單片機單元1，由單片機判斷電機是否正轉，夏天，若室外溫度小于22℃或室外溫度大于28℃時，單片機控制電機正轉，窗戶關閉，否則，電機反轉，窗戶打開；冬天，若室外溫度小于16℃或室外溫度大于24℃時，單片機控制電機正轉，窗戶關閉；否則，電機反轉，窗戶打開．

3.2濕度傳感器

《室內空氣質量標準》[4]中也有提到，夏天，室內適宜相對濕度(指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比)為40%～80%，冬天為30%～60%．室內濕度過大，潮濕的空氣導電，容易引起電器短路，對生命和財產造成傷害，如遇上雨水天氣，室內家具則也會受到影響；過低，據生理學家研究，使人呼吸系統抵抗力下降，誘發和加重呼吸系統疾病．根據不同的季節，在單片機單元2中可人為設置當季相對濕度．

當濕度傳感器接收戶外的濕度信息，并傳入單片機單元2，由單片機判斷電機是否正轉，夏天，若室外濕度小于40%或室外濕度大于80%，單片機控制電機正轉，窗戶關閉，否則，電機反轉，窗戶打開；冬天，若室外濕度小于30%或室外濕度大于60%時，單片機控制電機正轉，窗戶關閉；否則，電機反轉，窗戶打開．

3.3PM2.5傳感器

根據PM2.5檢測空氣質量新標準，如表1所示.

表1　 PM2.5檢測空氣質量新標準

當PM2.5小于75μg·m-3時，空氣質量等級為良或優，如果PM2.5大于75μg·m-3時，會引發心血管病和呼吸道疾病以及肺癌．所以，在單片機單元3中可設置PM2.5值．

當PM2.5傳感器接收戶外的PM2.5信息，并傳入單片機單元3，由單片機判斷電機是否正轉，若PM2.5大于75μg·m-3，單片機控制電機正轉，窗戶關閉，否則，電機反轉，窗戶打開．

3.4光照傳感器

夏季里在陽光直接照射下，光照強度可達6×104～10×104lx，沒有太陽的室外0.1×104～1×104lx，夏天明朗的室內100～5 50 1x，夜間滿月下為0.2 1x．白天，當光照強度大于6×104lx時，木質家具由于暴曬于陽光下會裂縫，變形，失去原有的光澤，會加速油漆和木料的老化，當然，適當的陽光，有殺菌的作用，當然，對小孩的成長發育也很重要，一旦缺乏陽光讓身體形成維D，那么小孩的發育一定會產生嚴重問題．根據日常需要，可自行設置在單片機單元4中自行設置光照強度．

當光照傳感器接收戶外的光照強度信息，并傳入單片機單元4，由單片機判斷電機是否正轉，若光照強度大于6×104lx，單片機控制電機正轉，窗簾關閉，否則，電機反轉，窗簾打開．

適當的開窗，有利于新鮮空氣的交換，當然，當人們回到家，也可自行關閉電路，自行決定窗戶或窗簾的開與關．

4裝置電路圖

電路圖，如圖2所示.

圖2　電路圖

其中，電機1為大功率電機，控制窗戶的開關；

電機2為小功率電機，控制窗簾的開關；

①為按鍵，為人工控制窗戶和窗簾的開關；

②為晶振，給單片機正常工作提供穩定的時鐘信號；

5結果及小結

本設計完成了對智能化窗戶的基本功能的設計及運行實現，且效果良好，盡管在運行過程中還有不盡人意之處，設計也不夠完善,但是隨著計算機技術的發展和傳感器技術的成熟，該設計也將會受到普遍關注．尤其對上班族、旅游族(他們在家的時間有限)等，這種能自動控制窗戶和窗簾開關的智能化窗戶可部分的解決他們的后顧之憂．

這種智能化窗戶的制作成本相對較低，可以被消費者接受．

參 考 文 獻

1蘆立娟，大學物理實驗教程，上海：同濟大學出版社

2高禹.C語言程序設計.北京：清華大學出版社

3徐愛鈞，徐陽.單片機原理及應用——基于Proteus虛擬仿真技術.北京：機械工業出版社

4國家標準.室內空氣質量標準

DesignandProductionontheIntelligentWindow

ShiYiqiShenBoyangYangJunchenHeJinwei

(ZhejiangOceanUniversity;Zhoushan，ZhejiangProvince316000)

Abstract:This article design a kind of intelligent window ,whichusea variety of sensors, to collect the outdoor temperature ,humidity，light intensity and PM2.5, and use single chip microcomputer to accept outside information ， at the same time， control the servo motor to implement the windows and the curtains opened or closed automatically.

Keywords:design;thesensor;collect;information;singlechipmicrocomputer;control;servomotor;windows