基于STC89C52單片機的智能窗設計

毛靜

（安康學院 電子與信息工程系，陜西 安康 725000）

當今世界，建筑智能化已成為一種發展趨勢，這即是人們生活的需要，也是文明程度的體現[1]。然而，現在人們所使用的窗戶依然是傳統的手動開關控制，更不用提智能化。如果有一種智能窗，不僅可以實現全自動開關窗，而且具有防盜、防雨、防風等多種功能，就會使生活變得更加安全和方便。隨著科技的進步，嵌入式技術已成功應用在社會生活的各個領域中，使用嵌入式技術實現專用功能的控制系統已成為現實[2-3]。

本設計提出了一種基于STC89C52單片機的智能窗系統。系統使用各種傳感器對周圍環境的濕度、溫度、可燃氣體、窗外是否有人等因素進行信號采集并傳入單片機，經過單片機對數據進行分析和處理，發出動作指令，控制步進電機執行開/關窗動作。智能窗可以根據環境變化及時作出反應，通過開關窗戶等調節環境參數，從而保證舒適的家居環境[4]。

1 系統硬件設計

1.1 系統總體設計

系統基于STC89C52單片機，由溫濕度檢測模塊、可燃氣體檢測模塊、紅外檢測模塊、顯示模塊、語音報警模塊、數據處理模塊、電機驅動模塊等組成。系統整體框架如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖Fig.1 Structure diagram of the power control unit test system

1.2 溫濕度檢測模塊設計

溫濕度檢測模塊設計采用DHT11數字溫濕度傳感器，該傳感器是一種應用廣泛并含有已校準數字信號輸出的復合型溫濕度傳感器[5-6]。它具有先進的數字模塊采集技術與溫濕度傳感技術，擁有這卓越的穩定性和極高的可靠性。傳感器包括感溫部分和測濕部分兩部分[7-8]。電路如圖2所示。

圖2 DHT11電路圖Fig.2 Circuit diagram of DHT11

1.3 氣體檢測模塊設計

可燃氣體檢測模塊選用MQ-2氣體傳感器[9]，電路設計圖如圖3所示，其由SnO2敏感層、微型的AL2O3陶瓷管，內部由測量電極、加熱器構成的敏感元件。

圖3 可燃氣體檢測電路Fig.3 Detection circuit of flammable gas

本電路的測量元件采用旁熱式煙霧傳感器MQS2B。在沒有煙霧的情況下，煙霧傳感器的阻值較高(10 kΩ左右)，煙霧進入傳感器時其阻值急劇下降，A、B兩端電壓下降。

1.4 紅外檢測模塊設計

該部分采用主動式紅外探測器[10]，電路設計如圖4所示。探測器有發射頭、接收頭及處理電路組成。在正常情況下，發射頭發出紅外線，接收頭接收到紅外線，根據單片機接收到的為高、低電平，判斷窗外是否有人，從而控制窗戶開關。

1.5 電機驅動模塊設計

驅動電路主要采用驅動芯片L9110來直接驅動電機，L9110電路原理圖如圖5所示。當正轉信號（P3.6）輸出高電平，反轉信號（P3.7）輸出低電平，電機正轉，完成開窗動作。當正傳信號（P3.6）輸出低電平，反轉信號（P3.7）輸出高電平，電機反轉，完成關窗動作。

圖4 紅外檢測電路設計圖Fig.4 Detection circuit of flammable gas

圖5 電機驅動電路圖Fig.5 Motor drive circuit diagram

2 系統軟件設計

系統以Keil作為編程軟件，以C語言為編程語言[10]。系統程序流程如圖6所示，通過各個傳感器對外界和室內環境條件進行檢測，由單片機判斷采取相應的開關窗動作。

圖6 程序流程圖Fig.6 Program flow chart

接通電源，系統初始化，各個傳感器開始采集相應的環境因素信號。手動開關窗是最高優先級，這充分體現了人性化設計，人的意愿是最優先考慮的。開窗動作：第二優先級為防燃氣泄漏，當檢測到燃氣泄露，電機正轉開窗并語音報警，及時通風換氣。第三優先級為防盜，其次為防室溫過高。當室溫過高并且無盜情發生，點擊正轉開窗。當有盜情發生，室溫過高，系統默認關窗。關窗動作：第二優先級仍為防可燃氣泄露，其次為防盜和防雨。當發生盜情或下雨時，無燃氣泄露，系統責驅動點擊反轉關窗，實現防盜或防雨。一旦燃氣泄露，不予執行防盜或防雨相應的關窗動作。

3 系統功能測試

軟硬件設計完成后，對其進行了功能測試。接通電源后，LCD1602顯示屏正常顯示室內當前的溫度和濕度，然后，對是否自動識別環境因素開關窗進行了測試，通過對DHT11溫濕度傳感器呼氣，對其加濕，當濕度超過50%RH時，電機自動反轉，表示關窗防雨，自動關窗功能正常。放置3分鐘，當濕度恢復到50%RH內，電機自動正轉開窗，因此，該系統的溫濕度檢測、顯示、自動開關窗、手動開關窗功能均正常。

4 結論

此智能窗集現代聲、溫、機、電等技術于一體，可靠性高、實用性強。整個設計的創新點在于自動化程度高，人性化很強，通過簡單實用的傳感器實現檢測電路的設計，并將傳感器的輸出信號輸入到單片機中進行處理，用單片機的輸出去控制電機驅動模塊、顯示模塊和語音報警模塊，最終實現了根據環境自動關開窗。此外，本系統的設計思想在智能家居、智能防盜系統等方面具有良好的應用前景和較高的實用價值。

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