基于單片機控制的智能開閉窗系統設計

賈懷慶

（徐州礦務集團徐州華東機械廠，江蘇 徐州221006）

0 引言

近年來，隨著人們對提高生活質量以及改善生活環境的日益重視，天然氣、煤氣進入了居民家庭，為人們帶來了方便，也改善了城市的面貌，但同時也存在潛在的危險，其中一氧化碳是最主要的危險源之一。

一氧化碳是一種無色無味的氣體，由于它與人體內的血紅蛋白有高度的親和力，所以當它被吸入人體后，會使人產生疲倦、氣短、惡心和頭暈眼花等不良癥狀，當人體內吸入過多一氧化碳時甚至會使人因缺氧而死亡。為了保護人民群眾生命財產安全，亟需設計一種應用于室內的一氧化碳安全監控系統，其能在室內一氧化碳濃度超標時打開窗戶進行通風。

1 機械結構設計

機械部分采用步進電機控制的電動推桿。電動推桿是一種將電機的旋轉運動轉變為推桿直線往復運動的驅動設備，主要在各種簡單或復雜的工藝流程中作為執行機械使用，以實現遠距離控制、集中控制或自動控制。本文利用電動推桿體積小、精度高、完全同步、自鎖性能好、衛生的優點，把它作為開閉窗戶的執行機械。步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制電機設備。在正常情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，因而十分方便用單片機來進行控制。

圖1 為該裝置機械結構示意圖，側拉式的窗戶與步進電機控制的電動推桿一段連接在一起，當室內一氧化碳濃度超標時，利用單片機發出的脈沖信號控制收縮，達到開閉窗的目的。

圖1 裝置機械結構示意圖

2 系統硬件設計

系統結構圖如圖2所示，主芯STC89C52由一氧化碳傳感器輸入信號，當一氧化碳濃度超標時，蜂鳴器和聲光報警系統提示并通過脈沖信號控制電動推桿。

2.1 STC89C52單片機

STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 kb系統內可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和可編程Flash，使得STC89C52可為眾多嵌入式控制系統提供高靈活、超有效的解決方案。本系統可以充分發揮該單片機的作用。

圖2 系統結構圖

2.2 一氧化碳傳感器MGS1100

MGS1100是Motorola公司推出的一種半導體一氧化碳氣體檢測器，它采用微電子結構工藝，在微型硅橋結構中嵌入的加熱器上制作了一層Sn O2薄膜，使得這種新型器件在很寬的溫度范圍都具有敏感度，且工作穩定性好、受環境濕度影響小等。尤其值得一提的是，與傳統的一氧化碳傳感器功耗（2.5 W左右）相比，由于SnO2薄膜減少了熱傳導損失，MGS1100的功耗大大降低，其在推薦模式下工作時功耗僅10 mW左右。圖3為MGS1100等效示意圖和典型電路。圖3中的傳感器有4個管腳，其中1、3為加熱端，2、4為輸出端。

圖3 MGS1100等效示意圖和典型電路

2.3 聲光警報系統

聲光報警電路主要由P1.5、P1.6、P1.7來控制。正常工作時，系統顯示綠燈，由P1.5控制；當環境一氧化碳的濃度對人體有危害時，系統顯示紅燈，由P1.6控制；當濃度很高時，由P1.7啟動蜂鳴器報警。

2.4 其他部分電路

其他部分電路包括電源電路、復位電路、晶振電路等，在此不詳細介紹。

3 程序設計

軟件使用C語言編程，系統初始化完成以后，一氧化碳傳感器實時進行采樣，采樣數據經過A/D轉換后，通過P0口到達單片機內部。由于使用單片機進行數據處理，對于傳感器的非線性輸出，通過查表法（事先在ROM中設計工作狀態表）可得出最終結果。

4 結語

該系統除了具備傳統一氧化碳報警器的功能和優點外，還具有低功耗性、高可靠性和高靈敏性，并能夠自動打開房間窗戶，通風透氣，方便家居使用，使得生活更加智能、安全和舒適。

［1］李人風.數字化一氧化傳感器設計與開發［J］.煤礦安全，2004（12）

［2］王勇，冷劍青，徐健健.基于單片機的室內一氧化碳安全監控系統設計［J］.工業儀表與自動化裝置，2001（4）

［3］王瑤，王健，張明遠，等.新型電動自行車電瓶防盜裝置的研究［J］.中國新技術新產品，2011（16）

［4］張迎新.單片機初級教程［M］.北京航空航天大學出版社，2006