基于單片機的多功能窗的智能控制系統

肖瑞，葉文泉，劉敏

（惠州學院電子信息與電氣工程學院，廣東惠州，516007）

基于單片機的多功能窗的智能控制系統

肖瑞，葉文泉，劉敏

（惠州學院電子信息與電氣工程學院，廣東惠州，516007）

本文將單片機、多種傳感器和步進電機相結合，設計了一種多功能窗的智能控制系統。該系統利用不同的傳感檢測電路，不斷循環檢測室內溫度、室外溫濕度、人體紅外以及可燃氣體或煙霧等信號發送給單片機，然后單片機根據接收的不同信號發出相應的控制指令來控制步進電機的運行，進而實現對窗戶的自動開、關以及聲、光報警等多種功能。另外，此系統不僅能實時顯示檢測到的信息，還能進行手動和自動開關窗的切換，非常人性化。

智能控制；單片機；傳感器；聲光報警

0 引言

門窗對房屋的重要性是生活在現代都市的人們早已意識到的問題。隨著人們生活節奏的加快，忘記關窗的事情時有發生，一旦遇到下雨天，雨水飄進房內，會給人們帶來不必要的損失，甚至還會給盜賊創造機會或者使孩童丟失了生命；有時由于業主的疏忽，忘記打開窗戶，一旦房內燃氣泄漏超過一定程度會引發爆炸，這些都或多或少影響人們的生活質量，因此，本系統設計出一款多功能窗的智能控制系統，不僅具有手動和自動切換開、關窗的功能，還能實現天黑或者雨天自動關窗，天熱或者室內空氣不好時自動開窗，室內可燃氣體超標、有盜賊闖入或者孩童在窗邊玩耍時自動關窗并報警。

1 系統的設計方案

該系統主要由STC89C52 單片機最小控制系統、數據檢測傳感電路、窗驅動電路、蜂鳴器報警電路、LCD顯示電路等組成，如圖1所示，利用各個數據檢測傳感電路采集光度、溫度、濕度、煙霧和有無盜情等信號發送給單片機，根據這些信號單片機判斷是否需要驅動步進電機實現開、關窗和產生聲光報警信號等。另外，此智能控制系統還能將溫度和濕度實時顯示在LCD顯示屏上。

2 系統的硬件設計

2.1 單片機最小控制系統

STC89C52單片機最小系統包括震蕩電路、復位電路、單片機和電源，如圖2所示。震蕩電路使用12MHz的晶振和兩個30PF的諧振電容構成，為單片機提供系統時鐘；復位電路不僅可上電復位，也可手動復位；剛打開電源時，電容C5相當于短路，單片機RST腳短時間內處于高電平，此時單片機復位；當SW鍵按下時，RST腳為高電平，也可使單片機正常復位。

圖1 系統的設計方案

2.2 數據檢測傳感電路

人體紅外感應電路采用HC-SR501人體紅外感應器，如圖3所示。當陌生人企圖開窗進入室內盜竊或者孩童在沒人看管的情況下打開窗時，一旦接近傳感器的感應區域，則傳感器的開關就會迅速發出指令，準確反應出運動人體的位置和行程，并發送信號給單片機，單片機經過數據處理，驅動聲光報警電路報警，從而避免造成財產損失和保護孩童的安全。溫度傳感電路采用DS1820數字溫度傳感器，測溫范圍在-55○C～75○C，如圖4所示。濕度傳感電路采用DHT11數字溫濕度傳感器，電路不用考慮A/ D轉換，只需設計指定P2.3與數字溫濕度傳感器相連，如圖5所示。可燃性氣體和煙霧檢測采用旁熱式煙霧傳感器MQ-2，在無煙霧時，傳感器的阻值較高(10K左右)，一旦有煙霧進入傳感器，其阻值急劇下降，則A、B兩端電壓下降，經單片機處理后發出控制信號，控制步進電機正轉，窗戶打開，排出有毒氣體，并發出報警信號，其電路如圖6所示。光敏傳感電路由光敏電阻與驅動電路構成，如圖7所示，當外界光照較強時，光敏電阻R18阻值較小，則A點電平較低；當外界光照較弱時，光敏電阻R18阻值較大，則A點電平較高，將此電平送到單片機，由程序控制是否驅動電機開關窗。

圖2 單片機最小控制系統

圖3 人體紅外感應電路

圖4 溫度傳感電路

圖5 濕度傳感電路

圖6 聲光報警電路

2.3 蜂鳴器報警電路

蜂鳴器報警電路如圖8所示，蜂鳴器的工作電流通常比較大，電路上的TTL電平驅動不了蜂鳴器，所以電路中用一個三極管來增加通過蜂鳴器的電流。蜂鳴器的正極接5V電源，另一端接三極管的集電極，三極管的基級由單片機的P1.0管腳控制，當此管腳為低時，用軟件設置輸出高電平，三極管導通，蜂鳴器的電流形成回路，發出聲音；反之，當此管腳為高時，輸出低電平，三極管截止，蜂鳴器不發出聲音。另外，蜂鳴器的聲音大小及音調高低可通過調整P1.0管腳的置高時間及輸出的波形進行控制。

圖7 可燃性氣體和煙霧檢測電路

圖8 光敏傳感電路

2.4 LCD顯示電路

液晶顯示電路采用LCD1602，可以顯示兩行，每行16個字符，采用單+5V電源供電，此電路主要用來顯示當前溫度和濕度，如圖9所示。

圖9 LCD顯示電路圖

2.5 步進電機驅動電路

步進電機驅動電路采用PM35L-048-YTB四相步進電機，由于單片機接口信號不夠大，需要通過ULN2003放大再連接到相應的電機接口，如圖10所示。

圖10 步進電機驅動電路

3 系統的軟件設計

本設計的軟件部分包括主程序、人控模式程序和自控模式程序，分別如圖11，12和13所示。主程序僅完成系統的初始化和開始的顯示部分，然后就進入待機模式。整個程序使用模塊化的設計方法，便于分塊調試和管理，縮短了調試周期，增加了程序的可移植和可剪裁性。

圖11 系統主程序流程圖

圖12 人控模式程序流程圖

4 結論

本文設計的多功能窗的智能控制系統是以單片機STC89C52為核心，結合HC-SR501人體熱釋紅外傳感器、DS1820數字溫度傳感器、DHT11溫濕度檢測器、MQ-2可燃性氣體和煙霧傳感器、光敏傳感器、蜂鳴器、LCD1602液晶顯示器和PM35L-048-YTB四相步進電機設計而成，在一定程度上集聲、光、機、電等技術于一體，自動化程度高，具有自動防雨、防盜或小孩爬窗、防可燃氣體等功能。另外，還能實時顯示溫度和濕度值，能實現手動和自動控制開、關窗的功能，在一定程度上給予人們更加舒適干凈的生活環境。

圖13 自控模式程序流程圖

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Intelligent Control System of Multi-Function Window Based on MCU

Xiao Rui,Ye Wenquan,Liu Min
(Huizhou University Electronic Information and Electrical Engineering College, Huizhou Guangdong,516007)

The intelligent control system of a multi-function window is designed with the combination of microcomputer, various sensors and stepping motor in this paper. Several different sensing detection circuits sending information to the microcomputer are used to cyclically test some information of indoor temperature, outdoor temperature and humidity, human body infrared and combustible gas or smoke and so on. The microcomputer controls the running of step motor according to difference control instructions of receiving signals ,and then, realize the functions of automatic opening and closing the window and sound and light alarm. In addition, the intelligent control system not only can real-time display detected information, but also can realize the function of manual and automatic switching window switch ,which is very human.

Intelligent control; Microcomputer; Sensor; Sound-Light Alarm