基于STC89C52單片機的智能窗控制系統研究

王 靜，馬 進

（華北電力大學 仿真與控制技術實驗室，河北 保定 071003）

0 引言

隨著人們生活水平的提高以及消費理念的改變，更潮流、更先進、更方便、更環保的家庭生活已經成為當前社會生活的主流。智能家居在我們的日常生活中的地位越來越高，智能窗也越發受到重視，這引發了世界各地科研人才的廣泛關注[1]。傳統門窗在防風、防雨、防盜、感應有毒氣體、凈化空氣等各方面不能滿足人們對舒適、環保、安全的家庭生活的需求，而智能窗的廣泛使用讓人們在家中能夠充分享受到幸福指數較高的生活，同時也讓家具以及其他家庭設施更具有人性化。

本文研究了智能窗控制系統的各個功能模塊，嘗試結合節能環保的理念以增加新功能，盡力做到整個設計裝置簡潔、高效、易于實現。

圖1 智能窗控制系統框圖Fig.1 Smart window control system block diagram

1 智能窗控制系統流程分析

1.1 控制流程分析

首先步進電機模塊開始工作，此時使得窗戶先關閉。各數據傳感器將檢測到的相應數據信號傳送給STC89C52RC單片機[2]。傳感電路實時檢測各種數據，系統將這些數據與設定值相比較，再結合當前窗戶的開關狀態，系統輸出脈沖信號用來控制步進電機，通過步進電機順時針或者逆時針的轉動進而帶動滑輪組動作，以此控制窗戶的開啟與閉合。

1.2 控制原理分析

該智能窗控制系統利用機械傳動裝置來控制窗戶的開啟或者閉合，其機械裝置主要是由步進電機來提供控制力，通過滑輪組和窗戶連接，使窗戶可以根據該控制系統的指令進行開啟或者閉合。電子自動控制系統部分包含濕度溫度探測傳感器模塊、光敏電阻傳感器模塊、煙霧探測傳感器模塊、紅外檢測防盜模塊、換風控制模塊[3]。各個數據檢測傳感器把檢測到的各種信息反映到STC89C52RC單片機上，之后由STC89C52RC單片機根據反饋過來的信息來判斷外界環境的變化情況，然后根據自己對各個模塊進行設定的程序，嚴格地執行操作命令，進而控制機械傳動裝置，讓窗戶精準的開啟或者閉合。系統總體框架如圖1所示。

2 關鍵技術分析

2.1 探測技術分析

數據檢測傳感電路[4,5]由四個部分組成，分別選用DHT11數字溫濕度傳感器；煙霧傳感器；紅外防盜探測頭；LY-C1光敏傳感器。

1）DHT11數字溫濕度傳感器，含有已校準數字信號輸出，是一個溫濕度復合傳感器。它能夠提供產品的可靠性和穩定性，因為它應用了兩個專業的技術，即數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術。STC89C52RC單片機與DHT11數字溫濕度傳感器之間的通訊同步，采用單總線數據格式，一次傳40位數據，高位先出。將溫濕度傳感器安裝在窗戶的外部，可以在天氣濕度超過70%的時候，即下雨的時候，系統可以及時有效地檢測到其變化進而控制窗戶的開關或者閉合。

2）煙霧傳感器，安裝在室內即安裝在窗戶的內部，當有毒氣體或者煙霧的濃度超過標準值的時候，煙霧傳感器會及時檢測到，并且使步進電機順時針轉動，進而帶動滑輪組執行命令使窗戶打開。于此同時，換風系統和蜂鳴器都開啟進行工作。

3）紅外檢測防盜部分中設計了激光防盜電路，其中探測器由兩部分組成，包括：發射頭、接收頭。探測原理：發射頭用來發射紅外線，接收頭用來接收紅外線，探測器導通時不發生動作。如果有人出現擋住了紅外線，會導致探測器接收頭接收不到由發射頭發射的紅外線，這種情況會使探測器斷開進而輸出低電平信號。該系統設計了兩組紅外探測器，兩個接收頭的輸出端分別連接了STC89C52RC單片機的P3.3口和P3.4口。將紅外防盜探測頭同煙霧檢測器一樣安裝在室內即安裝在窗戶的內部，當有不法分子企圖從窗戶進入屋內盜竊時，會快速檢測到并且及時報警，此時窗戶也會執行緊急閉合操作。

4）LY-C1光敏傳感器，利用光敏電阻的檢測原則，可以精確地檢測到周圍環境的光照亮度。當周圍環境的亮度沒超過設定值時，D0端口則會輸出高電平；當周圍環境的亮度超過設定值時，D0口則輸出低電平。根據這一原理，可以利用光敏電阻監測周圍環境亮度的變化，進而判斷是白天還是晚上，其中天變暗時，信號端則會輸出高電平。該系統將LY-C1傳感器的D0端口連接到單片機的P3.6口，以便STC89C52RC單片機實時檢測D0端口的變化，協調步進電機來控制窗戶的開啟或關閉。

2.2 控制及輸出技術分析

該系統采用紅外技術進行控制，紅外遙控系統可以分成兩部分：發射和接收。它的發射部分是使用的紅外發光二極管發出的并且經過調制的紅外光波；紅外接收則是由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組合而成的，紅外接收電路可以將紅外發射器發射的紅外光轉化為相應的電信號，再送后置放大器。系統設計時，為使系統不受電壓、電流、溫度等因素的影響，采用兩組ULN2003模塊和24YBJ模塊相結合的步進電機。其穩定性和控制性能非常好，并且運行過程中產生的誤差不會長期累加。

系統采用LCD1602液晶顯示屏，顯示室外的亮度、室內外溫度、室外的濕度以及系統時間等。蜂鳴器是一種把提醒人的電信號轉換成人耳能夠識別的聲音信號的轉換裝置，該系統將蜂鳴器的正極接入高電平，負極接到STC89C52RC單片機P3.1端口，已到達信號提醒的功能。

3 智能窗的應用與分析

圖2 實體安裝設計圖Fig.2 Physical installation design diagram

本次設計的智能窗戶控制系統分為兩大部分，包括：電子自動控制部分、機械傳動部分。電子控制部分使用STC89C52單片機，結合多種數據檢測傳感器實現監測控制窗戶周圍環境；機械傳動部分則利用步進電機安裝在窗戶上，這樣則不需要對原有窗戶進行大的改動，只需要將智能窗戶裝置安裝到窗戶上即可，以此來實現窗戶的開啟或者閉合。實體安裝設計如圖2所示。

設計實現如下功能：1）顯示檢測到的室外溫濕度、室內的煙霧濃度值、室外的亮度值以及系統實時監測的時間；2）可以設定出溫濕度、亮度、煙霧濃度的最大值和最小值，進而控制窗戶的開關；3）系統有按鍵，可以手動控制窗戶的開啟和閉合；4）可以設定窗戶開啟或者閉合的時間；5）利用紅外線傳感器，監測不法分子是否企圖潛入，確認之后則利用蜂鳴器進行報警，有防盜作用。

4 結論

本文研究了基于STC89C52單片機的智能窗控制系統。將STC89C52單片機與各數據檢測傳感器相結合，實時檢測溫度、濕度、光照、煙霧濃度等各種數據，進而來控制窗戶的開關實現對室內環境的調節。該系統增加了防火災以及防盜功能，提高了建筑的安全性，并且系統較好地將各技術模塊組合在一起，形成了一個性能穩定且功能優良的系統。