基于單片機的智能窗遠程控制系統設計

王一平 李夢達 李遷 黃天虎

摘要：在智能化愈發“流行”的時代，人們趨向于各種智能化家居，現結合單片機技術、傳感器技術與遠程控制技術，本文設計一種新型智能窗遠程控制系統，提出了硬件與軟件系統設計方案。該控制系統采用低功耗的單片機AT89S52作為主體控制中心，輔以多種傳感器實時監測室內外環境并發送信號，由單片機AT89S52處理信號并根據信號結果通過控制步進電機從而實現對窗戶的智能控制。

Abstract： In the era of more and more "popular" intellectualization， people tend to all kinds of intellectualized households. This paper designs a new type of intelligent window remote control system， which combines single-chip technology， sensor technology and remote control technology， and puts forward the design scheme of hardware and software system. The control system uses AT89S52， a low-power single-chip computer， as the main control center， assisted by a variety of sensors to monitor the indoor and outdoor environment in real time and send signals. The signal is processed by AT89S52， and the intelligent control of windows is realized by controlling stepper motors according to the results of signals.

關鍵詞：單片機;控制系統;智能窗;遠程控制

Key words： single chip microcomputer;control system;intelligent window;remote control

中圖分類號：TP271+.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）18-0131-03

0? 引言

隨著當今時代的發展和科技的進步，人民的生活水平和質量普遍提高，因而人們對于高品質的生活質量以及智能化的家居控制系統也愈發關注，從而“智能”這個概念，也愈發深入人心。與此同時，隨著科學技術、生產條件、生活水平的改善和提高，建筑結構的封閉化室內辦公人員的增加，室內空氣品質的研究吸引了越來越多人的關注。當今社會隨著人口數量的增加和人群密集程度增高，工業化的迅速發展，環境惡化程度進一步加深，空氣質量日漸下降，空氣污染及呼吸道問題已經成為國民疾病的主要殺手之一，保證良好的通風透氣是保持呼吸健康的必要保證。室內一旦突發的煤氣天然氣等有毒氣體泄漏事件就急需及時開窗通風透氣，避免發生更大的事故。社會的發展同時不可避免地提高了人們工作時間的占比，因此而經常會無法顧及到家中的情況。早晨出門上班時開窗給房子通風透氣，但是在梅雨季節經常下雨，會導致室內被雨打濕的情況但是房主在外工作無法及時關窗，造成非常大的困擾。而此項目就是致力于解決此類問題，從而提高我們的健康生活質量水平。

通過窗戶系統化、智能化以及空氣質量檢測所得出的具體數據，比較室內外的空氣質量，以及結合使用者的生活習慣，對窗戶進行自動化管理，同時也能通過遠程控制，完成效果最佳的室內通風換氣的過程，減少對生活在封閉空間人們的健康造成的威脅，為我們營造更加健康舒適的環境，同時也給繁忙的都市人，帶來更多的方便。

1? 總體設計架構

該智能窗控制系統是采用低功耗的AT89S52單片機作為整個系統的核心運算器件，通過接受數據采集系統的數據，經過內部系統處理，再轉入主控電路模塊，存儲和發出控制信號，來控制可編程控制模塊，而儲存信號的同時反饋給PC機，然后在液晶顯示板顯示數據或者空氣污染度曲線，當污染度達到限定要求，單片機控制步進電機進行窗戶的運動，達到生活所要求的空氣質量數據點。并且能夠通過無線模塊實時對家中的空氣質量進行遠程監控及控制。

2? 硬件設計

2.1 單片機最小系統設計[2]

單片機最小系統由AT89C52芯片、晶振電路和復位電路組成如圖2所示。

本系統采用的時鐘方式為AT89C52芯片內部時鐘方式，內部時鐘方式具有低功耗的優點。

為了初始化單片機內部的某些特殊功能寄存器，必須采用復位的方式，復位后可使CPU及系統各部件處于確定的初始狀態，并從初始狀態開始正常工作。

2.2 雨滴傳感器模塊

雨滴傳感器模塊使用寬電壓LM393比較器[3]，有兩種輸出形式：數字開關量輸出（0和1）和模擬量A0電壓輸出。接上5V電源，電源指示燈亮，當下雨時D0輸出為低電平，開關指示燈亮;當無雨時D0輸出為高電平，開關指示燈滅。A0模擬輸出連接單片機AD口檢測雨量大小，經單片機數據處理后控制電機正反轉從而實現窗戶的開合。

2.3 光電開關傳感器模塊

光電傳感器模塊所采用的光電開關為漫反射型，當光電開關的光源發射光束時，接受的部分產生漫反射，發射器和接收器各自在窗戶的兩端構成單個的標準部件，當接收器反射足夠的光返回到接收器時，開關狀態發生變化。窗戶軌道上有異物，漫反射型光電傳感器輸出低電平，經單片機數據處理后控制電機停轉從而保護電機;軌道無異物，漫反射型光電傳感器輸出高電平，單片機控制電機正常運行。

2.4 室內有毒氣體檢測模塊

從而通過控制電機的正反轉來控制窗戶開合。

2.5 光學灰塵傳感器模塊

光學灰塵模塊傳感器模塊采用的是PM2.5傳感器GP2Y1014AU，光學灰塵傳感器是常見的空氣凈化系統的重要部分，其高效性在檢測類似于PM2.5等微小顆粒是非常明顯的。在光學灰塵傳感器裝置中，對角放置一個紅外發光二極管和一個光電晶體管，可以檢測到空氣中微小顆粒的反射光。該傳感器具有低消耗的特點，可以搭載7VDC的傳感器。其輸出的是一個模擬電壓正比于所測得的微小顆粒的濃度，PM2.5濃度越高電壓越高，當PM2.5的值高于24小時平均濃度小于75微克/立方米，單片機控制電機反轉關閉窗戶。

2.6 遠程控制模塊

遠程控制模塊使用LK-802C聯控單路遠程WIFI開關，該開關支持自鎖、電動以及遙控的功能。通過手機APP可以遠程控制電機的正反轉和停止功能。本模塊優勢：采用WiFi作為控制信號，可實現控制的自由性;可通過手機APP自由切換開關模式：自鎖點動互鎖;控制電路和驅動電路高度隔離，最大限度減少了交流高壓對控制電路的干擾，提高控制精度。

2.7 電機驅動模塊

此步進電機[4]驅動器有6個輸入端，可方便地接成共陽或共陰的輸入形式，輸入脈沖的電平是5V，若是12V電平脈沖則要串一個1K的電阻，若是24V電平脈沖則串一個2.4K電阻;CLK有脈沖信號是電機運行，無脈沖信號時自動進入所設定的半流狀態，鎖定電機;CW低電平或懸空時電機正轉，高電平時反轉;EN低電平或懸空時為工作狀態，高電平時為脫機狀態。

2.8 顯示器模塊

選用LCD2004顯示屏作為顯示模塊，滿足了智能窗可視化要求。LCD2004具有三大優勢：體積小安裝方便;低功耗帶來的是更低的能源消耗;顯示內容豐富可滿足智能窗數據顯示要求。LCD2004采用標準的20腳接口，顯示內容為20字符*4行，字符點陣：5*8點，驅動電壓為5V并且帶有字符對比度調節和背光。

LCD2004具體連接線路圖如圖4所示。

3? 系統軟件設計

本系統使用Keil作為編譯軟件，Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，本系統采用C語言編寫方法，相較于匯編，C語言在功能、可讀性、結構性、維護性上更具有優勢。軟件編寫的整體思路是將系統按功能模塊化劃分為六個部分，分別是檢測值發送模塊、上位機模塊、上位機接口模塊、手持機（數據）模塊、手持機（質量）模塊、執行控制模塊。然后根據六個不同的模塊要實現的功能寫各個子程序。圖5為系統流程圖。

4? 結語

該系統選用的單片機為52增強型，相比之于51型功能更為強大，ROM和RAM的存儲空間更為大，同時具有較高的性價比以及較強的抗干擾能力，能夠更加準確的完成對室內空氣數據的采集以及數據處理工作。同時基于單片機為核心的控制系統，硬件與軟件能夠結合在一起，達到了簡化電路的效果，同時也節約了成本。同時該系統還有很強的延展性，它使得相互獨立的家居更加智能化，人性化。

參考文獻：

[1]羅昱開.基于AT89C52單片機的智能家居系統設計[J].電子設計工程，2019，02：71-74.

[2]郭天祥.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2012，11：35-36.

[3]王佳宇，秦磊，錢網，吳定會.基于單片機的智能窗戶控制系統的設計[J].物聯網技術，2018，05：45-46.

[4]周云聰.基于AT89C51 單片機的步進電機伺服系統設計[J].山東工業技術，2019，01.