太陽能式智能通風控制系統的設計

李 杰 史非凡 張 權 徐睿麟

（東南大學成賢學院，江蘇 南京210088）

1 概述

隨著當今國內外科技的不斷進步發展，智能家居已經成為當今社會發展的主流。目前，對于市面上的智能家居當中，平移窗戶的智能化卻沒有得到進一步的發展，無法滿足人們對更高生活質量的追求。

本設計的目的是太陽能充電板在陽光的照耀下經過穩壓芯片穩壓后給TP4056 芯片提供電源和充電電池充電，電池再給智能通風控制系統供電，通風控制系統則采用了多個傳感器對室內的環境變化進行實時的檢測和采集，并將采集的數據傳入單片機內部，單片機通過設計的指令驅動步進電機智能地進行開關窗戶通風，本系統還可通過紅外線監測室外情況報警實現防盜功能，用戶也可以手動或者手機連接藍牙進行開關窗戶通風。營造了一種綠色節能、安全舒適的生活環境，使窗戶更加智能化、人性化。

2 系統總體設計

太陽能式智能通風控制系統是基于STC89C52 單片機與多個傳感器結合的節能智能通風控制系統。其主要包括單片機STC89C52、太陽能充電電路、ADC0832 轉換模塊、太陽能充電電池、LCD1602 顯示模塊、電源模塊、光敏電阻傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、風扇模塊、紅外線監測模塊、藍牙模塊。如圖1 所示。

3 系統硬件設計

3.1 單片機STC89C52。采用STC89C52 單片機作為核心，用其測量、控制信息系統，來實現我們所需要的性能分析指標。充分分析我們的系統，關鍵是實現太陽能的充放電和智能通風控制系統自動控制，而此時，單片機顯示出其控制簡單、方便、快捷的優勢。這樣一來，STC89C52 單片機系統就可以進行充分發展發揮其資源強大的優勢、有較為強大的控制功能及可位尋址操作管理功能、價格低廉等優點。STC89C52 單片機具有強大的位操作指令，I/O 口可按位尋址，程序空間高達8K，完全可以滿足本設計的需要。更值得一提的是，STC89C52 單片機的價格非常低。

3.2 顯示功能模塊：采用LCD1602 液晶作為顯示器，能夠清晰的在液晶上顯示太陽能電池的實時電壓和充電時間以及通風控制系統中室內的光照強度、煙霧濃度、溫濕度、當前時間等參數信息，用戶可通過按鍵來設定當前的時間和所需開關窗戶各個參數的值。

圖1 系統原理框圖

3.3 太陽能充電升壓模塊。太陽能充電板在陽光的照耀下會產生電荷，用18650 鋰電池存儲太陽能電池板的電荷，經過充電模塊給鋰電池充電同時也可以通過充電模塊上的USB 接口用手機充電器快速充電。充電時當紅色指示燈亮，說明鋰電池正在充電中，當指示燈變為綠燈亮時，鋰電池充電完成。用戶可手動切換太陽能充電和USB 接口充電。當鋰電池的電壓為3.7V時，單片機控制繼電器斷開充電回路，防止繼續充電。當單片機輸出低電平時，斷開充電電路，繼電器工作的指示燈點亮。當單片機輸出高電平時，繼電器工作指示燈熄滅，充電系統恢復正常。升壓模塊將3.7V 的電壓升到5V 來給自身系統供電（5V 500mA）和智能通風控制系統充電（5V 3A）。

3.4 光照傳感器模塊。該模塊功能的實現是通過光敏電阻輸出信號，輸出的信號經過AD 采樣芯片轉換后輸入到單片機完成相應指令。當光的照度LUX 高于或者低于用戶所設定的某個范圍值的時候，單片機通過指令實現窗戶的開閉。當光的照度LUX 在這個范圍內時，單片機不發出開關窗的指令。

3.5 溫濕度傳感器。該傳感器采用DHT11 溫濕度傳感器，它包括NTC 測溫元件和電阻式感濕元件。該模塊的主要功能是實時檢測室內的溫濕度，將信號輸入給單片機，單片機將接收到的數值和用戶所設定的數值進行比較，進行相應的開關窗指令動作。

3.6 煙霧傳感器。傳感器采用mq-2 傳感器，其敏感材料為高活性金屬氧化物半導體，傳感器加熱，在不同氣體濃度下在不同的電導率下,對可燃氣、煙霧等氣體靈敏度高。當環境中可燃氣、煙霧等氣體濃度越高，AO 引腳輸出的電壓值越高，通過ADC 采集的模擬值越高，將信號輸入到單片機，單片機將接收到的數值和用戶所設定的數值進行比較，當濃度高于設定值時，蜂鳴器會發出警報，同時窗戶打開、風扇轉動進行通風。

3.7 紅外監測模塊。該部分主要通過紅外發射管發出不可見的紅外光，紅外光經檢測面反射后被接收管接收，從而檢測到物體，同時發出警報，窗戶自動關閉。

3.8 藍牙控制模塊。該模塊采用了CC2541 藍牙模塊，該模塊能耗低、使用方便，非常適合本系統的需求。用戶使用手機藍牙和本系統連接，進行遠程的開關窗戶。

4 系統軟件設計

本系統通過STC89C52 單片機作為系統的控制端和數據處理端。用戶可以在LCD1602 液晶顯示器上進行人機互動，可以觀察當前太陽能充電電壓和充電時間以及室內光照強度、溫濕度、煙霧濃度等環境參數，也可以自己設定相應需要的數值。太陽能充電系統和智能通風控制系統軟件如圖2、圖3 所示。

5 結論

圖2 太陽能充電系統程序流程圖

圖3 智能通風控制系統程序流程圖

隨著智能家居社會主流的發展，太陽能式智能通風控制系統在普通窗戶的基礎上進行的人性化智能設計以及其通過太陽能供電順應了國家對新能源大力發展的倡導，將在未來受到大多數消費者的青睞。該系統的綠色節能、使用方便、便于定制、實用性強、安全性高等特點，將在未來智能家居行業得到更為廣泛的發展，擁有很廣闊的發展前景。

成品展示如圖4。

圖4 太陽能式智能通風控制系統成品