基于單片機(jī)的智能窗戶控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李淵淵 趙 婧 李 浩 許黎陽(yáng)

（西京學(xué)院 陜西省西安市 710123）

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的帶動(dòng)下，智能化家居也隨之獲得了進(jìn)一步的發(fā)展。STC89C52單片機(jī)憑借其整體架構(gòu)簡(jiǎn)易、單價(jià)合理等多種優(yōu)勢(shì)，在智能窗戶管控領(lǐng)域之內(nèi)獲得了頻繁的應(yīng)用。

1 基于單片機(jī)的智能窗戶控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)規(guī)劃

該系統(tǒng)主要是將STC89C52單片機(jī)作為重要基礎(chǔ)展開設(shè)計(jì)的，主要涉及到光電傳感器系統(tǒng)、碰撞傳感器系統(tǒng)、蜂鳴器報(bào)警系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、溫度濕度傳感器系統(tǒng)、紅外傳感器系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)以及紅外遙控系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的核心原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)核心原理結(jié)構(gòu)

溫度傳感器系統(tǒng)能夠?qū)Υ皯舾浇臏囟纫约皾穸冗M(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，借助A/D進(jìn)行采樣，并傳輸至單片機(jī)以及顯示器之內(nèi)，通過單片機(jī)的進(jìn)一步處理以后，在窗戶溫度超過30℃時(shí)，便能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行控制，促使電機(jī)能夠正向轉(zhuǎn)動(dòng)，促使智能化開窗得以實(shí)現(xiàn)，在窗戶附近溫度未超過10℃時(shí)，讓電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，促使智能化關(guān)窗得以實(shí)現(xiàn)。

光電傳感器系統(tǒng)會(huì)對(duì)窗戶移動(dòng)路線范圍之內(nèi)有無(wú)存在障礙物進(jìn)行有效的檢測(cè)，通過單片機(jī)的進(jìn)一步處理以后，如果存在障礙物，那么便會(huì)控制電機(jī)暫停運(yùn)作，與之相反，如果沒有存在障礙物，那么便會(huì)控制電機(jī)正常運(yùn)作。余地傳感器系統(tǒng)能夠?qū)τ袩o(wú)下雨進(jìn)行全面的檢測(cè)，通過單片機(jī)處理以后，若是檢測(cè)到下雨時(shí)，那么便會(huì)控制電機(jī)進(jìn)行反向轉(zhuǎn)動(dòng)，促使智能化關(guān)窗得以實(shí)現(xiàn)，與之相反，若是沒有下雨時(shí)，那么便會(huì)控制電機(jī)進(jìn)行正向轉(zhuǎn)動(dòng)，促使智能化開窗得以實(shí)現(xiàn)。

風(fēng)速傳感器系統(tǒng)能夠?qū)κ彝怙L(fēng)速進(jìn)行全面的檢測(cè)，同時(shí)借助A/D進(jìn)行采樣處理，并傳輸至單片機(jī)之內(nèi)，通過單片機(jī)的進(jìn)一步處理以后，若是風(fēng)速超過14m/s時(shí)，那么便會(huì)控制電機(jī)進(jìn)行反向轉(zhuǎn)動(dòng)，促使智能化關(guān)窗得以實(shí)現(xiàn)，若是風(fēng)速?zèng)]有超過14m/s時(shí)，那么便會(huì)控制電機(jī)進(jìn)行正向轉(zhuǎn)動(dòng)，促使智能化開窗得以實(shí)現(xiàn)。

人體紅外檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)Υ巴庥袩o(wú)人員存在進(jìn)行全面的檢測(cè)，通過單片機(jī)的進(jìn)一步處理以后，如果有人存在，那么便會(huì)控制電機(jī)進(jìn)行反向轉(zhuǎn)動(dòng)，促使智能化關(guān)窗得以實(shí)現(xiàn)，與此同時(shí)蜂鳴器系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警示，與之相反，若是窗外沒有人存在，那么便會(huì)控制電機(jī)維系本來狀態(tài)。

碰撞傳感器系統(tǒng)能夠?qū)Υ皯糸_關(guān)狀態(tài)進(jìn)行全面的檢測(cè)，通過單片機(jī)的進(jìn)一步處理以后，如果窗戶處于完全打開以及完全關(guān)閉的狀態(tài)，那么便會(huì)控制電機(jī)暫停運(yùn)行，與之相反，若是窗戶沒有處于完全打開以及完全關(guān)閉的狀態(tài)，那么便會(huì)控制電機(jī)維系本來的狀態(tài)。

2 基于單片機(jī)智能窗戶控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

該智能窗戶控制系統(tǒng)主要是將Keil當(dāng)作整個(gè)單片機(jī)的核心編程系統(tǒng)，C語(yǔ)言當(dāng)作其主要語(yǔ)言。借助各類傳感器系統(tǒng)對(duì)附近環(huán)境進(jìn)行全面的檢測(cè)，把信息傳輸至單片機(jī)之中，讓單片機(jī)做進(jìn)一步判斷，同時(shí)實(shí)施與之對(duì)應(yīng)的指令。單片機(jī)核心系統(tǒng)main調(diào)配其他子系統(tǒng)，剩下的全部傳感器系統(tǒng)的信息判斷以及電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、蜂鳴器警示以及LCD1602濕度溫度顯示等多項(xiàng)內(nèi)容都編制到系統(tǒng)之內(nèi)，以此為移植以及查閱提供更多的便利。

3 基于單片機(jī)智能窗戶控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該智能窗戶控制系統(tǒng)主要以STC89C52單片機(jī)為核心，為STC企業(yè)設(shè)計(jì)制造的一種更具高性能與低功耗的新型CMOS8位微控制系統(tǒng)，其中不僅包含8kB系統(tǒng)可編程FLASH儲(chǔ)存裝置，同時(shí)還包含8位CPU以及FLASH的可編程系統(tǒng)，以此讓該智能窗戶控制系統(tǒng)的實(shí)效性以及靈活性獲得了進(jìn)一步提升。

3.2 溫度濕度傳感器

整個(gè)溫度濕度傳感器系統(tǒng)主要以DHT22數(shù)字化溫度濕度傳感器為主，這一傳感器主要是在室外溫度與濕度的相關(guān)檢測(cè)中所應(yīng)用，同時(shí)把信號(hào)傳輸至單片機(jī)之內(nèi)，并在顯示屏上所呈現(xiàn)。這一傳感器之內(nèi)擁有十分穩(wěn)定的數(shù)字化模塊采集技術(shù)，可以對(duì)室外溫度濕度的各項(xiàng)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)的采集，同時(shí)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)之內(nèi)，在傳輸?shù)母鱾€(gè)數(shù)字信號(hào)之內(nèi)，其中前16個(gè)數(shù)字信號(hào)主要為濕度信息，中間的17～32個(gè)信號(hào)主要為溫度信息，最后的8個(gè)信號(hào)主要為校驗(yàn)和，能夠檢測(cè)的濕度區(qū)間主要為0～100%RH，溫度檢測(cè)區(qū)間為－40℃～80℃。

3.3 人體紅外檢測(cè)系統(tǒng)

紅外檢測(cè)系統(tǒng)主要以HC-SR501人體紅外感應(yīng)系統(tǒng)為主，該系統(tǒng)功能十分優(yōu)秀，能夠在防盜中所應(yīng)用，不僅能夠靈活的應(yīng)用全自動(dòng)感應(yīng)，促使有人步入感應(yīng)區(qū)域之內(nèi)時(shí)輸出高電平，還能夠借助光品控制，促使白天光照較強(qiáng)時(shí)無(wú)法感應(yīng)，在感應(yīng)到室外存在人員的情況下，會(huì)把高平信號(hào)傳輸至是單片機(jī)之內(nèi)，單片機(jī)會(huì)對(duì)蜂鳴器進(jìn)行調(diào)度，促使蜂鳴器做出警示，由此一來，房屋主人便能夠知道窗外存在人員。由于許多城市夏季溫度相對(duì)較高，因此在該系統(tǒng)之內(nèi)還增添了溫度補(bǔ)償RT，在室外溫度超過30℃時(shí)，便能夠做出適當(dāng)?shù)臏囟妊a(bǔ)償，促使紅外檢測(cè)系統(tǒng)更具精準(zhǔn)性與有效性。

3.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

該智能窗戶控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是借助L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)24V電流電機(jī)進(jìn)行控制。這一驅(qū)動(dòng)板能夠驅(qū)動(dòng)2路直流電機(jī)，其中ENA以及ENB能夠使能端在高電平時(shí)發(fā)揮實(shí)質(zhì)效用，借助INT1以及INT2確認(rèn)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)情況，并對(duì)其使能端輸出PWM脈沖，便能夠促使調(diào)速的目的得以實(shí)現(xiàn)。借助INT3、INT4以及ENB的電平調(diào)整，對(duì)智能窗戶控制系統(tǒng)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及情況予以進(jìn)一步的確定，在此過程中，VCC主要為5V。

3.5 風(fēng)速傳感器系統(tǒng)

風(fēng)速傳感器主要是以三杯式風(fēng)速計(jì)為主，在室外風(fēng)力的效用下，促使杯體旋轉(zhuǎn)，在此狀態(tài)下，僅需要把電壓采樣端和STC89C52單片機(jī)的A/D口進(jìn)行有機(jī)的鏈接，其余一端接地。與此同時(shí)，其有所差異的輸出電壓會(huì)和完全不同的風(fēng)速一一對(duì)應(yīng)，若是杯體轉(zhuǎn)速越快，那么電壓便會(huì)隨之提升。

4 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)主要借助STC89C52單片機(jī)和各種傳感器以及LCD1602、蜂鳴裝置等多種器件，把風(fēng)、溫、光以及電等多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，促使整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)更具穩(wěn)定性、安全性以及有效性。該系統(tǒng)借助許多快捷有效的傳感器，促使對(duì)外部環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)的目的得以實(shí)現(xiàn)，把外界信息站面呈現(xiàn)在顯示屏上，同時(shí)讓單片機(jī)控制各類系統(tǒng)模塊，促使窗戶智能化控制的目的得以實(shí)現(xiàn)，擁有一定的應(yīng)用意義以及良好的應(yīng)用趨勢(shì)。

本項(xiàng)目受西京學(xué)院學(xué)院創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目支持“智能窗戶控制器設(shè)計(jì)”（127152019074）。