智能窗戶控制器的設計

南京科技職業學院 蔣偉琪 王繼偉 王 穎

本文設計一款窗戶控制器，可以根據外界光照強度、溫度濕度、下雨等情況，調整輸出電機的工作狀態，從而控制輸出電機相連的窗戶支架的伸縮，進而達到控制窗戶的開合。本系統以STC89C52芯片為核心，接受溫濕度傳感器DHT11和光敏二極管電阻的溫濕度信號和光線信號，輸出信號控制電機正反轉且據此控制窗戶支架的伸縮，無線遙控和接收模塊也可手動遙控的窗戶支架的伸縮。

隨著人們生活水平的提高，越來越多的家居往自動化智能化方向發展，但是家庭用的窗戶卻智能化程度較低，往往需要人手工開合窗戶，窗戶也不能隨天氣的變化而及時調整。為提高生活質量，本文設計一款智能窗戶控制器，可以隨外界溫度、濕度、天氣狀況自動調整窗戶的開與關。

1 工作原理分析

本文設計的智能窗戶控制器可安裝于安裝推窗的底座，窗戶的開合程度由智能窗戶控制器的輸出控制。智能窗戶控制器可以根據外界光照強度、溫度濕度、下雨等情況，調整輸出電機的工作狀態，從而控制輸出電機相連的窗戶支架的伸縮，即達到控制窗戶的開合程度。

智能窗戶控制器的原理框圖如圖1所示。其中，溫濕度和光強檢測模塊：分別通過溫濕度傳感器和光敏電阻接收溫濕度大小和光線強弱，將信號傳給單片機系統，用以驅動電機工作；限位開關：設于窗戶支架兩端，據此限定窗戶支架的伸出范圍；無線遙控和接收模塊：可以遠程控制電機的工作；單片機系統：其為智能窗戶控制器的核心，接收傳感器信號并作比較判斷，發出輸出信號控制電機工作；電機驅動模塊和電機：通過接收單片機信號驅動電機正反轉工作，電機正傳促使窗戶支架伸長，電機反轉促使窗戶支架縮回；數碼顯示模塊：通過接收單片機信號，顯示當前溫濕度；電源模塊：為電路提供電源。

圖1 智能窗戶控制器的原理框圖

2 硬件電路分析

本系統分為主電路和遙控電路，其電原理圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 智能窗戶控制器的電原理圖（主電路）

圖3 智能窗戶控制器的電原理圖（遙控電路）

溫濕度模塊采用DHT11傳感器，將當前的濕度信號通過DHT11的2號腳送入單片機的P2.0口。光強檢測模塊采用光敏電阻，即通過光照強度的變化改變光敏電阻的阻值，然后通過三極管將光敏電阻的變化轉化為三極管發射級的電平，且送給單片機的P1.0口。限位開關，采用觸點式按鍵，分別設置于窗戶支架的兩端，控制窗戶支架伸出和縮回的程度。當窗戶支架伸出或收縮到極限時，會碰觸上限或下限的限位開關，限位開關將信號傳遞給單片機的P3.4或P3.6口，電機停止轉動，從而起保護窗戶支架的作用。

無線遙控模塊采用編碼芯片PT2262和無線發射模塊FS1000A。PT2262芯片的D1、D2和D3分別連接手動自動的切換按鍵、手動開窗按鍵和手動關窗按鍵，PT2262芯片的Dout端口發出由地址碼、數據碼、同步碼組成的編碼信號。該編碼信號直接送給無線發射模塊FS1000A的DATA端，且調制在315MHz的載波信號上，通過天線（10cm長的導線）發射出去。當三個按鍵均沒有按下時，PT2262和FS1000A不得電，二者不工作，沒有信號發射。當有一個按鍵按下時，PT2262得電工作，輸出串行編碼信號；FS1000A得電工作，315MHz的高頻發射電路起振并發射等幅高頻信號。

無線接收模塊采用超再生接收模塊RH5A和解碼芯片SC2272。超再生接收模塊RH5A通過天線接收無線遙控模塊送來的信號，解調出編碼信號，且從DATA端口送到SC2272的Din端口。編碼信號經過SC2272解碼后，三個按鍵信號分別從D1、D2和D3口輸出經三極管放大后送單片機的P1.1、P1.2和P1.3。

單片機系統采用STC89C52芯片,通過P2.0口和P1.0口分別接收溫濕度模塊信號和光敏檢測模塊并作比較判斷，從而從P3.0或P3.5口輸出信號控制電機的正反轉工作；STC89C52芯片通過P1.1、P1.2和P1.3口檢測手動遙控板信號，若手動遙控板有信號，則按要求輸出信號控制電機的工作。 單片機P3.0或P3.5口的信號分別通過三極管放大后，分別接5V繼電器的線圈，繼電器的觸點均與電機相連。當P3.0有信號輸出，電機正傳，窗戶支架伸出；當P3.5有信號輸出，電機反傳，窗戶支架縮回。

3 軟件電路分析

智能窗戶控制器的軟件流程如圖4所示。當系統啟動時，默認為智能模式，系統自動檢測光線和濕度。當光線亮且濕度小時，窗戶支架伸出，即打開窗戶，當窗戶支架到達上限位開關時，窗戶支架停止動作；當光線暗或濕度大時，窗戶支架收回且到達下限位開關時，窗戶支架停止動作。當手動切換按鍵按下時，打開伸出按鍵，窗戶支架伸出，當觸碰上限位開關時停止伸出；按下收回按鍵時，窗戶支架收回，當觸碰下限位開關時停止收回。

圖4 系統流程圖

4 仿真和實驗

根據電路圖在protues中畫出電路接線圖，加載.hex文件后，切換成手動模式，點擊伸出電機正轉則窗戶支架伸出，點擊收回電機反轉則窗戶支架收回。

經過仿真圖的驗證以后，系統有兩種模式。當切換到手動模式的時候，可以通過按鍵控制電機的正反轉來控制窗戶支架的伸縮，達到開關窗的目的。當切換到自動模式的時候，系統可以根據當前的光照強度和溫濕度傳感器的數據自動進行窗戶支架的伸縮，達到開關窗的要求。

智能窗戶控制器的實物如圖5所示。

圖5 智能窗戶控制器實物圖

經調試，本文所設計的智能窗戶控制器可實現功能如下：當電源打開時，默認為智能模式；當按下遙控板上的智能模式和手動模式，實現智能模式與手動模式的切換。

智能模式：

（1）光照傳感功能：自動識別光強度（白天或夜晚）；

（2）溫濕度傳感功能：DHT11溫濕度傳感器檢測空氣的濕度，數碼管顯示濕度值。

具體執行：（1）當外界濕度小于80%時，電機工作將在白天伸出窗戶支架并在夜間收回窗戶支架，并觸碰相應的限位開關以停止旋轉；（2）當外部濕度達到80%或更高時，即使在白天窗戶支架也會自動收回，并觸碰相應的限位開關以停止旋轉。

手動模式：在智能模式下，按下手動模式按鍵，切換到手動模式。在手動模式下，可以通過按鍵進行窗戶支架的伸出和縮回操作。窗戶支架觸碰到限位開關電機會自動停止。

結語:通過仿真演示和實物調試，本文所設計一款智能窗戶控制器，可以根據外界光照強度、溫度濕度、下雨等情況，控制輸出電機的正反轉，從而控制輸出電機相連的窗戶支架的伸縮，進而實現窗戶的智能化控制。