基于AT89S52人性化窗户控制系统的设计
2014-03-20郑清兰
郑清兰
(闽南理工学院 实践中心， 福建 石狮 362700)
在人们享受物质生活的今天，科技生活正一步步的向人们走来.随着社会的发展，传感技术的日新月异，各式的传感器不声不响的欠入了人们的生活，加上物联网、云计算机、三网融合的发展，智能家居的概念在人们的头脑中产生了极大的飞跃，智能的概念也越来越深入人心.智能窗户作为智能家居的典型代表，集通信、自控和计算机技术为一体，具有很高的性价比，因此倍受人们的青睐.智能窗户是在原有窗户的基础上利用综合布线方法，通过单片机控制系统和自动检测系统技术的结合，实现窗户的自动开启和关闭，具有人性化特点.此设计具有能够根据外界温度湿度、雨量的大小、光照强度等变化情况，读取预设的值，并把各种情况通过电路送至单片机，由单片机做出判断，实现窗户的自动开启和关闭；还具有语音识别、人机对话界面，在传统单一功能智能窗户的基础上运用了多种传感器技术，具有功能强大、方便的特点[1].
1 总体设计方案及系统组成结构
根据人性化的控制要求，采用AT89S52单片机做为系统的控制核心，设置了雨水检测、光度检测、风速检测、温度检测、红外接收，电机驱动等功能模块，整体结构框图如1所示.
图1 系统总体框图
2 硬件电路的设计
2．1 电源电路模块
本设计中使用直流稳压电源电路对各电路模块进行供电，选择集成稳压器CW317，输出电压范围为1.2～36V，最大输出电流为2A左右.电路原理如图2所示，具有输出电压可调，电路简单等特点.
图2 稳压电路原理图
2．2 开关窗位置模块
该模块电路的作用是检测窗户是否已经完全打开或关闭，由分别安装在窗户和窗框上的两组限位开关组成.限位开关分别接单片机的P2.1和P2.0口，单片机检测两IO口状态即可判断现在窗户所处的位置是开启还是关闭状态[2].
2．3 雨水检测电路模块
大多数的雨水传感器使用的是光学系统，由光发射二极管(LED)、光接收二极管(LRD)、周围环境传感器、电控制单元(ECU)和几个镜头组成.如下图所示，可用于各种天气状况的监测，并转成数字信号DO和模拟信号AO输出.
接上电源，电源指示灯亮，感应板上没有水滴时，DO输出为高电平，开关指示灯灭，滴上一滴水，DO输出为低电平，开关指示灯亮，刷掉上面的水滴，又恢复到输出高电平状态，AO模拟输出，可以连接单片机的AD口检测滴在上面的雨量大小.通过单片机控制电动机的正转和反转来实现窗户的开启和关闭[3].
2．4 光度检测电路模块
1)光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，对周围环境光强最敏感，一般用来检测周围环境光的强度.输出状态灵敏度可调，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，是基于半导体光电效应工作的.入射光强，电阻减小；入射光弱，电阻增大.光敏电阻器一般用于光的测量，光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)[4].
2) LM393电压比较器.LM393为双电压比较器，LM393系列由两个偏移电压指标低达 2.0的独立精密电压比较器构成，它的功能是比较两个电压的大小，当“+”输入端电压高于“-”输入端时，电压比较器输为出为高电平.当“+”输入端电压低于“-”输入端时，电压比较器输为出为低电平.它的管脚图如3所示.
图3 LM393功能图
各管脚的功能为：8脚电源+，4脚电源-，1脚比较器 A输出，2脚比较器 A反相输入，3脚比较器 A同向输入，5脚比较器 B同向输入，6脚比较器 B反相输入，7脚比较器B输出.
图4 光度检测电路
3)光度检测电路原理.光度检测电路如图4所示，电路主要由光敏电阻和电压比较器够成.当光敏电阻受到光照时，阻值减小，分到比较器3脚的电压也减少，经双电压比较器的参考端(2脚)和输入端(3脚)比较，当Uin
2.5温度检测电路
主要采用NTC热电阻温度传感器为核心元件.热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数.该类传感器为负温度系数传感器，即传感器阻值随温度的升高而减小.电路结构如图5所示，本电路的温度检测范围为20-80℃,通过对电位器RP的调节，可以改变温度检测的阀值(即控制温度值)，如需要控
制环境温度为30度时，模块则在相应环境温度调到其绿灯亮，DO则输出高电平，低于此设定温度值时，输出高电平，绿灯不亮.DO输出端可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的温度改变；单片机接收数据发出命令控制步进电机转动，由单片机检测输出的变化，从而控制窗户的开和关[5].
图5 温度检测电路
2.6步进电机电路
步进电机是一种用多相序电流控制供电，将电脉冲信号转变为角位移的元件.它的转速由脉冲的脉冲个数和频率决定.驱动器是一种多相时序控制器，专为步进电机分时供电的.驱动原理是通过控制脉冲个数、频率，进而控制电机的角位移量及速度，达到调节电机转速的目的.步进电机电路如图6所示，主要由74LS04和75452组成[6].
图6 步进电机控制电路
步进电机由AT89C521单片机的P1.0～P1.3控制，
CS_OUT EQU 8000H
ORG 0000H
MOV DPTR，#CS_OUT
MOV A 00110011B
START：MOVX @DPTR,A
JB P1.0, ANTICLK
RL A
SJMP BJDEL
ANTICLK： RR A
BJDEL： CALL DELAY
SJMP START
DELAY：MOV R6,340h
DLP：MOV R7,#0
DJNZ R7, $
DJNZ R6, DLP
RET
END
3 软件组成结构
软件系统由风力检测、温度检测、雨水检测、光度检测等子程序构成，系统初始化后按优先级逐级进行，若某个子程序断判为是，则调用该子程序处理；若为否则程序继续往下执行，直到执行完所有的子程序为止.单处机将执行的结果控制电机的转动，实现窗户的自动开启和关闭[7].软件控制程序如图7所示.
图7 程序流程图
4 结束语
智能窗户系统实用和稳定，具有人性化的特点.系统通过各种传感器收集信号并送给单片机处理，最后控制电机，实现了不同环境条件下窗户的自动开启和关闭.此装置可用于住宅，仓库，酒店等场所，避免了在天气突变情况下人们无法开关窗户的烦恼，给生活带来了极大的便利.
[1] 孙莹.智能家居控制系统系统设计[J].仪器仪表用户,2011(4)：17-19.
[2] 李福彬.浅析智能家居[J].智能建筑与城市信息，2004(10)：39-43.
[3] 孙健.智能家居电动窗帘的设计与实现[J].机械工程与自动化，2012(2)：133-135.
[4] 陈杰.传感器与传感器应用技术[M].北京：高等教育出版社，2009.
[5] 祁和义.检测与传感器应用技术[M].北京：高等教育出版社，2009.
[6] 张华.智能家居控制系统的设计与研究[J].电脑与电信,2010(2)：65-66，69.
[7] 王自强.步进电机应用技术[M]. 北京：科学出版社，2010.
