多功能窗户控制系统的设计和应用

2015-12-20来天皓陈森林

电子科技 2015年5期

来天皓，陈森林

(陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西西安 710119)

随着科技的发展，家居智能化成为21世纪新概念住宅的发展趋势。智能家居控制系统旨在让人们在家中能够享受到更安全、更舒适、更方便的生活。

人们的居室，都有窗户，窗户虽能通风、采光，方便生活，但也会招致曝晒、进雨等负面效应。由此，本文将普通窗户经过一系列的智能化设计，使用户除选择手动或遥控来开关窗户外，还可通过按键来设定时间、光线强度限值、湿度限值、温度限值、烟雾限值等，当外界环境达到其中某一设定值后，窗户便会自动开闭。一旦有物体接近窗户时，便会立即关闭并发出报警。该系统既方便、安全，又优化了人们的生活方式。

1 系统结构设计

本文设计的多功能窗户主要由单片机最小系统、传感器采集模块、红外遥控模块、步进电机模块、按键模块、液晶显示模块等组成，以STC89C52单片机为控制核心，实现各个功能的协调运行［1－2］。系统工作时，各传感器不断采集外部的环境参数，一旦采集到用户所设定的值时，便将信号传送到单片机，单片机则发出让步进电机正转或反转的指令，以达到开关窗户的目的。

图1 系统结构图

此外，本设计还通过软件编程，实现了对窗户开关的定时控制，并将所有接收到的参数信息直接显示到液晶显示模块上，使用户能实时观测到目前系统的运行状态，同时，可以通过键盘模块建立或修改设定值，达到人机交互的目的。

2 主要硬件模块设计

2.1 单片机最小系统模块

单片机最小系统包括单片机、电源电路、晶振电路、复位电路等，是系统运行的核心。设计采用STC89C52［3］作为控制芯片，是目前应用广泛的单片机之一。STC89C52具有 8 kB Flash，512 Byte RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4 kB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构，全双工串行口，可以满足设计的基本要求。因此，通过单片机，可以较好地控制其它各个模块的正常运作。

2.2 传感器采集模块

光强检测与气体检测电路如图2所示，该部分电路通过A/D转换器，将传感器［4］产生的模拟量转换为数字量，传送至单片机中。

图2 光强检测与气体检测电路

电路中使用的A/D转换芯片为ADC0832，是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片，可通过DI端选择数据通道，实现双通道信号的采集。光敏电阻［5］是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，当受到光照时，光生电子/空穴对增加，阻值减小，两端的电压发生变化，从而使单片机接收到该变化，作出相应的反应。气体传感器采用MQ－2可燃气体烟雾传感器，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。当烟雾值升高时，其阻值会发生变化，同样使单片机接受该变化并作出相应的反应。通过上述模块，可实现对外界光强与烟雾气体的检测，经过软件编程，可起到根据光强开关窗以及防止室内有害烟雾浓度过高的功能。

温湿度检测使用DHT11数字温湿度传感器［6］，它是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，可直接与8位单片机相连接。通过上述模块，可实现对外界温度及湿度的检测，经过软件编程，起到防雨功能。

光电开关是利用被检测物对光束的遮挡或反射，把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测物体的有无的传感器。它可与单片机直接相连，当有障碍物靠近时，其输出的电平将改变，通过单片机的软件编程，即可关闭窗户。