智能化窗户的设计与制作

智能化窗户的设计与制作

施奕琪沈博阳杨俊宸何金伟

(浙江海洋学院东海科学技术学院浙江 舟山316000)

摘 要：本文设计了一种利用多种传感器采集室外温度、湿度、光照强度以及PM2.5，并利用单片机对采集到的信息进行分析、处理，同时控制伺服电机来实现窗户和窗帘自动开和关的智能化窗户．

关键词：设计传感器单片机制作伺服电机智能窗户

收稿日期：(2015-05-21)

随着上班族、旅游族的不断增加(他们在家的时间有限)，开窗通风成了一种难事．若离家开窗，则顾虑天气的变化情况，降低了工作和游玩的效率；考虑到这部分人及市场的需要，设计了一种可根据天气变化自动控制窗户和窗帘的开关装置．

1装置用途

该装置能够将检测到户外温度、湿度、光照强度和PM2.5等信息，并将检测到的信息传至单片机，由单片机进行处理和对比，并通过控制伺服电机实现窗户或窗帘的智能化自动开与关．

2装置流程

如图1所示，其中单片机被分为4个单元，分别为接收温度信息的单元1，接收湿度信息的单元2，接收PM2.5信息的单元3，接收光照信息的单元4．

图1　流程图

3装置及原理

当电路导通时，4个传感器开始同时分别采集室外温度、湿度、光照强度以及PM2.5的天气信息情况．单片机处理单元1接收从温度传感器采集的温度，当温度符合设定的温度(具体见如下3.1所示)时，伺服电机1开始运作；单片机处理单元2接收从湿度传感器采集的湿度，当湿度符合设定的湿度(具体如下3.2所示)时，伺服电机1开始运作；单片机处理单元3接收从PM2.5传感器采集的PM

2.5，当PM2.5符合设定的PM2.5(具体见如下3.3所示)时，伺服电机1开始运作；单片机处理单元4接收从光照传感器采集的光照强度，当光照强度符合设定的光照强度(具体见如下3.4所示)时，伺服电机2开始运作．

单片机的处理单元1、处理单元2和处理单元3同时控制伺服电机，只要其中一个单元判断出伺服电机正转，则窗户关闭；若这3个处理单元都判断出伺服电机反转，则窗户打开．

其中，单片机的处理单元4独自控制伺服电机2来自动控制窗帘的开与关．

3.1温度传感器

根据2002年国家环境保护总局批准发布的《室内空气质量标准》[4]中提到，夏天，室内适宜温度为22～28℃，冬天为16～24℃．室内温度过高，使人感到气胸烦闷；过低，则使之手脚冰冷，无法开展正常活动，根据不同的季节，为了室内拥有适宜的温度而使人感到舒适，在单片机单元1中可人为设置所需要的温度．

当温度传感器接收户外的温度信息，并传入单片机单元1，由单片机判断电机是否正转，夏天，若室外温度小于22℃或室外温度大于28℃时，单片机控制电机正转，窗户关闭，否则，电机反转，窗户打开；冬天，若室外温度小于16℃或室外温度大于24℃时，单片机控制电机正转，窗户关闭；否则，电机反转，窗户打开．

3.2湿度传感器

《室内空气质量标准》[4]中也有提到，夏天，室内适宜相对湿度(指空气中水汽压与饱和水汽压的百分比)为40%～80%，冬天为30%～60%．室内湿度过大，潮湿的空气导电，容易引起电器短路，对生命和财产造成伤害，如遇上雨水天气，室内家具则也会受到影响；过低，据生理学家研究，使人呼吸系统抵抗力下降，诱发和加重呼吸系统疾病．根据不同的季节，在单片机单元2中可人为设置当季相对湿度．

当湿度传感器接收户外的湿度信息，并传入单片机单元2，由单片机判断电机是否正转，夏天，若室外湿度小于40%或室外湿度大于80%，单片机控制电机正转，窗户关闭，否则，电机反转，窗户打开；冬天，若室外湿度小于30%或室外湿度大于60%时，单片机控制电机正转，窗户关闭；否则，电机反转，窗户打开．

3.3PM2.5传感器

根据PM2.5检测空气质量新标准，如表1所示.

表1　 PM2.5检测空气质量新标准

当PM2.5小于75μg·m-3时，空气质量等级为良或优，如果PM2.5大于75μg·m-3时，会引发心血管病和呼吸道疾病以及肺癌．所以，在单片机单元3中可设置PM2.5值．

当PM2.5传感器接收户外的PM2.5信息，并传入单片机单元3，由单片机判断电机是否正转，若PM2.5大于75μg·m-3，单片机控制电机正转，窗户关闭，否则，电机反转，窗户打开．

3.4光照传感器

夏季里在阳光直接照射下，光照强度可达6×104～10×104lx，没有太阳的室外0.1×104～1×104lx，夏天明朗的室内100～5 50 1x，夜间满月下为0.2 1x．白天，当光照强度大于6×104lx时，木质家具由于暴晒于阳光下会裂缝，变形，失去原有的光泽，会加速油漆和木料的老化，当然，适当的阳光，有杀菌的作用，当然，对小孩的成长发育也很重要，一旦缺乏阳光让身体形成维D，那么小孩的发育一定会产生严重问题．根据日常需要，可自行设置在单片机单元4中自行设置光照强度．

当光照传感器接收户外的光照强度信息，并传入单片机单元4，由单片机判断电机是否正转，若光照强度大于6×104lx，单片机控制电机正转，窗帘关闭，否则，电机反转，窗帘打开．

适当的开窗，有利于新鲜空气的交换，当然，当人们回到家，也可自行关闭电路，自行决定窗户或窗帘的开与关．

4装置电路图

电路图，如图2所示.

图2　电路图

其中，电机1为大功率电机，控制窗户的开关；

电机2为小功率电机，控制窗帘的开关；

①为按键，为人工控制窗户和窗帘的开关；

②为晶振，给单片机正常工作提供稳定的时钟信号；

5结果及小结

本设计完成了对智能化窗户的基本功能的设计及运行实现，且效果良好，尽管在运行过程中还有不尽人意之处，设计也不够完善,但是随着计算机技术的发展和传感器技术的成熟，该设计也将会受到普遍关注．尤其对上班族、旅游族(他们在家的时间有限)等，这种能自动控制窗户和窗帘开关的智能化窗户可部分的解决他们的后顾之忧．

这种智能化窗户的制作成本相对较低，可以被消费者接受．

参 考 文 献

1芦立娟，大学物理实验教程，上海：同济大学出版社

2高禹.C语言程序设计.北京：清华大学出版社

3徐爱钧，徐阳.单片机原理及应用——基于Proteus虚拟仿真技术.北京：机械工业出版社

4国家标准.室内空气质量标准

DesignandProductionontheIntelligentWindow

ShiYiqiShenBoyangYangJunchenHeJinwei

(ZhejiangOceanUniversity;Zhoushan，ZhejiangProvince316000)

Abstract:This article design a kind of intelligent window ,whichusea variety of sensors, to collect the outdoor temperature ,humidity，light intensity and PM2.5, and use single chip microcomputer to accept outside information ， at the same time， control the servo motor to implement the windows and the curtains opened or closed automatically.

Keywords:design;thesensor;collect;information;singlechipmicrocomputer;control;servomotor;windows