基于单片机的多功能窗的智能控制系统

肖瑞，叶文泉，刘敏

（惠州学院电子信息与电气工程学院，广东惠州，516007）

基于单片机的多功能窗的智能控制系统

肖瑞，叶文泉，刘敏

（惠州学院电子信息与电气工程学院，广东惠州，516007）

本文将单片机、多种传感器和步进电机相结合，设计了一种多功能窗的智能控制系统。该系统利用不同的传感检测电路，不断循环检测室内温度、室外温湿度、人体红外以及可燃气体或烟雾等信号发送给单片机，然后单片机根据接收的不同信号发出相应的控制指令来控制步进电机的运行，进而实现对窗户的自动开、关以及声、光报警等多种功能。另外，此系统不仅能实时显示检测到的信息，还能进行手动和自动开关窗的切换，非常人性化。

智能控制；单片机；传感器；声光报警

0 引言

门窗对房屋的重要性是生活在现代都市的人们早已意识到的问题。随着人们生活节奏的加快，忘记关窗的事情时有发生，一旦遇到下雨天，雨水飘进房内，会给人们带来不必要的损失，甚至还会给盗贼创造机会或者使孩童丢失了生命；有时由于业主的疏忽，忘记打开窗户，一旦房内燃气泄漏超过一定程度会引发爆炸，这些都或多或少影响人们的生活质量，因此，本系统设计出一款多功能窗的智能控制系统，不仅具有手动和自动切换开、关窗的功能，还能实现天黑或者雨天自动关窗，天热或者室内空气不好时自动开窗，室内可燃气体超标、有盗贼闯入或者孩童在窗边玩耍时自动关窗并报警。

1 系统的设计方案

该系统主要由STC89C52 单片机最小控制系统、数据检测传感电路、窗驱动电路、蜂鸣器报警电路、LCD显示电路等组成，如图1所示，利用各个数据检测传感电路采集光度、温度、湿度、烟雾和有无盗情等信号发送给单片机，根据这些信号单片机判断是否需要驱动步进电机实现开、关窗和产生声光报警信号等。另外，此智能控制系统还能将温度和湿度实时显示在LCD显示屏上。

2 系统的硬件设计

2.1 单片机最小控制系统

STC89C52单片机最小系统包括震荡电路、复位电路、单片机和电源，如图2所示。震荡电路使用12MHz的晶振和两个30PF的谐振电容构成，为单片机提供系统时钟；复位电路不仅可上电复位，也可手动复位；刚打开电源时，电容C5相当于短路，单片机RST脚短时间内处于高电平，此时单片机复位；当SW键按下时，RST脚为高电平，也可使单片机正常复位。

图1 系统的设计方案

2.2 数据检测传感电路

人体红外感应电路采用HC-SR501人体红外感应器，如图3所示。当陌生人企图开窗进入室内盗窃或者孩童在没人看管的情况下打开窗时，一旦接近传感器的感应区域，则传感器的开关就会迅速发出指令，准确反应出运动人体的位置和行程，并发送信号给单片机，单片机经过数据处理，驱动声光报警电路报警，从而避免造成财产损失和保护孩童的安全。温度传感电路采用DS1820数字温度传感器，测温范围在-55○C～75○C，如图4所示。湿度传感电路采用DHT11数字温湿度传感器，电路不用考虑A/ D转换，只需设计指定P2.3与数字温湿度传感器相连，如图5所示。可燃性气体和烟雾检测采用旁热式烟雾传感器MQ-2，在无烟雾时，传感器的阻值较高(10K左右)，一旦有烟雾进入传感器，其阻值急剧下降，则A、B两端电压下降，经单片机处理后发出控制信号，控制步进电机正转，窗户打开，排出有毒气体，并发出报警信号，其电路如图6所示。光敏传感电路由光敏电阻与驱动电路构成，如图7所示，当外界光照较强时，光敏电阻R18阻值较小，则A点电平较低；当外界光照较弱时，光敏电阻R18阻值较大，则A点电平较高，将此电平送到单片机，由程序控制是否驱动电机开关窗。

图2 单片机最小控制系统

图3 人体红外感应电路

图4 温度传感电路

图5 湿度传感电路

图6 声光报警电路

2.3 蜂鸣器报警电路

蜂鸣器报警电路如图8所示，蜂鸣器的工作电流通常比较大，电路上的TTL电平驱动不了蜂鸣器，所以电路中用一个三极管来增加通过蜂鸣器的电流。蜂鸣器的正极接5V电源，另一端接三极管的集电极，三极管的基级由单片机的P1.0管脚控制，当此管脚为低时，用软件设置输出高电平，三极管导通，蜂鸣器的电流形成回路，发出声音；反之，当此管脚为高时，输出低电平，三极管截止，蜂鸣器不发出声音。另外，蜂鸣器的声音大小及音调高低可通过调整P1.0管脚的置高时间及输出的波形进行控制。

图7 可燃性气体和烟雾检测电路

图8 光敏传感电路

2.4 LCD显示电路

液晶显示电路采用LCD1602，可以显示两行，每行16个字符，采用单+5V电源供电，此电路主要用来显示当前温度和湿度，如图9所示。

图9 LCD显示电路图

2.5 步进电机驱动电路

步进电机驱动电路采用PM35L-048-YTB四相步进电机，由于单片机接口信号不够大，需要通过ULN2003放大再连接到相应的电机接口，如图10所示。

图10 步进电机驱动电路

3 系统的软件设计

本设计的软件部分包括主程序、人控模式程序和自控模式程序，分别如图11，12和13所示。主程序仅完成系统的初始化和开始的显示部分，然后就进入待机模式。整个程序使用模块化的设计方法，便于分块调试和管理，缩短了调试周期，增加了程序的可移植和可剪裁性。

图11 系统主程序流程图

图12 人控模式程序流程图

4 结论

本文设计的多功能窗的智能控制系统是以单片机STC89C52为核心，结合HC-SR501人体热释红外传感器、DS1820数字温度传感器、DHT11温湿度检测器、MQ-2可燃性气体和烟雾传感器、光敏传感器、蜂鸣器、LCD1602液晶显示器和PM35L-048-YTB四相步进电机设计而成，在一定程度上集声、光、机、电等技术于一体，自动化程度高，具有自动防雨、防盗或小孩爬窗、防可燃气体等功能。另外，还能实时显示温度和湿度值，能实现手动和自动控制开、关窗的功能，在一定程度上给予人们更加舒适干净的生活环境。

图13 自控模式程序流程图

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Intelligent Control System of Multi-Function Window Based on MCU

Xiao Rui,Ye Wenquan,Liu Min
(Huizhou University Electronic Information and Electrical Engineering College, Huizhou Guangdong,516007)

The intelligent control system of a multi-function window is designed with the combination of microcomputer, various sensors and stepping motor in this paper. Several different sensing detection circuits sending information to the microcomputer are used to cyclically test some information of indoor temperature, outdoor temperature and humidity, human body infrared and combustible gas or smoke and so on. The microcomputer controls the running of step motor according to difference control instructions of receiving signals ,and then, realize the functions of automatic opening and closing the window and sound and light alarm. In addition, the intelligent control system not only can real-time display detected information, but also can realize the function of manual and automatic switching window switch ,which is very human.

Intelligent control; Microcomputer; Sensor; Sound-Light Alarm