优化单片机的自动窗控制系统

苗强+罗宾+孟珍+阳彩霞+蒋少玖+胡正惠+谭淇

摘 要：窗户和窗帘是保护人们基本隐私的常用工具，也是装饰家庭必不可少的家居用品，随着经济水平的不断提高，普通民众对于室内设计的要求也越来越高，普遍希望室内设计高端化和人工自动化。本文主要叙述了自动窗控制系统的设计与实现过程。自动窗控制系统的核心是STC89C52单片机，还有光照传感器、温度传感器、雨滴传感器、键盘、蜂鸣器、LCD液晶显示屏和步进电机及直流电机。该系统主要可以实现以下功能：手动开关窗帘，手动关窗户，根据光照自动关闭窗帘，根据温度自动报警，定时开关窗户，窗帘四开，显示时间、温度、光照强度等。可以根据使用者的不同做到因人而异，实现一对一个性化定制。

关键词：STC89C52单片机；自动窗；结构；步进电机

0 引言

进入21世纪以来，新的技术和创新不断推动着社会的发展，自动家居的出现，则给人们的生活带来了一场前所未有的革命。窗户及窗帘作为家居生活中重要部分，也是每个家庭的家居必需品，自然也需要自动化，因此自动窗控制系统应运而生。自动窗包括窗户和窗帘，控制系统是一个完整的系统，利用计算机技术、网络连接技术和控制技术，通过计算机进行相应的规划运行，以满足人们的需求。

1 国内外研究现状

八十年代末期，在美国开始出现将家庭窗户和控制中心联合进行管理和控制的商用系统，美国工程师将其称为Smart curtains，也就是当今自动窗系统的原型。上世纪末在新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费国际展销会”上，通过模拟的“未来之家”，推出具有新加坡特色的家庭自动窗帘控制系统，主要包括：控制功能、安全防护功能、定时关闭和基础维护功能。这样的新型模式一经推出就受到市场的极大好评，当年美国就有超过四万户家庭使用这种家庭自动窗帘控制系统。

自动窗控制系统进入中国已经有十多年了，最近的一两年正是高速发展时期。但自动窗系统因为都是国外的技术，所以价格比较昂贵，主要应用在别墅和商务楼盘等高档环境中。结合国内的生活水平以及民众的消费能力，我国现阶段主要需要功能完善、维护方便、使用简单和性价比高的自动窗控制系统。

2 系统总体方案

本系统具有一般的窗帘控制系统所具有的基础功能，并能通过单片机的控制实现根据定时时间与光照强度自动开闭窗及帘，根据温度自动报警功能。在设计方案与选用器件时，本着经济实用的思想，尽可能使电路简单化，使用最经济的器材和最简单的布线来达到使用要求。

（1）系统总体结构

经过综合的考虑，本系统由单片机最小系统、数模ADC0832转换模块、液晶LCD显示模块、温度DS18B20采集模块、DS1302时钟模块、光照采集电路、电源模块、按键模块、电机驱动模块和蜂鸣器报警模块组成。

系统的总体结构如图1所示。

自动窗系统具有手动与自动两种工作模式。手动模式与自动模式都可以通过按钮切换并且在LCD液晶屏上显示出来。

（2）硬件系统

STC89C52单片机是STC公司生产的以高性能、低能耗著称的CMOS8位微控制器，使用经典MCS-51内核，具有八位字节可编程flash存储器。STC89C52单片机有40个引脚，4个八位并行I/O接口，1个全双工异步串行口，内部含有5个中断源，两个16位定时/计数器，两个优先级。STC89C52单片机的存储系统由4k程序存储器ROM和128B的数据存储器RAM组成。另外52单片机可以在空闲模式下，CPU暂时停止工作，此时允许数据存储器RAM、串口、定时/计数器和中断继续工作；在掉电保护模式，数据存储器RAM内容保存，单片机停止工作，直到下一个复位或中断。最高运行频率为35mHz。

整个窗户和窗帘的机械结构利用丝杠各滚轮进行运动传递，效率高且稳定性好，丝杠安装在上窗框的内扣U型槽内，定心和承受载荷能力较强，为了防止跑偏和卡槽，我们适当的加大了内扣槽的宽度。从何更好实现与电机的连接配合。

（3）软件系统

主程序为无限循环，需要具有单片机初始化，菜单显示内容初始化，按键扫描，关中断，计时和电机运行等功能。进入主程序，首先关中断并设置堆栈，初始化寄存器，初始化显示内容；接着执行按键查询功能，执行相关操作。若是设定键，就設定时间然后开始计时；到达指定时间，步进电机开始工作，完成工作后停机。若是电机控制键，则进行相应的动作。若都不是，就是复位键，采取复位操作。

3 自动窗系统的主要功能

（1）手动控制：该功能是根据使用者的意愿直接通过按钮进行窗户和窗帘的自动开关；

（2）光照控制：根据光照强度，一旦超过设定的光照强度，窗帘则自动关闭；

（3）定时控制：根据使用者设定的时间来控制窗帘的打开与闭合；

（4）温度报警：如果温度超过设定值，则蜂鸣器报警；

（5）自动关窗：根据雨滴传感器检测的参数自动关窗。

（6）窗帘四开：根据光照和温度的不同，不仅实现窗帘左右两开，更能实现窗帘从两边向中间开启和关闭的四种模式。

4 总结展望

该自动窗控制系统打破了人们现有的生活方式，提高了生活质量，让人们的生活变得轻松、愉快、富有情趣。满足了现代人们所要求的自动窗控制系统，安装方便，使用快捷，具有良好的维护性，最重要的是具有良好的性价比，要让普通百姓买得起用得上。除了能够在普通家庭中使用，还能满足公共场合的使用，比如：写字楼、酒店、大型商场和温室花园等。真正的让自动窗控制系统在家居中发挥作用，让自动窗系统成为现代家居的新标志。

参考文献

[1] 李广第. 单片机基础[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2001.endprint