基于单片机的智能窗户开关系统设计

◇咸阳师范学院物理与电子工程学院 郝海燕 李梦琪 李瑾玥 龚杰

本文系统的阐述了智能窗户开关系统的设计理念和整体设计框架。此次设计的智能窗户开关系统采用多个传感器相联合的方式，共同监测室内空间的环境情况，并且不间断的收集各种信号，然后将传感器检测到的信号发给单片机，再与预先设置好的参数作对比，根据判断的结果控制窗户的开关。在享受人性化的生活环境下，加快了智能家庭领域的发展。

1 前言

近年来，由于我国经济水平不断提高和科技力量日益昌盛，使得各种智能化系统不断渗透到人们日常生活中，给人们生活的方方面面带来了诸多便利和实用[1]。从之前的可居住型转变为具备健康、舒适、安全、便捷的新型居住理念，随着电子信息技术的不断发达，单片机技术也在不断更新[2]，单片机变得更小，集成度变得更高，价格低廉，所以单片机的优势已经在很多领域得到了充分的肯定，并且具有广泛的应用空间，如数据收集，仪器的智能化方面。因此用单片机来研发一款智能窗户自动开关系统便显得有很大的研究价值。

2 总体方案

本次设计将使用单片机作为控制机制，多种传感器作为信息收集传导的工具，利用电机驱动电路，软硬件相结合，来实现对自动开关窗户整个过程的控制[4]。根据周围环境综合评估实现窗户有效的开启或者关闭。控制窗户开关有三种方式，第一种是自动控制，第二种是红外遥控操控，第三种是按键控制。自动控制中有光控，温湿度控制，定时和有害气体检测等功能，都是借助不同接口和MCU电路连接实现对窗户的打开或关闭部分，电路连接部分是由五个按键、红外遥控模块、光敏传感器、烟雾传感器、温湿度传感器，光电传感器、电机、微处理器所构成。

3 主要模块器件的选型

3.1 主控芯片的方案选择

采用AT89C51单片机。AT89C51是一个CMOS 8位微处理器。其具有编程方便，结构简便，成本低，易于控制等优点。但缺点是其低频，数据处理能力差，控制能力不强，系统可靠性不高。

3.2 显示模块的方案选择

采用LED数码管。LED数码管是一个“8”字型的元器件，它可以均匀排成大面积显示区域，能够显示各种图文，它的驱动有静态和动态两种，主要用于广告招牌，商铺门头等场所。

3.3 电机模块的方案选择

采用直流电机。直流电机的最大特点是连续，在它工作的时候可以基本实现平稳调速，不需要借助其它设备的配合。但是，自身结构复杂制造成本高，保养消耗大，维修成本高，适用于对位置要求不高的场所。

3.4 红外遥控的方案选择

采用HS0038。HS0038是由黑色环氧树脂封装，不受阳光和紫外线的干扰。最大接收距离是5.5米[7]。它的光检测模块和前置放大器集成在同一封装上，接收红外信号的频率是38KHZ。

3.5 温度传感器的方案选择

采用PT100温度传感器。PT100温度传感器的测量温度范围大，使用时需要有一个温度不敏感的参考电阻，从而得到阻值和温度。PT100输出量为模拟量，主要用于工业，医疗，电机等领域的测量和控制。

3.6 光敏器件的方案选择

采用光敏二极管。光敏二极管能够将光转换成电流或电压信号的光探测器。它的两个主要参数是光照强度和光电流，光电流的大小与光照强度是正相关的，在没有光照时它是截止的，有光时它才会导通。简单来说类似一个开关，有导通和截至两种状态。

4 软件设计

软件系统为：当接收到的外部光照，室内空气质量到达上限时，单片机控制步进电机顺时针旋转，窗户此时打开；当接收到的光照变弱时，或者光电探头出现异常时，单片机来使步进电机逆时针旋转，窗户此时关闭，整体设计如下。

系统测试。该系统通过光敏电阻、红外模块的联立，起到对窗户开关的控制，达到智能化的目标。通过对系统进行实测，结果满足预期目标并且系统运行稳定，最终达到智能控制窗户开关，方便、智能、快捷人们的生活。

5 结束语

本设计主要使用的主要电子元器件包括STC89C52芯片、ULN2003芯片、LCD1602、ADC0832芯片以及红外接受一体化头VS1838b等，完成了基于单片机的智能窗户设计。从基于人们舒适、健康、安全、便利的居住环境为背景内容展开，从系统的总体设计入手，引出软硬件对模块设计的具体分析，最终以实物调试和总结收尾，完成设计。

智能控制系统的出现顺应市场需求和社会发展的趋势，可以满足人们对便利生活的向往。经过对该智能灯光控制系统的反复测试，可以达到预期所要求的目标，更好地迎合智能化生活，有着广大的发展空间和良好的市场前景，具有较强的实用价值。