毛靜
(安康學(xué)院 電子與信息工程系,陜西 安康 725000)
當(dāng)今世界,建筑智能化已成為一種發(fā)展趨勢,這即是人們生活的需要,也是文明程度的體現(xiàn)[1]。然而,現(xiàn)在人們所使用的窗戶依然是傳統(tǒng)的手動開關(guān)控制,更不用提智能化。如果有一種智能窗,不僅可以實(shí)現(xiàn)全自動開關(guān)窗,而且具有防盜、防雨、防風(fēng)等多種功能,就會使生活變得更加安全和方便。隨著科技的進(jìn)步,嵌入式技術(shù)已成功應(yīng)用在社會生活的各個(gè)領(lǐng)域中,使用嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)專用功能的控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)實(shí)[2-3]。
本設(shè)計(jì)提出了一種基于STC89C52單片機(jī)的智能窗系統(tǒng)。系統(tǒng)使用各種傳感器對周圍環(huán)境的濕度、溫度、可燃?xì)怏w、窗外是否有人等因素進(jìn)行信號采集并傳入單片機(jī),經(jīng)過單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,發(fā)出動作指令,控制步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行開/關(guān)窗動作。智能窗可以根據(jù)環(huán)境變化及時(shí)作出反應(yīng),通過開關(guān)窗戶等調(diào)節(jié)環(huán)境參數(shù),從而保證舒適的家居環(huán)境[4]。
系統(tǒng)基于STC89C52單片機(jī),由溫濕度檢測模塊、可燃?xì)怏w檢測模塊、紅外檢測模塊、顯示模塊、語音報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊等組成。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the power control unit test system
溫濕度檢測模塊設(shè)計(jì)采用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器,該傳感器是一種應(yīng)用廣泛并含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的復(fù)合型溫濕度傳感器[5-6]。它具有先進(jìn)的數(shù)字模塊采集技術(shù)與溫濕度傳感技術(shù),擁有這卓越的穩(wěn)定性和極高的可靠性。傳感器包括感溫部分和測濕部分兩部分[7-8]。電路如圖2所示。
圖2 DHT11電路圖Fig.2 Circuit diagram of DHT11
可燃?xì)怏w檢測模塊選用MQ-2氣體傳感器[9],電路設(shè)計(jì)圖如圖3所示,其由SnO2敏感層、微型的AL2O3陶瓷管,內(nèi)部由測量電極、加熱器構(gòu)成的敏感元件。
圖3 可燃?xì)怏w檢測電路Fig.3 Detection circuit of flammable gas
本電路的測量元件采用旁熱式煙霧傳感器MQS2B。在沒有煙霧的情況下,煙霧傳感器的阻值較高(10 kΩ左右),煙霧進(jìn)入傳感器時(shí)其阻值急劇下降,A、B兩端電壓下降。
該部分采用主動式紅外探測器[10],電路設(shè)計(jì)如圖4所示。探測器有發(fā)射頭、接收頭及處理電路組成。在正常情況下,發(fā)射頭發(fā)出紅外線,接收頭接收到紅外線,根據(jù)單片機(jī)接收到的為高、低電平,判斷窗外是否有人,從而控制窗戶開關(guān)。
驅(qū)動電路主要采用驅(qū)動芯片L9110來直接驅(qū)動電機(jī),L9110電路原理圖如圖5所示。當(dāng)正轉(zhuǎn)信號(P3.6)輸出高電平,反轉(zhuǎn)信號(P3.7)輸出低電平,電機(jī)正轉(zhuǎn),完成開窗動作。當(dāng)正傳信號(P3.6)輸出低電平,反轉(zhuǎn)信號(P3.7)輸出高電平,電機(jī)反轉(zhuǎn),完成關(guān)窗動作。
圖4 紅外檢測電路設(shè)計(jì)圖Fig.4 Detection circuit of flammable gas
圖5 電機(jī)驅(qū)動電路圖Fig.5 Motor drive circuit diagram
系統(tǒng)以Keil作為編程軟件,以C語言為編程語言[10]。系統(tǒng)程序流程如圖6所示,通過各個(gè)傳感器對外界和室內(nèi)環(huán)境條件進(jìn)行檢測,由單片機(jī)判斷采取相應(yīng)的開關(guān)窗動作。
圖6 程序流程圖Fig.6 Program flow chart
接通電源,系統(tǒng)初始化,各個(gè)傳感器開始采集相應(yīng)的環(huán)境因素信號。手動開關(guān)窗是最高優(yōu)先級,這充分體現(xiàn)了人性化設(shè)計(jì),人的意愿是最優(yōu)先考慮的。開窗動作:第二優(yōu)先級為防燃?xì)庑孤?,?dāng)檢測到燃?xì)庑孤叮姍C(jī)正轉(zhuǎn)開窗并語音報(bào)警,及時(shí)通風(fēng)換氣。第三優(yōu)先級為防盜,其次為防室溫過高。當(dāng)室溫過高并且無盜情發(fā)生,點(diǎn)擊正轉(zhuǎn)開窗。當(dāng)有盜情發(fā)生,室溫過高,系統(tǒng)默認(rèn)關(guān)窗。關(guān)窗動作:第二優(yōu)先級仍為防可燃?xì)庑孤?,其次為防盜和防雨。當(dāng)發(fā)生盜情或下雨時(shí),無燃?xì)庑孤叮到y(tǒng)責(zé)驅(qū)動點(diǎn)擊反轉(zhuǎn)關(guān)窗,實(shí)現(xiàn)防盜或防雨。一旦燃?xì)庑孤?,不予?zhí)行防盜或防雨相應(yīng)的關(guān)窗動作。
軟硬件設(shè)計(jì)完成后,對其進(jìn)行了功能測試。接通電源后,LCD1602顯示屏正常顯示室內(nèi)當(dāng)前的溫度和濕度,然后,對是否自動識別環(huán)境因素開關(guān)窗進(jìn)行了測試,通過對DHT11溫濕度傳感器呼氣,對其加濕,當(dāng)濕度超過50%RH時(shí),電機(jī)自動反轉(zhuǎn),表示關(guān)窗防雨,自動關(guān)窗功能正常。放置3分鐘,當(dāng)濕度恢復(fù)到50%RH內(nèi),電機(jī)自動正轉(zhuǎn)開窗,因此,該系統(tǒng)的溫濕度檢測、顯示、自動開關(guān)窗、手動開關(guān)窗功能均正常。
此智能窗集現(xiàn)代聲、溫、機(jī)、電等技術(shù)于一體,可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)。整個(gè)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于自動化程度高,人性化很強(qiáng),通過簡單實(shí)用的傳感器實(shí)現(xiàn)檢測電路的設(shè)計(jì),并將傳感器的輸出信號輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理,用單片機(jī)的輸出去控制電機(jī)驅(qū)動模塊、顯示模塊和語音報(bào)警模塊,最終實(shí)現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境自動關(guān)開窗。此外,本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想在智能家居、智能防盜系統(tǒng)等方面具有良好的應(yīng)用前景和較高的實(shí)用價(jià)值。
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