陳彩玲

（江蘇省太倉中等專業(yè)學(xué)校，江蘇太倉，215400）

0 引言

室內(nèi)玻璃窗對人們室內(nèi)活動產(chǎn)生了重要影響，其設(shè)計(jì)是否合理直接影響著人們的正常生活。如：玻璃設(shè)計(jì)過大、過寬會影響空氣出入；窗戶結(jié)構(gòu)過復(fù)雜會影響使用和美觀；窗戶開啟設(shè)計(jì)不合理會影響室內(nèi)通風(fēng)；窗戶密封性差會導(dǎo)致蚊蟲進(jìn)入室內(nèi)，等。因此，為了使室內(nèi)窗在應(yīng)用過程中更貼近人們生活需求，本文針對現(xiàn)有折疊窗進(jìn)行了升級，設(shè)計(jì)了一款智能系統(tǒng)，使其應(yīng)用過程更加便捷、人性化。本文的研究具有一定現(xiàn)實(shí)意義，為相關(guān)的設(shè)計(jì)研究工作提供了參考。

1 智能折疊窗系統(tǒng)功能概述

折疊窗主要功能組件如下：（1）電機(jī)驅(qū)動模塊。該模塊提供驅(qū)動控制功能，為智能折疊窗開合提供驅(qū)動控制。（2）按鍵模塊。系統(tǒng)切換手動模式時，可以通過按鍵模塊實(shí)現(xiàn)折疊窗的開關(guān)。（3）雨滴檢測模塊、煙霧檢測模塊和濕度檢測模塊。通過傳感器實(shí)時對窗外雨滴狀態(tài)、室內(nèi)煙霧及濕度狀態(tài)進(jìn)行檢測，將檢測結(jié)果通過該模塊系統(tǒng)進(jìn)行分析、判斷，為智能折疊窗下一步動作提供判別依據(jù)。（4）報警檢測模塊。該模塊有防盜檢測功能，一旦發(fā)生異常便會通過GSM模塊發(fā)送信息給用戶，同時拉響警報、控制窗戶關(guān)閉。

為了滿足上述功能需求，需要設(shè)計(jì)對應(yīng)的功能模塊，如：為了檢測室內(nèi)煙霧濃度，需設(shè)計(jì)相關(guān)煙霧檢測硬件；為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，需設(shè)計(jì)紅外線信號接收硬件；為了感應(yīng)室內(nèi)溫度及濕度，需設(shè)計(jì)空氣溫、濕度檢測硬件；為了實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)窗，需設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動硬件等；下圖1是整個智能折疊窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理。

圖1 智能窗戶系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

2 主控電路設(shè)計(jì)

2.1 電源模塊電路設(shè)計(jì)

智能折疊窗能正常工作，必須要有提供24V步進(jìn)電機(jī)及5V主控板的電源模塊，因此這里選用了5V,24V雙組雙路電壓輸出開關(guān)電源D-5OB。結(jié)合智能折疊窗的實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)了開關(guān)電源穩(wěn)壓降壓電路圖，見下圖2。

圖2 開關(guān)電源穩(wěn)壓降壓電路圖

2.2 電機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)

這里驅(qū)動電機(jī)選用行星齒輪減速步進(jìn)電機(jī)57HS7630A4-G20及對應(yīng)型號為TB6560的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動板，設(shè)計(jì)的驅(qū)動電路如圖3所示。

圖3 電機(jī)控制驅(qū)動電路

2.3 GSM模塊接口設(shè)計(jì)

因?yàn)檫@部分電路設(shè)計(jì)較復(fù)雜，且市場上已有相對成熟穩(wěn)定的模塊，因此直接選購了型號為SIM900A GSM/GPRS模塊和GSM MODEM調(diào)制解調(diào)器。

SIM900A GSM 的硬件接口有如下四個：（1）9孔主接口；（2）射頻接口；（3）電源接口；（4）SIM卡接口。串口與單片機(jī)連接較為便捷，能使得數(shù)據(jù)傳輸速度變得更快捷、穩(wěn)定。

本文利用SIM900A結(jié)合電路控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制，達(dá)到智能折疊窗的開、關(guān)。

3 傳感檢測模塊設(shè)計(jì)

3.1 濕度檢測模塊設(shè)計(jì)

本文選用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器，該傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。其應(yīng)用的電路設(shè)計(jì)見圖4，對于濕度檢測來說，根據(jù)功能要求設(shè)定，當(dāng)實(shí)測值高于設(shè)定值上限或低于設(shè)定值下限，運(yùn)行將中斷。

圖4 濕度傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

3.2 溫度檢測模塊設(shè)計(jì)

本文的溫度檢測傳感器選用較為常用的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，該傳感器具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，等特點(diǎn)。其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)見圖5，對于溫度檢測來說，其中斷響應(yīng)跟濕度檢測一樣，當(dāng)實(shí)測值高于設(shè)定值上限或低于設(shè)定值下限，運(yùn)行將中斷。

圖5 溫度傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

3.3 煙霧檢測模塊設(shè)計(jì)

本文的煙霧檢測模塊選用MQ-2煙霧傳感器，該傳感器適宜于液化氣、苯、烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測，是一個多種氣體探測器，具有靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、壽命長、驅(qū)動電路簡單，等優(yōu)點(diǎn)。其電路設(shè)計(jì)見圖6，當(dāng)傳感器檢測到空氣中可燃?xì)怏w、煙霧濃度超出預(yù)先設(shè)定值時，數(shù)字口D0會以低電平方式輸出，模擬口A0輸出電壓會上升，這時觀察模擬口A0電壓值便可得到空氣中待測氣體濃度。同時將數(shù)字口D0與微處理器相連，利用對輸出電平的檢測來識別空氣中可燃?xì)怏w、煙霧濃度，一旦發(fā)現(xiàn)超標(biāo)，利用相連接的蜂鳴器模塊來實(shí)現(xiàn)提醒功能。

圖6 煙霧檢測電路設(shè)計(jì)

3.4 防盜檢測模塊設(shè)計(jì)

本文的防盜檢測模塊選用熱釋電紅外傳感器Q19013。由于熱釋電紅外傳感器Q19013及其報警裝置的響應(yīng)信號為高電平，而單片機(jī)終端系統(tǒng)響應(yīng)信號為低電平，故該模塊電路設(shè)計(jì)時需包含響應(yīng)信號電平轉(zhuǎn)換，如圖7所示。

圖7 防盜檢測電路設(shè)計(jì)

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智能折疊窗軟件控制流程如圖8所示，主要實(shí)現(xiàn)如下控制:（1）電機(jī)模塊驅(qū)動智能窗的開關(guān)。（2）各傳感器檢測模塊檢測相關(guān)指標(biāo)，對檢測到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，以判斷及控制窗口的開關(guān)。其中，用于防盜檢測模塊的傳感器，一旦系統(tǒng)認(rèn)定傳感器傳輸?shù)男畔⒋嬖诒I竊嫌疑，除對窗口進(jìn)行關(guān)閉控制外，還要發(fā)出警報并利用GSM模塊給用戶發(fā)送提醒信息。

圖8 智能折疊窗軟件控制流程圖

智能折疊窗控制時序見圖9，由AT89S52單片機(jī)輸出檢測傳感信號，傳感器將實(shí)時采集的檢測信號反饋到單片機(jī)，單片機(jī)作出判斷，發(fā)送電機(jī)控制信號給步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動折疊窗，當(dāng)動作完成后停止，同時單片機(jī)通過通信模塊將結(jié)果以信息形式反饋給終端用戶。

圖9 智能折疊窗系統(tǒng)控制時序圖

智能折疊窗通訊控制時序見圖10，用戶終端發(fā)送命令信號給GSM模塊，GSM模塊接收信號后向電機(jī)發(fā)送控制信號，從而實(shí)現(xiàn)智能折疊窗的遠(yuǎn)程控制。

圖10 智能折疊窗通訊控制時序圖

5 結(jié)束語

隨著人們物質(zhì)水平的提高，人們對生活舒適性、便捷性以及智能化的追求越來越高，智能家居的概念已經(jīng)深入人心。本文設(shè)計(jì)的智能折疊窗，可以通過傳感器檢測信息，進(jìn)行智能分析，不但實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，還可以在特殊環(huán)境下進(jìn)行自動工作，這極大地方便了用戶的使用。

隨著科技的進(jìn)步，智能窗將不斷迎來創(chuàng)新與嘗試，開發(fā)功能更為完備、系統(tǒng)更為穩(wěn)定的、使用更為便捷、科技含量更高的人性化智能窗控系統(tǒng)將會吸引更多的消費(fèi)群體，并占據(jù)市場領(lǐng)導(dǎo)地位。