基于單片機(jī)控制的智能開閉窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賈懷慶

（徐州礦務(wù)集團(tuán)徐州華東機(jī)械廠，江蘇 徐州221006）

0 引言

近年來，隨著人們對提高生活質(zhì)量以及改善生活環(huán)境的日益重視，天然氣、煤氣進(jìn)入了居民家庭，為人們帶來了方便，也改善了城市的面貌，但同時也存在潛在的危險，其中一氧化碳是最主要的危險源之一。

一氧化碳是一種無色無味的氣體，由于它與人體內(nèi)的血紅蛋白有高度的親和力，所以當(dāng)它被吸入人體后，會使人產(chǎn)生疲倦、氣短、惡心和頭暈眼花等不良癥狀，當(dāng)人體內(nèi)吸入過多一氧化碳時甚至?xí)谷艘蛉毖醵劳?。為了保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，亟需設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于室內(nèi)的一氧化碳安全監(jiān)控系統(tǒng)，其能在室內(nèi)一氧化碳濃度超標(biāo)時打開窗戶進(jìn)行通風(fēng)。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械部分采用步進(jìn)電機(jī)控制的電動推桿。電動推桿是一種將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U直線往復(fù)運(yùn)動的驅(qū)動設(shè)備，主要在各種簡單或復(fù)雜的工藝流程中作為執(zhí)行機(jī)械使用，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、集中控制或自動控制。本文利用電動推桿體積小、精度高、完全同步、自鎖性能好、衛(wèi)生的優(yōu)點(diǎn)，把它作為開閉窗戶的執(zhí)行機(jī)械。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)設(shè)備。在正常情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，因而十分方便用單片機(jī)來進(jìn)行控制。

圖1 為該裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖，側(cè)拉式的窗戶與步進(jìn)電機(jī)控制的電動推桿一段連接在一起，當(dāng)室內(nèi)一氧化碳濃度超標(biāo)時，利用單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號控制收縮，達(dá)到開閉窗的目的。

圖1 裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，主芯STC89C52由一氧化碳傳感器輸入信號，當(dāng)一氧化碳濃度超標(biāo)時，蜂鳴器和聲光報警系統(tǒng)提示并通過脈沖信號控制電動推桿。

2.1 STC89C52單片機(jī)

STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8 kb系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和可編程Flash，使得STC89C52可為眾多嵌入式控制系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。本系統(tǒng)可以充分發(fā)揮該單片機(jī)的作用。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 一氧化碳傳感器MGS1100

MGS1100是Motorola公司推出的一種半導(dǎo)體一氧化碳?xì)怏w檢測器，它采用微電子結(jié)構(gòu)工藝，在微型硅橋結(jié)構(gòu)中嵌入的加熱器上制作了一層Sn O2薄膜，使得這種新型器件在很寬的溫度范圍都具有敏感度，且工作穩(wěn)定性好、受環(huán)境濕度影響小等。尤其值得一提的是，與傳統(tǒng)的一氧化碳傳感器功耗（2.5 W左右）相比，由于SnO2薄膜減少了熱傳導(dǎo)損失，MGS1100的功耗大大降低，其在推薦模式下工作時功耗僅10 mW左右。圖3為MGS1100等效示意圖和典型電路。圖3中的傳感器有4個管腳，其中1、3為加熱端，2、4為輸出端。

圖3 MGS1100等效示意圖和典型電路

2.3 聲光警報系統(tǒng)

聲光報警電路主要由P1.5、P1.6、P1.7來控制。正常工作時，系統(tǒng)顯示綠燈，由P1.5控制；當(dāng)環(huán)境一氧化碳的濃度對人體有危害時，系統(tǒng)顯示紅燈，由P1.6控制；當(dāng)濃度很高時，由P1.7啟動蜂鳴器報警。

2.4 其他部分電路

其他部分電路包括電源電路、復(fù)位電路、晶振電路等，在此不詳細(xì)介紹。

3 程序設(shè)計(jì)

軟件使用C語言編程，系統(tǒng)初始化完成以后，一氧化碳傳感器實(shí)時進(jìn)行采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，通過P0口到達(dá)單片機(jī)內(nèi)部。由于使用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對于傳感器的非線性輸出，通過查表法（事先在ROM中設(shè)計(jì)工作狀態(tài)表）可得出最終結(jié)果。

4 結(jié)語

該系統(tǒng)除了具備傳統(tǒng)一氧化碳報警器的功能和優(yōu)點(diǎn)外，還具有低功耗性、高可靠性和高靈敏性，并能夠自動打開房間窗戶，通風(fēng)透氣，方便家居使用，使得生活更加智能、安全和舒適。

［1］李人風(fēng).數(shù)字化一氧化傳感器設(shè)計(jì)與開發(fā)［J］.煤礦安全，2004（12）

［2］王勇，冷劍青，徐健健.基于單片機(jī)的室內(nèi)一氧化碳安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.工業(yè)儀表與自動化裝置，2001（4）

［3］王瑤，王健，張明遠(yuǎn)，等.新型電動自行車電瓶防盜裝置的研究［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（16）

［4］張迎新.單片機(jī)初級教程［M］.北京航空航天大學(xué)出版社，2006