基于單片機(jī)控制的智能窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陶文琦

摘 要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為人們生活的舒適性提供了各種可能，基于單片機(jī)控制的智能窗系統(tǒng)通過傳感器收集到環(huán)境變化的信號(hào)從而自動(dòng)對(duì)窗戶進(jìn)行控制，可以避免出現(xiàn)各種危險(xiǎn)，同時(shí)還可以有效地提升生活的舒適性。

關(guān)鍵詞：智能窗；控制系統(tǒng)；單片機(jī)

中圖分類號(hào)：U463.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）32-0011-01

基于單片機(jī)控制的智能系統(tǒng)窗會(huì)自動(dòng)完成對(duì)窗戶開啟和關(guān)閉的控制，比如室內(nèi)可燃性氣體（即一氧化碳）達(dá)到一定值以后，就會(huì)自動(dòng)開啟窗戶；如果下雨窗戶又會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)還會(huì)針對(duì)室內(nèi)環(huán)境的變化對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便為室內(nèi)的人員提供更加舒適的環(huán)境。

1 智能窗控制系統(tǒng)的工作原理

本文闡述的智能窗將單片機(jī)控制技術(shù)和傳感器應(yīng)用技術(shù)等多種技術(shù)有效地融合到一起。在接通單片機(jī)電源以后，單片機(jī)用掃描的方式進(jìn)行工作。安裝的可燃?xì)怏w檢測(cè)模塊、一氧化碳檢測(cè)模塊、紅外線探測(cè)模塊、大雨檢測(cè)模塊等分別將其各自的檢測(cè)信號(hào)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)各個(gè)模塊信息進(jìn)行處理，自動(dòng)對(duì)窗戶的開啟和關(guān)閉進(jìn)行控制。此外還對(duì)室內(nèi)環(huán)境各個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，如果室內(nèi)的環(huán)境舒適度比較低時(shí)，單片機(jī)通過對(duì)窗戶的開啟狀態(tài)進(jìn)行控制，以便為室內(nèi)的人提供良好的環(huán)境。

2 控制系統(tǒng)的硬件組成

2.1 控制器

系統(tǒng)選用的控制器采集處理的模擬量信號(hào)有溫度、濕度、光照時(shí)間長度、大風(fēng)信號(hào)，開關(guān)量信號(hào)、各電機(jī)的運(yùn)行控制信號(hào)、方向控制信號(hào)、窗門運(yùn)動(dòng)完成時(shí)的限位開關(guān)信號(hào)、一氧化碳探測(cè)反應(yīng)信號(hào)、遙控信號(hào)等?？刂破魉鸭瘋鞲衅鱾鬏?shù)臄?shù)據(jù)，如果室外有明顯的光照或者是室內(nèi)的一氧化碳濃度過大，單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)開啟窗戶；如果有不明身份人員在窗戶邊逗留徘徊或是檢測(cè)到持續(xù)有雨，單片機(jī)控制電動(dòng)機(jī)關(guān)閉窗戶。

2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

系統(tǒng)選用直線電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)窗戶的前后運(yùn)動(dòng)以及停止等，使得智能窗戶能夠根據(jù)需要關(guān)閉與開啟。為方便開啟將窗門機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為上懸窗結(jié)構(gòu)，窗內(nèi)裝有滾珠絲杠，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠，直流直線電動(dòng)機(jī)控制窗門，同時(shí)還可以調(diào)節(jié)窗戶的開啟程度。

2.3 傳感器

傳感器在整個(gè)系統(tǒng)起著非常重要的作用，傳感器直接影響著窗戶的運(yùn)動(dòng)。該系統(tǒng)選用水滴傳檢測(cè)器、一氧化碳傳感器、過流傳感器、紅外熱釋電傳感器、光敏電阻傳感器等。這些傳感器在環(huán)境發(fā)生變化時(shí)會(huì)向單片機(jī)輸入相應(yīng)的信號(hào)，進(jìn)而通過單片機(jī)來控制窗戶。

2.4 遙控器

通過連在PCB板子上的自制的遙控器傳輸信號(hào)，收集使用者發(fā)送的控制信號(hào)，將信號(hào)輸入到單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制來完成窗戶的開啟和關(guān)閉。

3 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要充分利用單片機(jī)控制系統(tǒng)，達(dá)到智能窗實(shí)現(xiàn)人性化的目標(biāo)，可以根據(jù)天氣狀況、室內(nèi)氣體狀況、窗外人員活動(dòng)情況以及窗戶運(yùn)動(dòng)情況自動(dòng)的打開或關(guān)閉窗戶。

3.1 可燃性氣體檢測(cè)模塊

對(duì)可燃性氣體檢測(cè)采用的是直熱式氣敏傳感器，如果室內(nèi)可燃性氣體濃度升高，氣敏傳感器由于接觸到的可燃性氣體增加，其電阻值會(huì)隨著降低，導(dǎo)致測(cè)試電路里面電流增加。該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)一氧化碳等可燃性氣體的檢測(cè)，其濃度報(bào)警一般選定可燃性氣體爆炸下限的1/10左右，如果濃度達(dá)到這個(gè)值，單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制電機(jī)將窗戶及時(shí)打開。在電阻不斷降低，電壓如果達(dá)到設(shè)定值的時(shí)候，電路接通該信號(hào)被輸入到單片機(jī)模塊，那么窗戶就會(huì)自動(dòng)打開，同時(shí)啟動(dòng)排氣扇將可燃性氣體排出室內(nèi)，在加裝報(bào)警電路后在窗戶打開的同時(shí)報(bào)警器也響起，警報(bào)器響起提醒房間的主人存在安全隱患，避免出現(xiàn)煤氣中毒或者火災(zāi)等事故。

3.2 濕度檢測(cè)模塊

如果出現(xiàn)下雨的情況，而房間主人不在，那么利用該系統(tǒng)就可以啟動(dòng)自動(dòng)關(guān)閉窗戶的功能。下雨以后濕度會(huì)增加，通過雨滴傳感器將下雨信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制電機(jī)將窗戶及時(shí)關(guān)閉起來?？梢允褂眉?，當(dāng)水量多到足以聯(lián)通低電平使傳輸信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)就會(huì)控制窗戶關(guān)窗；同時(shí)濕度檢測(cè)也可以使用濕敏元件，通過濕敏元件電阻的變化來識(shí)別是否出現(xiàn)下雨?duì)顩r。在沒有下雨的狀況下，濕敏電阻的阻值相對(duì)比較小，在下雨以后濕敏電阻的阻值會(huì)增加，控制電路中的電流和電壓發(fā)生變化，常開觸點(diǎn)發(fā)生閉合，該信號(hào)信號(hào)輸入到單片機(jī)，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將窗戶關(guān)閉起來，避免由于雨水淋入室內(nèi)而導(dǎo)致室內(nèi)的物品受到損壞。

3.3 防盜檢測(cè)模塊

智能窗戶實(shí)現(xiàn)防盜檢測(cè)功能主要是通過紅外熱釋電探測(cè)器來完成的，紅外熱釋電熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物，熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域，而且熱釋電傳感器的技術(shù)性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉；不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源；靈敏度高、控制范圍大，所以使用這種傳感器符合實(shí)驗(yàn)的要求。

3.4 室內(nèi)環(huán)境智能調(diào)節(jié)模塊

該功能屬于非常人性化的一個(gè)智能功能，系統(tǒng)需要通過單片機(jī)來自動(dòng)的調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和室外濕度以及光照強(qiáng)度等等，使得室內(nèi)的環(huán)境變得更加舒適，室內(nèi)主人提供一個(gè)心曠神怡的生活和工作環(huán)境。利用系統(tǒng)可以設(shè)置溫度、濕度、光照強(qiáng)度等參數(shù)值，通過單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)將室內(nèi)測(cè)試到這些參數(shù)的值與設(shè)置的舒適度值比較。通過對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制開啟或關(guān)閉窗戶，也可以調(diào)節(jié)窗戶的開啟程度。如果室內(nèi)光線與設(shè)置的舒適值之間的差距達(dá)到一定程度，那么系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)控制窗戶的開啟或關(guān)閉，同時(shí)智能窗戶使用的玻璃材料也會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行調(diào)節(jié)，使室內(nèi)環(huán)境能夠處于一種比較舒適的狀態(tài)。溫度、濕度、光照強(qiáng)度方式基本類似，都是通過傳感器來檢測(cè)這些參數(shù)，然后與設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較，通過單片機(jī)來自動(dòng)的對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4 結(jié) 語

智能窗的出現(xiàn)對(duì)提升人們的生活品質(zhì)有著非常重要的意義，本文結(jié)合單片機(jī)控制技術(shù)對(duì)智能窗控制系統(tǒng)的工作原理、硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等進(jìn)行詳細(xì)說明。針對(duì)環(huán)境出現(xiàn)變化對(duì)窗戶進(jìn)行控制，使得窗戶變得更加智能和富有人性化，更好地滿足人們對(duì)智能窗戶的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李碩，賈子慶，張明瑋.基于多傳感器的智能窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011，（4）.

[2] 姚健，陶衛(wèi)東.智能窗及其研究進(jìn)展[J].門窗，2009，（6）.

[3] 高素萍，李旭斌，鐘德永，等.智能窗控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].低壓電器，2009，（20）.

[4] 李勝多，張還，佟春明，等.基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計(jì)[J].青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，（1）.