基于单片机的智能窗户控制系统的设计与实现

基于单片机的智能窗户控制系统的设计与实现 摘要 家居智能化已成趋势 针对传统手动开关窗无 法实现人们对便捷 智能化生活的现状 通过单片机技术 和传感器技术相结合 设计一款基于湿敏传感器 PM25 传 感器和红外传感器的单片机智能数字控制开合的窗户 该 智能控制窗是一种机电一体化的智能窗户控制系统 采用 了智能控制技术 传感技术 机械传动技术等先进技术 主要功能是实现对房子内所有窗户的自动控制 可自动打 开或者关闭以实现对室内环境的调节和防盗报警功能 关键词 多传感器 单片机 环境控制 智能控制窗户 控制系统 DOI jcnkizgsc 近年来 随着物联网技术的迅速发展 智能家居成为 家庭信息化和社会信息化的重要组成部分 本人将介绍一 款同时具备 雨天自动关窗 和 粉尘超标自动关窗 以 及 天黑自动闭窗 和 从窗暴力进入自动关窗 四项功 能的智能型窗户 功能简单实用 成本低廉 具有广阔的 市场空间 可观的市场价值和应用前景 1 系统总体设计 11 总体设计思路 智能控制窗属建筑领域的附件 它主要包括室外采集 区 中央控制区和同步响应区 主要由三大部分组成 分 别是单片机核心控制电路及简单外围电路 PM25 传感器 湿敏传感器 红外传感器组成的信息采集系统 步进电机 的驱动系统 该智能控制窗由安置在室外的湿敏传感器和 PM25 传感器收集室外空气的温度湿度以及粉尘含量等各项 数据 传送给单片机中央处理单元进行数据分析与处理 并向步进电机发送指令 进而步进电机带动同步带轮连接 窗框 使窗户发生位移 达到自动开合窗户的目的 各种 指令在液晶屏幕上显示以便于识别 其基本系统整体结构 框图如图 1 所示 图 1 系统整体结构框图 12 室外数据采集检测模块设计室外数据采集检测模块 主要由 GP2Y1010AUOF PM25 传感器 E18 D80NK 红外传 感器和 DS18B20 温度传感器构成 这些传感器应用广泛 价格低廉 拥有卓越的稳定性和可靠性 可实现数据采集 和数字信号输出的功能 传感器原理如图 2 图 3 所示 传 感器中心有孔可以让空气自由流过 定向发射 LED 光 通 过检测经过空气中灰尘折射过后的光线来判断灰尘的含量 图 2 传感器原理 图 3 传感器模数转换 13 中央控制模块设计 该智能控制系统主控芯片采用 SSTC 公司生产的 STC89 这是一种低功耗 高性能 CMOS8 位微控制器 具 有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 STC89C52 使用经典的 MCS 51 内核 但做了很多的改 进 使得芯片具有传统 51 单片机不具备的功能 在单芯片 上 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活 超有效 的解决方案 与传统的 51 单片机相比较它具有较大的存储 器空间并且可以支持串口直接下载程序 免去了购买价格 昂贵的专门编程器 开发成本很好控制 该单片机应用系统还包括时钟电路和复位电路 时钟 电路使得电路在唯一的时钟信号下工作 复位电路使 CPU 和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态下 无论是在控制系统刚接上电源还是断电或者故障重启都要 复位 14 电机同步驱动响应模块设计 采用 42BYG250B 两相混合式步进电机作为机械部分的 驱动设备 步距角 18 静力矩 048 075N m 机身长 48 60mm 引线数 4 电流 12 25A 步进电机是将电 脉冲信号转化为角位移或线位移的开环控制元件 其中的 脉冲发生器用于产生频率变化的脉冲信号 脉冲分配器将 脉冲信号转换成有一定逻辑关系的环形脉冲 这一线性关 系的存在 加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差 等特点 使得在速度 位置等控制领域用步进电机控制变 得非常的简单 1 15 系统主程序设计流程 本系统软件以 Keil 为编程软件 以 C 语言为编程语言 系统设计流程如图 4 所示 图 4 程序设计流程 16 系统功能测试 系统各模块设计结束后进行系统功能测试 接通电源 后显示屏正常显示室外温度 湿度 PM25 浓度 对自动识 别室外环境指标开关窗做出测试 各项功能实现良好 与 原有的手动开关窗方式相比 基于由室外检测装置 控制 装置 执行装置 可使用户的生活更加舒适便捷 通过数 据显示与 PM25 标准值比对的方法说明问题 既方便快捷 易于处理信息 又具有可视化的特点 生动形象 2 结论 本项目是一种机电一体化的智能窗户控制系统 它采 用了智能控制技术 传感技术 机械传动技术等先进技术 主要功能是实现对房子内所有窗户的自动控制 可自动打 开或者关闭以实现对室内环境的调节 我们所研制的智能 窗控制系统是利用了一套简单的传送装置以及一实用电路 来实现其功能的 其机械结构简单但很实用 因此其科学 性是毋庸置疑的 机械结构单一 电路简单 故成本低廉 且能根据需求增加检测的指标 更改方便灵活 参考文献 1 毛静基于单片机的智能窗的设计 J 电子设