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)。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。隨著科技的進步，嵌入式技術(shù)已成功應(yīng)用在社會生活的各個領(lǐng)域中，使用嵌入式技術(shù)實現(xiàn)專用功能的控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)實。

本設(shè)計提出了一種基于STC89C52單片機的智能窗系統(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行信號采集并傳入單片機，經(jīng)過單片機對數(shù)據(jù)進行分析和處理，發(fā)出動作指令，控制步進電機執(zhí)行開/關(guān)窗動作。智能窗可以根據(jù)環(huán)境變化及時作出反應(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。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)基于STC89C52單片機，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、語音報警模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、電機驅(qū)動模塊等組成。系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

1.2 溫濕度檢測模塊設(shè)計

溫濕度檢測模塊設(shè)計采用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。它具有先進的數(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。電路如圖2所示。

1.3 氣體檢測模塊設(shè)計

可燃?xì)怏w檢測模塊選用MQ-2氣體傳感器，電路設(shè)計圖如圖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。

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)，煙霧進入傳感器時其阻值急劇下降，A、B兩端電壓下降。

1.4 紅外檢測模塊設(shè)計

該部分采用主動式紅外探測器，電路設(shè)計如圖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)。

1.5 電機驅(qū)動模塊設(shè)計

驅(qū)動電路主要采用驅(qū)動芯片L9110來直接驅(qū)動電機，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，電機反轉(zhuǎn)，完成關(guān)窗動作。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)以Keil作為編程軟件，以C語言為編程語言。系統(tǒng)程序流程如圖6所示，通過各個傳感器對外界和室內(nèi)環(huán)境條件進行檢測，由單片機判斷采取相應(yīng)的開關(guān)窗動作。

接通電源，系統(tǒng)初始化，各個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，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?，電機正轉(zhuǎn)開窗并語音報警，及時通風(fēng)換氣。第三優(yōu)先級為防盜，其次為防窒溫過高。當(dāng)室溫過高并且無盜情發(fā)生，點擊正轉(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，無燃?xì)庑孤叮到y(tǒng)責(zé)驅(qū)動點擊反轉(zhuǎn)關(guān)窗，實現(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。

3 系統(tǒng)功能測試

軟硬件設(shè)計完成后，對其進行了功能測試。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，電機自動反轉(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。

4 結(jié)論

此智能窗集現(xiàn)代聲、溫、機、電等技術(shù)于一體，可靠性高、實用性強。整個設(shè)計的創(chuàng)新點在于自動化程度高，人性化很強，通過簡單實用的傳感器實現(xiàn)檢測電路的設(shè)計，并將傳感器的輸出信號輸入到單片機中進行處理，用單片機的輸出去控制電機驅(qū)動模塊、顯示模塊和語音報警模塊，最終實現(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)用前景和較高的實用價值。