基于單片機的智能窗遠程控制系統(tǒng)設(shè)計

1、    基于單片機的智能窗遠程控制系統(tǒng)設(shè)計    王一平 李夢達 李遷 黃天虎 摘要：在智能化愈發(fā)“流行”的時代，人們趨向于各種智能化家居，現(xiàn)結(jié)合單片機技術(shù)、傳感器技術(shù)與遠程控制技術(shù)，本文設(shè)計一種新型智能窗遠程控制系統(tǒng)，提出了硬件與軟件系統(tǒng)設(shè)計方案。該控制系統(tǒng)采用低功耗的單片機at89s52作為主體控制中心，輔以多種傳感器實時監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境并發(fā)送信號，由單片機at89s52處理信號并根據(jù)信號結(jié)果通過控制步進電機從而實現(xiàn)對窗戶的智能控制。abstract： in the era of more and more "popular" in

2、tellectualization， people tend to all kinds of intellectualized households. this paper designs a new type of intelligent window remote control system， which combines single-chip technology， sensor technology and remote control technology， and puts forward the design scheme of hardware and software s

3、ystem. the control system uses at89s52， a low-power single-chip computer， as the main control center， assisted by a variety of sensors to monitor the indoor and outdoor environment in real time and send signals. the signal is processed by at89s52， and the intelligent control of windows is realized b

4、y controlling stepper motors according to the results of signals.關(guān)鍵詞：單片機;控制系統(tǒng);智能窗;遠程控制key words： single chip microcomputer;control system;intelligent window;remote control：tp271+.4                                  ：

5、a                                  ：1006-4311（2019）18-0131-030  引言隨著當今時代的發(fā)展和科技的進步，人民的生活水平和質(zhì)量普遍提高，因而人們對于高品質(zhì)的生活質(zhì)量以及智能化的家居控制系統(tǒng)也愈發(fā)關(guān)注，從而“智能”這個概念，也愈發(fā)深入人心。與此同時，隨著科學技術(shù)、生產(chǎn)條件、生活水平的改善和提高，建筑結(jié)構(gòu)的封閉化室內(nèi)辦公人員的增加，室內(nèi)空氣品質(zhì)的研究吸引了越來越多

6、人的關(guān)注。當今社會隨著人口數(shù)量的增加和人群密集程度增高，工業(yè)化的迅速發(fā)展，環(huán)境惡化程度進一步加深，空氣質(zhì)量日漸下降，空氣污染及呼吸道問題已經(jīng)成為國民疾病的主要殺手之一，保證良好的通風透氣是保持呼吸健康的必要保證。室內(nèi)一旦突發(fā)的煤氣天然氣等有毒氣體泄漏事件就急需及時開窗通風透氣，避免發(fā)生更大的事故。社會的發(fā)展同時不可避免地提高了人們工作時間的占比，因此而經(jīng)常會無法顧及到家中的情況。早晨出門上班時開窗給房子通風透氣，但是在梅雨季節(jié)經(jīng)常下雨，會導致室內(nèi)被雨打濕的情況但是房主在外工作無法及時關(guān)窗，造成非常大的困擾。而此項目就是致力于解決此類問題，從而提高我們的健康生活質(zhì)量水平。通過窗戶系統(tǒng)化、智能化以

7、及空氣質(zhì)量檢測所得出的具體數(shù)據(jù)，比較室內(nèi)外的空氣質(zhì)量，以及結(jié)合使用者的生活習慣，對窗戶進行自動化管理，同時也能通過遠程控制，完成效果最佳的室內(nèi)通風換氣的過程，減少對生活在封閉空間人們的健康造成的威脅，為我們營造更加健康舒適的環(huán)境，同時也給繁忙的都市人，帶來更多的方便。1  總體設(shè)計架構(gòu)該智能窗控制系統(tǒng)是采用低功耗的at89s52單片機作為整個系統(tǒng)的核心運算器件，通過接受數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過內(nèi)部系統(tǒng)處理，再轉(zhuǎn)入主控電路模塊，存儲和發(fā)出控制信號，來控制可編程控制模塊，而儲存信號的同時反饋給pc機，然后在液晶顯示板顯示數(shù)據(jù)或者空氣污染度曲線，當污染度達到限定要求，單片機控制步進電機進行

8、窗戶的運動，達到生活所要求的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)點。并且能夠通過無線模塊實時對家中的空氣質(zhì)量進行遠程監(jiān)控及控制。2  硬件設(shè)計2.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計2單片機最小系統(tǒng)由at89c52芯片、晶振電路和復位電路組成如圖2所示。本系統(tǒng)采用的時鐘方式為at89c52芯片內(nèi)部時鐘方式，內(nèi)部時鐘方式具有低功耗的優(yōu)點。為了初始化單片機內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必須采用復位的方式，復位后可使cpu及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。2.2 雨滴傳感器模塊雨滴傳感器模塊使用寬電壓lm393比較器3，有兩種輸出形式：數(shù)字開關(guān)量輸出（0和1）和模擬量a0電壓輸出。接上5v電源，電源指示燈亮

9、，當下雨時d0輸出為低電平，開關(guān)指示燈亮;當無雨時d0輸出為高電平，開關(guān)指示燈滅。a0模擬輸出連接單片機ad口檢測雨量大小，經(jīng)單片機數(shù)據(jù)處理后控制電機正反轉(zhuǎn)從而實現(xiàn)窗戶的開合。2.3 光電開關(guān)傳感器模塊光電傳感器模塊所采用的光電開關(guān)為漫反射型，當光電開關(guān)的光源發(fā)射光束時，接受的部分產(chǎn)生漫反射，發(fā)射器和接收器各自在窗戶的兩端構(gòu)成單個的標準部件，當接收器反射足夠的光返回到接收器時，開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變化。窗戶軌道上有異物，漫反射型光電傳感器輸出低電平，經(jīng)單片機數(shù)據(jù)處理后控制電機停轉(zhuǎn)從而保護電機;軌道無異物，漫反射型光電傳感器輸出高電平，單片機控制電機正常運行。2.4 室內(nèi)有毒氣體檢測模塊從而通過控制電機

10、的正反轉(zhuǎn)來控制窗戶開合。2.5 光學灰塵傳感器模塊光學灰塵模塊傳感器模塊采用的是pm2.5傳感器gp2y1014au，光學灰塵傳感器是常見的空氣凈化系統(tǒng)的重要部分，其高效性在檢測類似于pm2.5等微小顆粒是非常明顯的。在光學灰塵傳感器裝置中，對角放置一個紅外發(fā)光二極管和一個光電晶體管，可以檢測到空氣中微小顆粒的反射光。該傳感器具有低消耗的特點，可以搭載7vdc的傳感器。其輸出的是一個模擬電壓正比于所測得的微小顆粒的濃度，pm2.5濃度越高電壓越高，當pm2.5的值高于24小時平均濃度小于75微克/立方米，單片機控制電機反轉(zhuǎn)關(guān)閉窗戶。2.6 遠程控制模塊遠程控制模塊使用lk-802c聯(lián)控單路遠程

11、wifi開關(guān)，該開關(guān)支持自鎖、電動以及遙控的功能。通過手機app可以遠程控制電機的正反轉(zhuǎn)和停止功能。本模塊優(yōu)勢：采用wifi作為控制信號，可實現(xiàn)控制的自由性;可通過手機app自由切換開關(guān)模式：自鎖點動互鎖;控制電路和驅(qū)動電路高度隔離，最大限度減少了交流高壓對控制電路的干擾，提高控制精度。2.7 電機驅(qū)動模塊此步進電機4驅(qū)動器有6個輸入端，可方便地接成共陽或共陰的輸入形式，輸入脈沖的電平是5v，若是12v電平脈沖則要串一個1k的電阻，若是24v電平脈沖則串一個2.4k電阻;clk有脈沖信號是電機運行，無脈沖信號時自動進入所設(shè)定的半流狀態(tài)，鎖定電機;cw低電平或懸空時電機正轉(zhuǎn)，高電平時反轉(zhuǎn);en低

12、電平或懸空時為工作狀態(tài)，高電平時為脫機狀態(tài)。2.8 顯示器模塊選用lcd2004顯示屏作為顯示模塊，滿足了智能窗可視化要求。lcd2004具有三大優(yōu)勢：體積小安裝方便;低功耗帶來的是更低的能源消耗;顯示內(nèi)容豐富可滿足智能窗數(shù)據(jù)顯示要求。lcd2004采用標準的20腳接口，顯示內(nèi)容為20字符*4行，字符點陣：5*8點，驅(qū)動電壓為5v并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{(diào)節(jié)和背光。lcd2004具體連接線路圖如圖4所示。3  系統(tǒng)軟件設(shè)計本系統(tǒng)使用keil作為編譯軟件，keil c51是美國keil software公司出品的51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用c語言編寫方法，相較于匯編，c語

13、言在功能、可讀性、結(jié)構(gòu)性、維護性上更具有優(yōu)勢。軟件編寫的整體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分為六個部分，分別是檢測值發(fā)送模塊、上位機模塊、上位機接口模塊、手持機（數(shù)據(jù)）模塊、手持機（質(zhì)量）模塊、執(zhí)行控制模塊。然后根據(jù)六個不同的模塊要實現(xiàn)的功能寫各個子程序。圖5為系統(tǒng)流程圖。4  結(jié)語該系統(tǒng)選用的單片機為52增強型，相比之于51型功能更為強大，rom和ram的存儲空間更為大，同時具有較高的性價比以及較強的抗干擾能力，能夠更加準確的完成對室內(nèi)空氣數(shù)據(jù)的采集以及數(shù)據(jù)處理工作。同時基于單片機為核心的控制系統(tǒng)，硬件與軟件能夠結(jié)合在一起，達到了簡化電路的效果，同時也節(jié)約了成本。同時該系統(tǒng)還有很強的延展性，它使得相互獨立的家居更加智能化，人性化。