基于STC89C52单片机的智能窗设计

毛静

（安康学院 电子与信息工程系，陕西 安康 725000）

当今世界，建筑智能化已成为一种发展趋势，这即是人们生活的需要，也是文明程度的体现[1]。然而，现在人们所使用的窗户依然是传统的手动开关控制，更不用提智能化。如果有一种智能窗，不仅可以实现全自动开关窗，而且具有防盗、防雨、防风等多种功能，就会使生活变得更加安全和方便。随着科技的进步，嵌入式技术已成功应用在社会生活的各个领域中，使用嵌入式技术实现专用功能的控制系统已成为现实[2-3]。

本设计提出了一种基于STC89C52单片机的智能窗系统。系统使用各种传感器对周围环境的湿度、温度、可燃气体、窗外是否有人等因素进行信号采集并传入单片机，经过单片机对数据进行分析和处理，发出动作指令，控制步进电机执行开/关窗动作。智能窗可以根据环境变化及时作出反应，通过开关窗户等调节环境参数，从而保证舒适的家居环境[4]。

1 系统硬件设计

1.1 系统总体设计

系统基于STC89C52单片机，由温湿度检测模块、可燃气体检测模块、红外检测模块、显示模块、语音报警模块、数据处理模块、电机驱动模块等组成。系统整体框架如图1所示。

图1 系统总体结构图Fig.1 Structure diagram of the power control unit test system

1.2 温湿度检测模块设计

温湿度检测模块设计采用DHT11数字温湿度传感器，该传感器是一种应用广泛并含有已校准数字信号输出的复合型温湿度传感器[5-6]。它具有先进的数字模块采集技术与温湿度传感技术，拥有这卓越的稳定性和极高的可靠性。传感器包括感温部分和测湿部分两部分[7-8]。电路如图2所示。

图2 DHT11电路图Fig.2 Circuit diagram of DHT11

1.3 气体检测模块设计

可燃气体检测模块选用MQ-2气体传感器[9]，电路设计图如图3所示，其由SnO2敏感层、微型的AL2O3陶瓷管，内部由测量电极、加热器构成的敏感元件。

图3 可燃气体检测电路Fig.3 Detection circuit of flammable gas

本电路的测量元件采用旁热式烟雾传感器MQS2B。在没有烟雾的情况下，烟雾传感器的阻值较高(10 kΩ左右)，烟雾进入传感器时其阻值急剧下降，A、B两端电压下降。

1.4 红外检测模块设计

该部分采用主动式红外探测器[10]，电路设计如图4所示。探测器有发射头、接收头及处理电路组成。在正常情况下，发射头发出红外线，接收头接收到红外线，根据单片机接收到的为高、低电平，判断窗外是否有人，从而控制窗户开关。

1.5 电机驱动模块设计

驱动电路主要采用驱动芯片L9110来直接驱动电机，L9110电路原理图如图5所示。当正转信号（P3.6）输出高电平，反转信号（P3.7）输出低电平，电机正转，完成开窗动作。当正传信号（P3.6）输出低电平，反转信号（P3.7）输出高电平，电机反转，完成关窗动作。

图4 红外检测电路设计图Fig.4 Detection circuit of flammable gas

图5 电机驱动电路图Fig.5 Motor drive circuit diagram

2 系统软件设计

系统以Keil作为编程软件，以C语言为编程语言[10]。系统程序流程如图6所示，通过各个传感器对外界和室内环境条件进行检测，由单片机判断采取相应的开关窗动作。

图6 程序流程图Fig.6 Program flow chart

接通电源，系统初始化，各个传感器开始采集相应的环境因素信号。手动开关窗是最高优先级，这充分体现了人性化设计，人的意愿是最优先考虑的。开窗动作：第二优先级为防燃气泄漏，当检测到燃气泄露，电机正转开窗并语音报警，及时通风换气。第三优先级为防盗，其次为防室温过高。当室温过高并且无盗情发生，点击正转开窗。当有盗情发生，室温过高，系统默认关窗。关窗动作：第二优先级仍为防可燃气泄露，其次为防盗和防雨。当发生盗情或下雨时，无燃气泄露，系统责驱动点击反转关窗，实现防盗或防雨。一旦燃气泄露，不予执行防盗或防雨相应的关窗动作。

3 系统功能测试

软硬件设计完成后，对其进行了功能测试。接通电源后，LCD1602显示屏正常显示室内当前的温度和湿度，然后，对是否自动识别环境因素开关窗进行了测试，通过对DHT11温湿度传感器呼气，对其加湿，当湿度超过50%RH时，电机自动反转，表示关窗防雨，自动关窗功能正常。放置3分钟，当湿度恢复到50%RH内，电机自动正转开窗，因此，该系统的温湿度检测、显示、自动开关窗、手动开关窗功能均正常。

4 结论

此智能窗集现代声、温、机、电等技术于一体，可靠性高、实用性强。整个设计的创新点在于自动化程度高，人性化很强，通过简单实用的传感器实现检测电路的设计，并将传感器的输出信号输入到单片机中进行处理，用单片机的输出去控制电机驱动模块、显示模块和语音报警模块，最终实现了根据环境自动关开窗。此外，本系统的设计思想在智能家居、智能防盗系统等方面具有良好的应用前景和较高的实用价值。

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