基于单片机控制及传感器综合运用的多功能智能窗

张焱++王长城++黄宝乐+居晋华++邓红菊

【摘 要】论文介绍了单片机及传感器综合运用多功能智能窗的设计和制作。采用STM32单片机作为控制核心，通过对雨水传感器、温湿度传感器、光照传感器、人体红外检测器及推杆电机等的控制，设计制作一种窗户的智能控制系统。可以通过遥控器控制窗户的打开和关闭，也可以通过传感器感知外界环境变量而实现自动的开关窗户。使用太阳能为整个系统供电。此外，设计中加入了防盗报警系统，通过多次试验证明该设计性能可靠，实用性较强，可以运用到多种环境中。

【Abstract】This paper introduces the design and fabrication of multi-function intelligent window based on microcomputer control and sensor integrated application. Using STM32 single chip microcomputer as the control core， through controlling the rain sensor， temperature and humidity sensor， light sensor， human infrared detector and putter motor， we design and manufacture a window intelligent control system. It can control the opening and closing of the window through the remote control， and can realize the automatic switching window by sensing the ambient environment variables. It use the solar power as its power supply system. In addition， for safety， the design added a alarm system. After several tests， design performance has been proved reliable， practical and strong， can be applied to a variety of environments.

【關键词】STM32单片机；传感器；智能窗户

【Keywords】STM32 single chip microcontroller； sensor； intelligent windows

【中图分类号】C39 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）03-0090-02

1 引言

科学技术的发展为人们生活的舒适性提供了各种可能。近年来，随着单片机及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发展的重要组成部分，也从根本上逐渐改变了传统的家居生活方式。智能家居强调人的主观能动性，重视人与居住环境的协调，能够随心所欲地控制居住环境。

2 总体设计

2.1 系统方案分析及方案框图

硬件方面采用STM32单片机作为控制器，芯片采用型号为STM32F103ZET6型芯片。通过控制推杆电机、直流电机、温湿度传感器、雨水传感器、烟雾传感器、光照传感器、红外遥控器等实现对窗户窗帘的智能控制，并且将需要的数据显示到TFT彩屏上。由于本次设计制作时间较短、难度较大，为保证系统的稳定性采用了购买的开发板和模块。程序设计开发使用常用的STM32系列开发软件Keil5[1]。使用2.8寸TFT彩屏显示有效数据。整个软件划分为若干模块，分别调试，最后集成。综合考虑此方案可行。

2.2 设计不足及解决方法

传统的8位51单片机没有足够的中断，处理能力也相对较差，无法驱动多个传感器。为了达到设计需要，选择了32位的STM32F103ZET6单片机，但增加了开发成本[3]。在此次设计制作中完全可以使用成本较低、性能较差的STM32F103C8T6型芯片，更为廉价的也可以。在窗户开关控制的动力方面，我们综合多个方面考虑使用了推杆电机，但推杆电机价格昂贵，经过测试发现丝杆电机也可以实现同样的功能，并且成本较低便于拆装。

3 系统功能分析

3.1 主控芯片STM32F103ZET6介绍

开发板选择的是STM32F103ZET6作为MCU，该芯片是STM32F1系列里配置最强大的，它拥有的资源包括：64KB SRAM、512KB FLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器（共12个通道）、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口、1个FSMC接口以及112个通用IO口。该芯片的配置十分强悍，并且还带外部总线（FSMC）可以用来外扩SRAM和连接LCD等，通过FSMC驱动LCD，可以显著提高 LCD的刷屏速度。配置完全符合需求，可以实现多传感器多中断的综合控制[2]。

3.2 太阳能供电系统

随着人类社会的发展，可再生能源已所剩无几，解决能源问题迫在眉睫。有效的利用清洁可再生能源是社会发展的必经之路。太阳能是最为理想的能源之一，它具有清洁、无污染、可再生、分布广泛等优点。太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。使用20W的家用小型太阳能发电系统，配合12V12AH的蓄电池，在正常情况下完全满足供电需求。

3.3 人体红外报警系统

自制红外报警系统。使用人体红外感应传感器HC-SR501检测是否有人通过，人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。可以根据需要调整检测范围的大小。连接蜂鸣器电路，如果有人从窗户进入会及时报警，保障生命财产安全。

3.4 烟雾报警模块

可燃气体和各种有害气体依然危害着我们的生活。由于煤气泄漏或者其他气体泄漏原因在室内死亡的事件依然时有发生。其实只要能尽快开窗通风，这些悲剧都可以避免。MQ-2烟雾传感器模块就很好地解决了这些问题。传感器连接蜂鸣器和推杆电机，当测量浓度大于设定浓度时，单片机IO口输出低电平，经过电路放大和电平转换使蜂鸣器报警同时推杆电机将窗户拉开。通过蜂鸣器报警能叫醒在夜间熟睡的人们做出反应，及时保障了生命安全。

4 结论

智能窗的出现对提升人们的生活品质有着非常重要的意义，传统的家居正逐步被智能家居所取代。论文提出基于STM32单片机控制及传感器综合运用的智能窗户系统的设计制作方案， 对智能窗控制系统的工作原理、硬件结构和系统设计等进行了详细说明。主要特点在于功能实用、操作简单、易于安装。针对环境出现的变化对窗户进行控制，使得窗户变得更加智能和人性化，更好地满足人们对智能家居生活的需求。今后可在技术水平、可靠性和成本降低方面进一步改进和完善。

【参考文献】

【1】张洋，严汉宇，刘军.原子教你玩STM32[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.

【2】申智源.TFT-LCD技术：结构、原理及制造技术[M].北京：电子工业出版社，2012.

【3】谭浩强.C语言程序设计[M].2版.北京：清华大学出版社，2005.