基于STC89C52单片机的智能窗控制系统研究

王 静，马 进

（华北电力大学 仿真与控制技术实验室，河北 保定 071003）

0 引言

随着人们生活水平的提高以及消费理念的改变，更潮流、更先进、更方便、更环保的家庭生活已经成为当前社会生活的主流。智能家居在我们的日常生活中的地位越来越高，智能窗也越发受到重视，这引发了世界各地科研人才的广泛关注[1]。传统门窗在防风、防雨、防盗、感应有毒气体、净化空气等各方面不能满足人们对舒适、环保、安全的家庭生活的需求，而智能窗的广泛使用让人们在家中能够充分享受到幸福指数较高的生活，同时也让家具以及其他家庭设施更具有人性化。

本文研究了智能窗控制系统的各个功能模块，尝试结合节能环保的理念以增加新功能，尽力做到整个设计装置简洁、高效、易于实现。

图1 智能窗控制系统框图Fig.1 Smart window control system block diagram

1 智能窗控制系统流程分析

1.1 控制流程分析

首先步进电机模块开始工作，此时使得窗户先关闭。各数据传感器将检测到的相应数据信号传送给STC89C52RC单片机[2]。传感电路实时检测各种数据，系统将这些数据与设定值相比较，再结合当前窗户的开关状态，系统输出脉冲信号用来控制步进电机，通过步进电机顺时针或者逆时针的转动进而带动滑轮组动作，以此控制窗户的开启与闭合。

1.2 控制原理分析

该智能窗控制系统利用机械传动装置来控制窗户的开启或者闭合，其机械装置主要是由步进电机来提供控制力，通过滑轮组和窗户连接，使窗户可以根据该控制系统的指令进行开启或者闭合。电子自动控制系统部分包含湿度温度探测传感器模块、光敏电阻传感器模块、烟雾探测传感器模块、红外检测防盗模块、换风控制模块[3]。各个数据检测传感器把检测到的各种信息反映到STC89C52RC单片机上，之后由STC89C52RC单片机根据反馈过来的信息来判断外界环境的变化情况，然后根据自己对各个模块进行设定的程序，严格地执行操作命令，进而控制机械传动装置，让窗户精准的开启或者闭合。系统总体框架如图1所示。

2 关键技术分析

2.1 探测技术分析

数据检测传感电路[4,5]由四个部分组成，分别选用DHT11数字温湿度传感器；烟雾传感器；红外防盗探测头；LY-C1光敏传感器。

1）DHT11数字温湿度传感器，含有已校准数字信号输出，是一个温湿度复合传感器。它能够提供产品的可靠性和稳定性，因为它应用了两个专业的技术，即数字模块采集技术和温湿度传感技术。STC89C52RC单片机与DHT11数字温湿度传感器之间的通讯同步，采用单总线数据格式，一次传40位数据，高位先出。将温湿度传感器安装在窗户的外部，可以在天气湿度超过70%的时候，即下雨的时候，系统可以及时有效地检测到其变化进而控制窗户的开关或者闭合。

2）烟雾传感器，安装在室内即安装在窗户的内部，当有毒气体或者烟雾的浓度超过标准值的时候，烟雾传感器会及时检测到，并且使步进电机顺时针转动，进而带动滑轮组执行命令使窗户打开。于此同时，换风系统和蜂鸣器都开启进行工作。

3）红外检测防盗部分中设计了激光防盗电路，其中探测器由两部分组成，包括：发射头、接收头。探测原理：发射头用来发射红外线，接收头用来接收红外线，探测器导通时不发生动作。如果有人出现挡住了红外线，会导致探测器接收头接收不到由发射头发射的红外线，这种情况会使探测器断开进而输出低电平信号。该系统设计了两组红外探测器，两个接收头的输出端分别连接了STC89C52RC单片机的P3.3口和P3.4口。将红外防盗探测头同烟雾检测器一样安装在室内即安装在窗户的内部，当有不法分子企图从窗户进入屋内盗窃时，会快速检测到并且及时报警，此时窗户也会执行紧急闭合操作。

4）LY-C1光敏传感器，利用光敏电阻的检测原则，可以精确地检测到周围环境的光照亮度。当周围环境的亮度没超过设定值时，D0端口则会输出高电平；当周围环境的亮度超过设定值时，D0口则输出低电平。根据这一原理，可以利用光敏电阻监测周围环境亮度的变化，进而判断是白天还是晚上，其中天变暗时，信号端则会输出高电平。该系统将LY-C1传感器的D0端口连接到单片机的P3.6口，以便STC89C52RC单片机实时检测D0端口的变化，协调步进电机来控制窗户的开启或关闭。

2.2 控制及输出技术分析

该系统采用红外技术进行控制，红外遥控系统可以分成两部分：发射和接收。它的发射部分是使用的红外发光二极管发出的并且经过调制的红外光波；红外接收则是由红外接收二极管、三极管或硅光电池组合而成的，红外接收电路可以将红外发射器发射的红外光转化为相应的电信号，再送后置放大器。系统设计时，为使系统不受电压、电流、温度等因素的影响，采用两组ULN2003模块和24YBJ模块相结合的步进电机。其稳定性和控制性能非常好，并且运行过程中产生的误差不会长期累加。

系统采用LCD1602液晶显示屏，显示室外的亮度、室内外温度、室外的湿度以及系统时间等。蜂鸣器是一种把提醒人的电信号转换成人耳能够识别的声音信号的转换装置，该系统将蜂鸣器的正极接入高电平，负极接到STC89C52RC单片机P3.1端口，已到达信号提醒的功能。

3 智能窗的应用与分析

图2 实体安装设计图Fig.2 Physical installation design diagram

本次设计的智能窗户控制系统分为两大部分，包括：电子自动控制部分、机械传动部分。电子控制部分使用STC89C52单片机，结合多种数据检测传感器实现监测控制窗户周围环境；机械传动部分则利用步进电机安装在窗户上，这样则不需要对原有窗户进行大的改动，只需要将智能窗户装置安装到窗户上即可，以此来实现窗户的开启或者闭合。实体安装设计如图2所示。

设计实现如下功能：1）显示检测到的室外温湿度、室内的烟雾浓度值、室外的亮度值以及系统实时监测的时间；2）可以设定出温湿度、亮度、烟雾浓度的最大值和最小值，进而控制窗户的开关；3）系统有按键，可以手动控制窗户的开启和闭合；4）可以设定窗户开启或者闭合的时间；5）利用红外线传感器，监测不法分子是否企图潜入，确认之后则利用蜂鸣器进行报警，有防盗作用。

4 结论

本文研究了基于STC89C52单片机的智能窗控制系统。将STC89C52单片机与各数据检测传感器相结合，实时检测温度、湿度、光照、烟雾浓度等各种数据，进而来控制窗户的开关实现对室内环境的调节。该系统增加了防火灾以及防盗功能，提高了建筑的安全性，并且系统较好地将各技术模块组合在一起，形成了一个性能稳定且功能优良的系统。