太阳能式智能通风控制系统的设计

李 杰 史非凡 张 权 徐睿麟

（东南大学成贤学院，江苏 南京210088）

1 概述

随着当今国内外科技的不断进步发展，智能家居已经成为当今社会发展的主流。目前，对于市面上的智能家居当中，平移窗户的智能化却没有得到进一步的发展，无法满足人们对更高生活质量的追求。

本设计的目的是太阳能充电板在阳光的照耀下经过稳压芯片稳压后给TP4056 芯片提供电源和充电电池充电，电池再给智能通风控制系统供电，通风控制系统则采用了多个传感器对室内的环境变化进行实时的检测和采集，并将采集的数据传入单片机内部，单片机通过设计的指令驱动步进电机智能地进行开关窗户通风，本系统还可通过红外线监测室外情况报警实现防盗功能，用户也可以手动或者手机连接蓝牙进行开关窗户通风。营造了一种绿色节能、安全舒适的生活环境，使窗户更加智能化、人性化。

2 系统总体设计

太阳能式智能通风控制系统是基于STC89C52 单片机与多个传感器结合的节能智能通风控制系统。其主要包括单片机STC89C52、太阳能充电电路、ADC0832 转换模块、太阳能充电电池、LCD1602 显示模块、电源模块、光敏电阻传感器模块、烟雾传感器模块、温湿度传感器模块、风扇模块、红外线监测模块、蓝牙模块。如图1 所示。

3 系统硬件设计

3.1 单片机STC89C52。采用STC89C52 单片机作为核心，用其测量、控制信息系统，来实现我们所需要的性能分析指标。充分分析我们的系统，关键是实现太阳能的充放电和智能通风控制系统自动控制，而此时，单片机显示出其控制简单、方便、快捷的优势。这样一来，STC89C52 单片机系统就可以进行充分发展发挥其资源强大的优势、有较为强大的控制功能及可位寻址操作管理功能、价格低廉等优点。STC89C52 单片机具有强大的位操作指令，I/O 口可按位寻址，程序空间高达8K，完全可以满足本设计的需要。更值得一提的是，STC89C52 单片机的价格非常低。

3.2 显示功能模块：采用LCD1602 液晶作为显示器，能够清晰的在液晶上显示太阳能电池的实时电压和充电时间以及通风控制系统中室内的光照强度、烟雾浓度、温湿度、当前时间等参数信息，用户可通过按键来设定当前的时间和所需开关窗户各个参数的值。

图1 系统原理框图

3.3 太阳能充电升压模块。太阳能充电板在阳光的照耀下会产生电荷，用18650 锂电池存储太阳能电池板的电荷，经过充电模块给锂电池充电同时也可以通过充电模块上的USB 接口用手机充电器快速充电。充电时当红色指示灯亮，说明锂电池正在充电中，当指示灯变为绿灯亮时，锂电池充电完成。用户可手动切换太阳能充电和USB 接口充电。当锂电池的电压为3.7V时，单片机控制继电器断开充电回路，防止继续充电。当单片机输出低电平时，断开充电电路，继电器工作的指示灯点亮。当单片机输出高电平时，继电器工作指示灯熄灭，充电系统恢复正常。升压模块将3.7V 的电压升到5V 来给自身系统供电（5V 500mA）和智能通风控制系统充电（5V 3A）。

3.4 光照传感器模块。该模块功能的实现是通过光敏电阻输出信号，输出的信号经过AD 采样芯片转换后输入到单片机完成相应指令。当光的照度LUX 高于或者低于用户所设定的某个范围值的时候，单片机通过指令实现窗户的开闭。当光的照度LUX 在这个范围内时，单片机不发出开关窗的指令。

3.5 温湿度传感器。该传感器采用DHT11 温湿度传感器，它包括NTC 测温元件和电阻式感湿元件。该模块的主要功能是实时检测室内的温湿度，将信号输入给单片机，单片机将接收到的数值和用户所设定的数值进行比较，进行相应的开关窗指令动作。

3.6 烟雾传感器。传感器采用mq-2 传感器，其敏感材料为高活性金属氧化物半导体，传感器加热，在不同气体浓度下在不同的电导率下,对可燃气、烟雾等气体灵敏度高。当环境中可燃气、烟雾等气体浓度越高，AO 引脚输出的电压值越高，通过ADC 采集的模拟值越高，将信号输入到单片机，单片机将接收到的数值和用户所设定的数值进行比较，当浓度高于设定值时，蜂鸣器会发出警报，同时窗户打开、风扇转动进行通风。

3.7 红外监测模块。该部分主要通过红外发射管发出不可见的红外光，红外光经检测面反射后被接收管接收，从而检测到物体，同时发出警报，窗户自动关闭。

3.8 蓝牙控制模块。该模块采用了CC2541 蓝牙模块，该模块能耗低、使用方便，非常适合本系统的需求。用户使用手机蓝牙和本系统连接，进行远程的开关窗户。

4 系统软件设计

本系统通过STC89C52 单片机作为系统的控制端和数据处理端。用户可以在LCD1602 液晶显示器上进行人机互动，可以观察当前太阳能充电电压和充电时间以及室内光照强度、温湿度、烟雾浓度等环境参数，也可以自己设定相应需要的数值。太阳能充电系统和智能通风控制系统软件如图2、图3 所示。

5 结论

图2 太阳能充电系统程序流程图

图3 智能通风控制系统程序流程图

随着智能家居社会主流的发展，太阳能式智能通风控制系统在普通窗户的基础上进行的人性化智能设计以及其通过太阳能供电顺应了国家对新能源大力发展的倡导，将在未来受到大多数消费者的青睐。该系统的绿色节能、使用方便、便于定制、实用性强、安全性高等特点，将在未来智能家居行业得到更为广泛的发展，拥有很广阔的发展前景。

成品展示如图4。

图4 太阳能式智能通风控制系统成品