智能窗户控制器的设计

南京科技职业学院 蒋伟琪 王继伟 王 颖

本文设计一款窗户控制器，可以根据外界光照强度、温度湿度、下雨等情况，调整输出电机的工作状态，从而控制输出电机相连的窗户支架的伸缩，进而达到控制窗户的开合。本系统以STC89C52芯片为核心，接受温湿度传感器DHT11和光敏二极管电阻的温湿度信号和光线信号，输出信号控制电机正反转且据此控制窗户支架的伸缩，无线遥控和接收模块也可手动遥控的窗户支架的伸缩。

随着人们生活水平的提高，越来越多的家居往自动化智能化方向发展，但是家庭用的窗户却智能化程度较低，往往需要人手工开合窗户，窗户也不能随天气的变化而及时调整。为提高生活质量，本文设计一款智能窗户控制器，可以随外界温度、湿度、天气状况自动调整窗户的开与关。

1 工作原理分析

本文设计的智能窗户控制器可安装于安装推窗的底座，窗户的开合程度由智能窗户控制器的输出控制。智能窗户控制器可以根据外界光照强度、温度湿度、下雨等情况，调整输出电机的工作状态，从而控制输出电机相连的窗户支架的伸缩，即达到控制窗户的开合程度。

智能窗户控制器的原理框图如图1所示。其中，温湿度和光强检测模块：分别通过温湿度传感器和光敏电阻接收温湿度大小和光线强弱，将信号传给单片机系统，用以驱动电机工作；限位开关：设于窗户支架两端，据此限定窗户支架的伸出范围；无线遥控和接收模块：可以远程控制电机的工作；单片机系统：其为智能窗户控制器的核心，接收传感器信号并作比较判断，发出输出信号控制电机工作；电机驱动模块和电机：通过接收单片机信号驱动电机正反转工作，电机正传促使窗户支架伸长，电机反转促使窗户支架缩回；数码显示模块：通过接收单片机信号，显示当前温湿度；电源模块：为电路提供电源。

图1 智能窗户控制器的原理框图

2 硬件电路分析

本系统分为主电路和遥控电路，其电原理图分别如图2和图3所示。

图2 智能窗户控制器的电原理图（主电路）

图3 智能窗户控制器的电原理图（遥控电路）

温湿度模块采用DHT11传感器，将当前的湿度信号通过DHT11的2号脚送入单片机的P2.0口。光强检测模块采用光敏电阻，即通过光照强度的变化改变光敏电阻的阻值，然后通过三极管将光敏电阻的变化转化为三极管发射级的电平，且送给单片机的P1.0口。限位开关，采用触点式按键，分别设置于窗户支架的两端，控制窗户支架伸出和缩回的程度。当窗户支架伸出或收缩到极限时，会碰触上限或下限的限位开关，限位开关将信号传递给单片机的P3.4或P3.6口，电机停止转动，从而起保护窗户支架的作用。

无线遥控模块采用编码芯片PT2262和无线发射模块FS1000A。PT2262芯片的D1、D2和D3分别连接手动自动的切换按键、手动开窗按键和手动关窗按键，PT2262芯片的Dout端口发出由地址码、数据码、同步码组成的编码信号。该编码信号直接送给无线发射模块FS1000A的DATA端，且调制在315MHz的载波信号上，通过天线（10cm长的导线）发射出去。当三个按键均没有按下时，PT2262和FS1000A不得电，二者不工作，没有信号发射。当有一个按键按下时，PT2262得电工作，输出串行编码信号；FS1000A得电工作，315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号。

无线接收模块采用超再生接收模块RH5A和解码芯片SC2272。超再生接收模块RH5A通过天线接收无线遥控模块送来的信号，解调出编码信号，且从DATA端口送到SC2272的Din端口。编码信号经过SC2272解码后，三个按键信号分别从D1、D2和D3口输出经三极管放大后送单片机的P1.1、P1.2和P1.3。

单片机系统采用STC89C52芯片,通过P2.0口和P1.0口分别接收温湿度模块信号和光敏检测模块并作比较判断，从而从P3.0或P3.5口输出信号控制电机的正反转工作；STC89C52芯片通过P1.1、P1.2和P1.3口检测手动遥控板信号，若手动遥控板有信号，则按要求输出信号控制电机的工作。 单片机P3.0或P3.5口的信号分别通过三极管放大后，分别接5V继电器的线圈，继电器的触点均与电机相连。当P3.0有信号输出，电机正传，窗户支架伸出；当P3.5有信号输出，电机反传，窗户支架缩回。

3 软件电路分析

智能窗户控制器的软件流程如图4所示。当系统启动时，默认为智能模式，系统自动检测光线和湿度。当光线亮且湿度小时，窗户支架伸出，即打开窗户，当窗户支架到达上限位开关时，窗户支架停止动作；当光线暗或湿度大时，窗户支架收回且到达下限位开关时，窗户支架停止动作。当手动切换按键按下时，打开伸出按键，窗户支架伸出，当触碰上限位开关时停止伸出；按下收回按键时，窗户支架收回，当触碰下限位开关时停止收回。

图4 系统流程图

4 仿真和实验

根据电路图在protues中画出电路接线图，加载.hex文件后，切换成手动模式，点击伸出电机正转则窗户支架伸出，点击收回电机反转则窗户支架收回。

经过仿真图的验证以后，系统有两种模式。当切换到手动模式的时候，可以通过按键控制电机的正反转来控制窗户支架的伸缩，达到开关窗的目的。当切换到自动模式的时候，系统可以根据当前的光照强度和温湿度传感器的数据自动进行窗户支架的伸缩，达到开关窗的要求。

智能窗户控制器的实物如图5所示。

图5 智能窗户控制器实物图

经调试，本文所设计的智能窗户控制器可实现功能如下：当电源打开时，默认为智能模式；当按下遥控板上的智能模式和手动模式，实现智能模式与手动模式的切换。

智能模式：

（1）光照传感功能：自动识别光强度（白天或夜晚）；

（2）温湿度传感功能：DHT11温湿度传感器检测空气的湿度，数码管显示湿度值。

具体执行：（1）当外界湿度小于80%时，电机工作将在白天伸出窗户支架并在夜间收回窗户支架，并触碰相应的限位开关以停止旋转；（2）当外部湿度达到80%或更高时，即使在白天窗户支架也会自动收回，并触碰相应的限位开关以停止旋转。

手动模式：在智能模式下，按下手动模式按键，切换到手动模式。在手动模式下，可以通过按键进行窗户支架的伸出和缩回操作。窗户支架触碰到限位开关电机会自动停止。

结语:通过仿真演示和实物调试，本文所设计一款智能窗户控制器，可以根据外界光照强度、温度湿度、下雨等情况，控制输出电机的正反转，从而控制输出电机相连的窗户支架的伸缩，进而实现窗户的智能化控制。