王钰之 吕浩然 王济生 韩超

赤峰学院物理与智能制造工程学院 内蒙古 赤峰 024000

绪论

智能窗户最先应用在智能家居中，在商用建筑中智能窗户也有一定的应用，其具备自动开关、根据温湿度调整窗户开关等功能。随着IOT行业的发展，尤其是电子信息技术的发展，如今智能窗户已经出现在大众的日常生活中。在商务楼盘、超市、家庭住宅等场所中，经常可见其身影。根据用户需求不同，智能窗户在智能开关功能和红外人体感应功能的基础上可以添加各种其他功能，比如模式选择功能、防夹手功能、烟雾报警功能等。

1 系统硬件设计

（1）控制芯片。本设计使用的STC89C52RC芯片是一款CMOS8位微控制器，是STC89C51的增强型芯片，具有低功耗、高性能的特点，而且成本低廉。

（2）温湿度传感器。本设计的温湿度传感器模块采用的是DHT11数字温湿度传感器，温湿度传感器在本设计重点作用是检测室内温湿度，并将监测数据传送到CPU，由CPU发送给显示器，然后在屏幕上显示。这款传感器的数据采集能力十分可靠，通过传输40位数字信号发送信息，采集的湿度数据是40位数字信号的前16位，采集的温度数据是随后的16位，最后的8位为校验和。该传感器的温度量程为-39～79℃，是度量成为0～100%RH。

（3）红外人体检测模块。本设计选用的红外人体感应模块为HC-SR501，该传感器是基于红外线技术的自动控制模块，是目前常用的一种人体检测模块。在各种自动感应电器中均有广泛应用，例如楼梯走廊的自动感应灯。

（4）显示器模块。显示电路主要外设装置是LCD1602液晶显示屏，可以将CPU传输的数据显示在显示器上。显示屏的主要功能实现是在PCB板上完成，构件相对简单，实现功能齐全。电路实现功能直观安全可靠，不需要经常刷新，操作简单，画面清晰度高。因其画面清晰，质量轻，个体小巧等特点而被广泛使用。只需要简单的设置就能使用，通过滑动变阻器调节电压可以控制显示亮度。

（5）步进电机功能实现。在本系统中，步进电机所要实现的功能主要为步进电机转动方向的控制。在硬件方面本设计将按键作为了输入，其中控制方向的是单片机P0.0和P0.1两个口，所以要进行方向控制必须要查询这两个口的状态，当这两个口被检测到按下时，会做出相应的动作，P0.0为控制电机顺时针转动，P0.1位控制电机逆时针转动[1]。

2 系统软件设计

本设计使用的编程软件为Keil4，使用的编程语言为C语言。由各传感器对周围的环境进行检测，然后将检测到的数据信息发送给单片机，由单片机判断是否达到执行开关窗户的标准。单片机主函数调用各子程序，其余的传感器数据采集模块、驱动模块、LCD显示模块的功能程序均写入子模块中，方便调用和阅读。

主控程序的工作方式为重复循环，可以不断检测实时收集的环境数据。在每次收集完数据后进行一次判定，然后重新收集数据，循环工作。

（1）智能窗户原理。智能窗户主要由STC89C52RC芯片、DHT11温湿度检测模块、驱动模块、LCD显示模块与按键等部分组成，将多个温湿度检测模块布置到室内，覆盖所有位置。在系统运行前，首先要对智能窗户的自动开启和关闭的时间进行一个初始值的设定，然后设定自动开关窗温度的最大值和最小值，由系统储存。根据检测到的温度值和设定的温度最大值和最小值进行比较，如果测量温度超过最大值，窗户自动开启，如果测量值低于最小值，窗户自动关闭。在到达自动开启和关闭的时间时，如果智能窗户检测到的温湿度在最大值与最小值之间，则运行程序将窗户开启或关闭。

（2）系统工作流程。在系统开机初始化完成后，开启显示器与键盘，进入设置界面，根据用户需求设置预定开关窗时间、温湿度，由于需要适应不同季节，还设置了多个预定时间，所有信息都会显示在屏幕上，用户可根据自己的观察及时调整窗户设定。然后使用按键对窗户进行手动控制，确认按键功能完好，按键可供用户在任何情况下进行窗户的控制。预定值全部设置完成后，按下自动控制按键就可以进入自动运行了。

（3）程序控制结构。智能窗户须要适应不同季节不同地区的温湿度，而且有的地区温湿度变化快，所以对系统的可靠性要求非常高。本设计通过比较预设数据与收集数据进行窗户的自动控制。

（4）数据采集功能。首先，DHT11进行温湿度检测，温度值与设定的最大值和最小值进行比较，如果测得的温湿度高于最大值或低于最小值， 那么设定的标志位将置位， 这个标志位会随着每次温湿度测量被更新。只要此标志位置位，那么将会产生报警信号，让所有的 DHT11进行温湿度检测。此时，允许多个DHT11进行温度检测，收集到的数据转换完之后传输到单片机中。

（5）红外人体感应模块。红外人体感应模块会布置到距离窗户较近的位置，分为上下两个，分别采集数据，然后将数据传输到单片机，当在一定时间内只触发了下侧的模块时，系统会判定有小孩在附近，会自动将窗户关闭。红外人体感应模块为选择性功能，可以用户选择是否开启。

3 结束语

本系统采用 STC89C52RC单片机、DHT11温湿度传感器、步进电机和独立按键等。本设计将嵌入式技术与传感器技术结合起来，具非常好的环境适应性、实用性，且因为结构为模块化的设计，所以可靠性很强。本设计通过温湿度传感器与红外传感器实现了对内外部环境的监测与防止小孩靠近的功能。通过将收集到的数据显示在LCD屏幕上，让用户可以直接根据情况自由调整。并由STC89C52RC单片机控制步进电机、温湿度检测模块与人体红外检测模块等，将智能开关窗户实现了，具有较高的实用价值。