優化單片機的自動窗控制系統

苗強+羅賓+孟珍+陽彩霞+蔣少玖+胡正惠+譚淇

摘 要：窗戶和窗簾是保護人們基本隱私的常用工具，也是裝飾家庭必不可少的家居用品，隨著經濟水平的不斷提高，普通民眾對于室內設計的要求也越來越高，普遍希望室內設計高端化和人工自動化。本文主要敘述了自動窗控制系統的設計與實現過程。自動窗控制系統的核心是STC89C52單片機，還有光照傳感器、溫度傳感器、雨滴傳感器、鍵盤、蜂鳴器、LCD液晶顯示屏和步進電機及直流電機。該系統主要可以實現以下功能：手動開關窗簾，手動關窗戶，根據光照自動關閉窗簾，根據溫度自動報警，定時開關窗戶，窗簾四開，顯示時間、溫度、光照強度等?？梢愿鶕褂谜叩牟煌龅揭蛉硕?，實現一對一個性化定制。

關鍵詞：STC89C52單片機；自動窗；結構；步進電機

0 引言

進入21世紀以來，新的技術和創新不斷推動著社會的發展，自動家居的出現，則給人們的生活帶來了一場前所未有的革命。窗戶及窗簾作為家居生活中重要部分，也是每個家庭的家居必需品，自然也需要自動化，因此自動窗控制系統應運而生。自動窗包括窗戶和窗簾，控制系統是一個完整的系統，利用計算機技術、網絡連接技術和控制技術，通過計算機進行相應的規劃運行，以滿足人們的需求。

1 國內外研究現狀

八十年代末期，在美國開始出現將家庭窗戶和控制中心聯合進行管理和控制的商用系統，美國工程師將其稱為Smart curtains，也就是當今自動窗系統的原型。上世紀末在新加坡舉辦的“98亞洲家庭電器與電子消費國際展銷會”上，通過模擬的“未來之家”，推出具有新加坡特色的家庭自動窗簾控制系統，主要包括：控制功能、安全防護功能、定時關閉和基礎維護功能。這樣的新型模式一經推出就受到市場的極大好評，當年美國就有超過四萬戶家庭使用這種家庭自動窗簾控制系統。

自動窗控制系統進入中國已經有十多年了，最近的一兩年正是高速發展時期。但自動窗系統因為都是國外的技術，所以價格比較昂貴，主要應用在別墅和商務樓盤等高檔環境中。結合國內的生活水平以及民眾的消費能力，我國現階段主要需要功能完善、維護方便、使用簡單和性價比高的自動窗控制系統。

2 系統總體方案

本系統具有一般的窗簾控制系統所具有的基礎功能，并能通過單片機的控制實現根據定時時間與光照強度自動開閉窗及簾，根據溫度自動報警功能。在設計方案與選用器件時，本著經濟實用的思想，盡可能使電路簡單化，使用最經濟的器材和最簡單的布線來達到使用要求。

（1）系統總體結構

經過綜合的考慮，本系統由單片機最小系統、數模ADC0832轉換模塊、液晶LCD顯示模塊、溫度DS18B20采集模塊、DS1302時鐘模塊、光照采集電路、電源模塊、按鍵模塊、電機驅動模塊和蜂鳴器報警模塊組成。

系統的總體結構如圖1所示。

自動窗系統具有手動與自動兩種工作模式。手動模式與自動模式都可以通過按鈕切換并且在LCD液晶屏上顯示出來。

（2）硬件系統

STC89C52單片機是STC公司生產的以高性能、低能耗著稱的CMOS8位微控制器，使用經典MCS-51內核，具有八位字節可編程flash存儲器。STC89C52單片機有40個引腳，4個八位并行I/O接口，1個全雙工異步串行口，內部含有5個中斷源，兩個16位定時/計數器，兩個優先級。STC89C52單片機的存儲系統由4k程序存儲器ROM和128B的數據存儲器RAM組成。另外52單片機可以在空閑模式下，CPU暫時停止工作，此時允許數據存儲器RAM、串口、定時/計數器和中斷繼續工作；在掉電保護模式，數據存儲器RAM內容保存，單片機停止工作，直到下一個復位或中斷。最高運行頻率為35mHz。

整個窗戶和窗簾的機械結構利用絲杠各滾輪進行運動傳遞，效率高且穩定性好，絲杠安裝在上窗框的內扣U型槽內，定心和承受載荷能力較強，為了防止跑偏和卡槽，我們適當的加大了內扣槽的寬度。從何更好實現與電機的連接配合。

（3）軟件系統

主程序為無限循環，需要具有單片機初始化，菜單顯示內容初始化，按鍵掃描，關中斷，計時和電機運行等功能。進入主程序，首先關中斷并設置堆棧，初始化寄存器，初始化顯示內容；接著執行按鍵查詢功能，執行相關操作。若是設定鍵，就設定時間然后開始計時；到達指定時間，步進電機開始工作，完成工作后停機。若是電機控制鍵，則進行相應的動作。若都不是，就是復位鍵，采取復位操作。

3 自動窗系統的主要功能

（1）手動控制：該功能是根據使用者的意愿直接通過按鈕進行窗戶和窗簾的自動開關；

（2）光照控制：根據光照強度，一旦超過設定的光照強度，窗簾則自動關閉；

（3）定時控制：根據使用者設定的時間來控制窗簾的打開與閉合；

（4）溫度報警：如果溫度超過設定值，則蜂鳴器報警；

（5）自動關窗：根據雨滴傳感器檢測的參數自動關窗。

（6）窗簾四開：根據光照和溫度的不同，不僅實現窗簾左右兩開，更能實現窗簾從兩邊向中間開啟和關閉的四種模式。

4 總結展望

該自動窗控制系統打破了人們現有的生活方式，提高了生活質量，讓人們的生活變得輕松、愉快、富有情趣。滿足了現代人們所要求的自動窗控制系統，安裝方便，使用快捷，具有良好的維護性，最重要的是具有良好的性價比，要讓普通百姓買得起用得上。除了能夠在普通家庭中使用，還能滿足公共場合的使用，比如：寫字樓、酒店、大型商場和溫室花園等。真正的讓自動窗控制系統在家居中發揮作用，讓自動窗系統成為現代家居的新標志。

參考文獻

[1] 李廣第. 單片機基礎[M]. 北京：北京航空航天大學出版社，2001.endprint