1、 1智能窗户控制系统设计说明书 设计者：徐凯 张猛龙 张凯 指导老师：唐建敏 （常州工学院创新中心 常州213002） 摘要：近年来，随着电子技术的发展和生活水平的不断提高，智能窗已经越来越多的被用到了现代智能化建筑中，提供住户一个安全、方便的环境。据统计，在未来的几年内，安装智能窗的用户不断增加。本次设计的智能窗户系统能通过其雨湿传感器电路不断循环不断检测室外湿度，当室外湿度达到一定时（下雨时）窗户自动关闭，防止潮湿空气或雨水进入房间；另外可设置自动关闭窗户或开启窗户时间，到了设定时间会自动关闭或开启窗户；可设置根据光敏传感器自动开启或者关闭窗户，达到更加智能化的效果。除此之外，我们还将窗户
2、的滚轮装置隐藏于窗户底部夹缝中，更加美观。 关键词：智能窗户；单片机；雨湿传感器；光敏传感器；滚轮 1引言 据了解，智能窗户的应用越来越受广大人民的欢迎，在许多大城市，很多小区都实现智能化管理，其中智能窗户的应用是相当重要的一部分。所以我们这次创新设计选了这个我们比较感兴趣也很有现实意义的题目。 2国内外研究概况 目前，智能化窗户的功能还不是很完善，虽然市场上有下雨时能自动关闭的装置，但在雨过天晴后并不能适时自动开窗。这就会让用户在下班回家后觉得室内空气不流通、不清新等。另外，窗户的动力装置过于暴露，影响美观。因此，我们以这次创新设计为契机，改进了部分功能实现的方法，并增加了适时开窗的新功能，
3、力求整个智能窗户控制系统高效、美观、易用的理念。 3设计目标与实现方案描述 设计目标：目前，考虑到经费及实验室器材，我们可以使智能窗户在控制系统下，由电机驱动来达到下雨2关窗、定时开/关窗、手动开/关窗，实现窗户智能化的目标。最终，我们会改善电机，使用无刷电机直接安装在窗户滚轮内，加入多种传感器模块，并添加物联网的一个节点及加入通讯模块，达到超远距离控制智能家居的目标。 实现方案： 传感器模块：现在市场上大部分的智能窗户很不完善，其中雨湿传感器裸露在外，据统计现在下的雨80%都是酸性雨，所以导致传感器的寿命很短。因此我们设计的雨湿传感器是非接触电容式传感器，整个模块的使用寿命长。 驱动模块：一
4、般的智能窗户驱动基本上是拉线、电机推杆、滚珠丝杠这三种形式，体积大且裸露在外。在我们观察下，大部分窗户是由铝合金或塑钢做成，其内部的空隙很大，所以我们充分利用这些空间，用电机直接控制窗户的滚轮，整个驱动模块都将隐藏于窗户底部的空隙内。 控制模块：我们选取以单片机为核心，程序简单，便宜易购买，而且将来可以在此基础上添加更多的传感器以及通讯模块。 4详细设计和制作过程 总体框图设计如下： 单片机 电源模块 雨湿传感器 按键模块 电机驱动模块 显示模块 窗户位置传感器 光敏传感器 3改善传统的雨湿传感器，用电荷转移传感器芯片QT1011等原件组成电容传感器电路，电路原理图如图1。当雨滴没有滴落在传感
5、器上时，QT1011没有检测到电极间的容量的变化，2脚输出电平为高，当雨水滴落在传感器上时，电极间的容量发生变化，QT1011检测到电极间容量的变化后，其输出电平由高变低，并发送给单片机发送信号，带动电机驱动模块，改变窗户的工作状态。 图1 QT1011电路原理图 主控制器使用STC12C5A60S2单片机，单片机最小系统原理图如图2，将传感器连接到单片机P14口，另外加入两个按键，连接到P10和P11口。按键功能分别设计为预约和开关，预约按键是使用DS1302时钟芯片，通过单片机设计夏季和冬季两个控制模式，例如夏季模式是控制窗户从早七点开晚六点关，冬天模式是从早八点到晚五点关闭；开关按键就是
6、简单的开关窗户功能,取代手动开窗或者关窗。 4图2 单片机最小系统原理图 使用超级电容（电源电路原理图如图3）给电机提供3V的直流电源，并使非门RS触发器经过LM293D H桥控制电机正反转，电机模块电路原理图如图4。由单片机控制电机的运行，通过添加齿轮减速机构，增加电机的扭动力，从而带动滚轮使窗户移动。在窗户两端的窗框上分别安装三个端口，其中两端为超级电容充电，另一端向单片机发送位置信号。当电机控制的窗户接触到窗框的任何一端，都将给单片机发送信号，单片机通过接受到的信号，停止电机工作，并判断出窗户的开关状态 图3 电源电路原理图 图4 电机模块电路原理图 5在以上三步的组合之后，单片机将收到
7、雨湿传感器、DS1302、触发器的信号。经过单片机程序编写，流程图如图5所示： 图5 总流程图 N 开始 开关按键 取消预约 雨？ 窗 继电器工作 继电器工作 预约按键 是否已预约 取消预约 是否已预约 雨？ 窗？ 时间 继电器工作 窗 雨？ 窗？ 继电器工作 窗 继电器工作 继电器工作 N Y Y Y N Y N Y N Y N 开 关 开 关 Y N 月份 开 关 开 关 开窗时间 关窗时间开 关 65作品实物照片 图6 超级电容模块和电机驱动模块 图7 主控制模块 7图8 电机和齿轮减速模块 图9 裸露的雨湿传感器模块 8图10 作品总图 6创新特色 我们作品有三大创新点： 1重新设计了
8、雨湿传感器，对雨天进行检测。 2我们将电机安装于窗户底部夹缝中，进行隐藏设计，美观，实用。 3设计了超级电容作为电源为电机供电，使用时间持久。 7预期应用前景 本设计能够解决智能窗户使用寿命短、体积过大不美观的问题。 1家居智能化通过系统控制，让家居生活更加舒适、安全、有效与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，更提供高品位且宜人的生活空间，还由原来的被动静止结构转变成为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，优化人们的生活方式、帮助人们有效地安排时间、增加生活的安全性。 92现在和未来随着社会的进步人们物质和精神生活质量的全面提升，安逸和休闲就成了生活基调。而智能家居恰好能迎合
9、、满足人们的需要。现在，楼宇的卖点越来越集中在智能化和生态环保化，而最大的变量和砝码就是智能化。 致谢 本设计是在唐建敏老师的悉心指导下完成的。感谢唐老师和学校给予的支持与帮助，感谢本次大赛提供的宝贵的实践机会，我们才得以将自己的想法付诸实践。在唐老师的建议下，我们不断的完善设计，使其更方便实用。同时我们也切身体会到创新来之不易，它不仅需要奇思妙想，更要有严谨的工作态度和锲而不舍的精神。希望我们的设计能够方便我们的生活。 参考文献 1 朱理.机械原理M.北京:高等教育出版社,2010. 2 姜勇，李善锋，谢卫标.AutoCAD机械制图教程M.北京:人民邮电出版社,2008. 3 徐锦康.机械设计M.北京:高等教育出版社,2004. 4 罗印升，单片微机原理及应用，机械工业出版社,2012 5 唐国兴，王永廉.理论力学. 北京:机械工业出版社,2008. 6 谭浩强，C程序设计,清华大学出版社,2010
