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基于单片机的自动开关窗设计
摘
随着科学技术的飞速发展，更多改善人们生活环境和提高生活质量的高科技产品将会进入了人们的日常生活。同时，科技的进步带动了社会的快速发展，使得人们的生活节奏也加快了，在快节奏的生活下人们总会因各种各样的原因忘记一些琐事，因此智能化的家具是社会发展必然的选择。目前家庭中的许多电器都已被贴上看智能化的标签，例如热水器、洗衣机、空调等，为提高人们的生活质量做出了贡献。但让人感到遗憾的是家庭生活中重要的组成部分——窗户，却迟迟没有跟上社会快速发展的步伐。现在应用最广泛的窗户采用的任然是最原始的——人工关闭的方式，不具备自动防雨、防雾等人性化的功能。本次设计的自动开关窗户系统能通过其数据检测传感电路不断循环检测室外湿度及烟雾浓度，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；当室外烟雾达到一定值时窗户自动关闭。
关键词：单片机，自动窗，传感器
Microcontroller-based automatic switch window design
Abstract
With the rapid development of science and technology, more to improve people's living environment and High-tech products will improve the quality of life into the daily lives of people. At the same time, the advancement of technology has led to the rapid development of society, so people also accelerated the pace of life in the fast-paced life, there will always be due to a variety of reasons to forget some of the chores, intelligent furniture is the inevitable choice for social development. Many electrical appliances in the family have been affixed point of view intelligent labels, such as water heaters, washing machines, air conditioning, to make a contribution to improve people's quality of life. It is regrettable that important parts of family life - windows, have been slow to keep up with the rapid pace of development of the community. Is the most primitive to the most widely used windows any contingent - artificial closed, do not have automatic rain, fog and other user-friendly features. The design of the automatic switch windowssystem through its data detection sensor circuit continuous cycle detection outdoor humidity and smoke concentration, when the outdoor humidity reaches a certain time (when it rains) windows automatically shut down to prevent moist air or rain to enter the room; when the out door smoke windows closed automatically when a certain value is reached.
2.2本设计的特点
本系统主要由多个传感器的传感信号处理器芯片和单片机AT89C52、电机驱动芯片以及显示电路等组成，具有以下特点：
可靠性高：高可靠性是系统应用的前提。在系统设计的每一个环节，都应该将高可靠性作为首要的设计准则，系统一旦失去了可靠性也就失去了产品的生命力。因此，针对系统在具体使用过程中可能存在的情况根据理论原理对系统的设计方案深刻论证严格把关。
1.2课题的意义
随着我国经济的飞速发展和人民生活水平的逐渐提高， 人们更加重视生活环境是否较好室内的空气是否清新，时常的开窗通风换气也成为人们共同的生活习惯.可是在当今较快的生活节奏中，人们经常会忘记关窗，一旦逢刮风下雨，便开始担心，这严重影响正常的工作和学习。 现在市场上的自动关窗装置固然品种功能多样，但主要应用在一些较为高档建筑和各种公共场所，并且主要的都是和窗框一起定制，费用比较高与此同时不管是老的还是新建的住房事先安装的基本都是手动推拉窗，基本没有人愿意把已安装好的窗户拆掉，更换成多功能自动窗。
模块化设计：根据本系统是用于自动关窗的这一应用目的，系统尽量使用模块化设计，实现模块化积木式组合与拆分的功能，便于以后的升级换代，减少二次投资，可以满足家庭使用的重要性和复杂度以及使用对象对功能和价格的选择。
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3.1 自动窗的构成
本控制系统主要由 AT89C52单片机组成的中央控制器，驱动电路，湿度传感器，烟雾传感器，1602显示电路， 数据检测电路等组成。其系统结构框图如图3.1所示。
韩国研究人员研制出一种新型智能窗户，窗玻璃能根据室外温度不同变黑或变透明，起到隔绝热量或增加室内光线的作用。研究团队在美国化学学会主办的杂志中说，这种智能窗户有助节省能源。
该智能窗户由韩国电子技术研究所的林浩苏和崇实大学的曹郑浩、金株勇共同研制。研究人员说，这种智能窗户可以在“夏季模式”与“冬季模式”间自由转换。夏季室外温度高，智能窗户会变暗，以“反射大部份太阳光，防止建筑内部受阳光照射而过热”;冬季室外温度低，智能窗户的玻璃会变得透明，以接收太阳带来的免费热量，“通过吸收太阳能，让房间保持温暖”。智能窗户由完全不透明状态转变成几乎完全透明状态用时很短，只需要几秒钟时间。智能窗户应用范围广，写字楼和住宅楼均能使用。
综上所述，本课题希望开发一种在普通窗户的基础上改进的自动关窗装置，该装置装有湿度传感器，烟雾传感器，每当下雨或出现较浓的雾时，窗户便自动关闭， 解除用户的后顾之忧，让生活变得更加美好。
1.3
一种能使室内冬暖夏凉，又不影响光照亮度的“智能窗户”，最近由美国伯克利劳伦斯国家实验所研发成功。住进这种房屋，即使你没有安装空调，也不会在炎夏热得汗流浃背，在严冬冻得瑟瑟发抖了。
Keywords: MCU, Automatic window, Sensor
1
1.1
我国的改革开放，经济的飞速发展，使得人们物质生活水平不断提高，人们对生活中各种用品的要求也越来越高，例如不仅希望拥有舒适、温馨的住所和汽车，而且对其安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。现在的自动控制系统已经为我们的生活提供许多便利，在生活的各方面，人们迫切的需要一种智能的家庭自动开关窗系统，能够根据不同的天气进行开关工作，例如在下雨或起雾时，能够自动识别，实现自动关窗行为，以便人们能更好的工作学习，与此同时也保证了生活的舒适性和财产的安全性。于是在社会各阶层中，各种场所中智能窗系统的开发和制作日益被科研单位和生产厂家所重视。现在市场上也出现了各种各样的自动开关窗，但多由于其可靠性差、造价高或使用复杂而难以推广。随着电子通讯技术的快速发展，单片机以其具有价格低、体积小、集成度高、性价比高等优点已在工业控制、智能仪表、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。
英国材料专家斯蒂芬莫里斯说，如果新型智能窗户真能迅速在不透明和透明之间转换，那么它将为能源节约带来福音。“这将意味着，光线能更快进入室内，这会减少房子的热量损失或者夏天时让房间更凉爽，”莫里斯说。
2
2.1
对自动窗户功能进行设计，相应的硬件和系统软件设计，并做出控制系统，从而达到设计的目的：能够显示设定值与当前值；当室外湿度和烟雾值大于设定值时，通过电机的动作实现关窗;当小于设定值时实现开窗；按键可以对设定值进行调整，同时也可实现手动开关窗户。
89C52主要功能特性
1)兼容MCS51指令系统
2)8kB可反复擦写闪速只读存储器；
3)32个双向的I/O口；
4)256x8比特内部随机存储器；
5)有3个16位的可编程定时/计数器中断；
6）时钟频率0-24兆赫兹；
7）2个串行中断，可编程UART串行通道；
智能窗户的关键，是使用了一种合成的氧化铟锡纳米晶体新材料。这种材料既能作为涂层涂于窗户玻璃表面，也可作为液体溶剂注入窗户双层玻璃的夹层之中。这种纳米晶体对光和热的传播，可以通过电压来调节：在严寒天气，可见光和近红外光都可以通过，从而使热量进入房间；而在酷暑季节，施加微弱电流可使窗户依然能够传播可见光，却会阻挡近红外光，从而避免太阳的热量进入房间。此外，锡还另外带有电荷，当施加电压时，纳米晶体里电子的密度会发生改变，从而使得所吸收的红外光的量也随之改变，于是房间始终保持适宜的温度。
图3.1 系统结构框图
3.2
89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单芯片微型计算机，包含了8k字节的可反复擦写的闪速只读程序存储器和256字节的随机存取数据存储器（RAM），它采用ATMEL公司的高密度、非挥发性存储技术生产，与工业80C51单芯片微型计算机的指令与引脚完全兼容，片内置通用8位中央处理器和闪速存储单元，89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。