基于多傳感器的智能窗系統(tǒng)設(shè)計

摘要：為促進(jìn)建筑智能化，設(shè)計了一種新型智能窗，討論了智能窗的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計方案。應(yīng)用壓力傳感器，濕度傳感器，光強(qiáng)傳感器，紅外遙控模塊等實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集，選用8051系列單片機(jī)進(jìn)行信號處理，并控制步進(jìn)電機(jī)調(diào)整智能窗扇葉張角。經(jīng)實驗測試，風(fēng)速感應(yīng)和控制精度優(yōu)于0．1 m／s，濕度感應(yīng)精度5％RH，光強(qiáng)感應(yīng)精度5lux。實現(xiàn)了測量顯示風(fēng)強(qiáng)、濕度、光強(qiáng)等信息并調(diào)整扇窗開合程度，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境?？梢酝ㄟ^嵌入式系統(tǒng)設(shè)定控制量值，適合對環(huán)境要求不同的用戶使用。
關(guān)鍵詞：8051單片機(jī)；多傳感器；嵌入式系統(tǒng)；環(huán)境控制；智能窗

當(dāng)今世界建筑正朝著智能化方向發(fā)展，這種發(fā)展趨勢也正是人類社會的文明程度在一定歷史時期的體現(xiàn)。但普通窗戶在起風(fēng)下雨時不能自動關(guān)閉，不能自動調(diào)整開合程度以適應(yīng)風(fēng)、雨、光等環(huán)境變化，給我們帶來了諸多不便，安裝智能窗已是大勢所趨。本文討論了一種智能窗系統(tǒng)設(shè)計方案。
該智能窗由多個傳感器收集風(fēng)力大小、空氣濕度、光照強(qiáng)度等信號，經(jīng)處理后傳入單片機(jī)。單片機(jī)對信號進(jìn)行運算，再輸出脈沖信號調(diào)整步進(jìn)電機(jī)。智能窗可根據(jù)環(huán)境變化及使用者的意愿調(diào)整扇葉張角，控制室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，且具有一定的自適應(yīng)能力。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
智能窗由電子系統(tǒng)、相應(yīng)程序和機(jī)械部分組成。電子系統(tǒng)包括傳感器、處理器、顯示屏、步進(jìn)電機(jī)及其他輔助電路。機(jī)械部分可根據(jù)使用場合的不同而進(jìn)行設(shè)計。
在電子控制系統(tǒng)中，傳感器起著重要的作用，它關(guān)系到控制的精度，合理選擇傳感器是系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。此外，由于各種干擾存在，除了選用性能優(yōu)良的傳感器外，還需進(jìn)行軟件上適當(dāng)?shù)臑V波算法，以保證數(shù)據(jù)的可靠性。傳感部分是由多個傳感器收集環(huán)境各項參數(shù)的，為了快速準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)，在接收傳感器采樣時要合理的設(shè)置巡檢優(yōu)先級，這可以通過程序?qū)崿F(xiàn)。出于實用性，人機(jī)交互和節(jié)能也是關(guān)鍵問題，因此，系統(tǒng)還配有便于用戶使用的遙控和顯示設(shè)施。所有的參數(shù)都可以通過遙控設(shè)置、改變，保存，運行過程中用戶也可以通過遙控改變開窗狀態(tài)。顯示屏可將系統(tǒng)運行狀態(tài)，測量的數(shù)據(jù)實時顯示。電子系統(tǒng)框圖如圖1所示。

設(shè)計的扇窗利用步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)葉片張角。扇窗結(jié)構(gòu)主要包括：窗框、多個葉片構(gòu)成的可轉(zhuǎn)動葉片組、一個用以調(diào)整該葉片組開和角度的拉繩。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。