窗户设计

窗户设计（精选7篇）

窗户设计 篇1

摘要：研究设计了智能窗户, 其可以根据室外天气的变化, 自动控制窗户的开关并且顺便改善了室内的空气状况, 保护居民室内东西不受损坏的同时使居民生活更加舒适。

关键词：窗户,GSM短信模块,温湿度传感器,灰尘传感器,风力检测,电机驱动

随着经济的发展, 人们的物质生活水平越来越高, 日常生活用品的实用性、便捷性显得尤为重要。目前窗户应用最广的还是推拉式的铝合金窗户, 外边刮大风、下雨时因为出门在外没有关好窗户弄得家里一团糟, 也许在城市内这个问题不是很显著, 但是在农村依旧是人们伤脑筋的事情。而且现在环境状况很差, 什么时候开窗通风都成为人们需要考虑的事情。综合上述原因, 进行了智能窗户的研究与设计, 通过在目前通用推拉式铝合金窗户的基础上进行必要的结构改造以及软件程序设计, 使窗户集实用、智能、便捷、自动, 更好地应用于市场。

1 设计方案

智能窗户设计主要包括减速电机驱动部分, 温湿度传感器, 灰尘传感器, 风力检测部分, GSM短信模块及系统整体的Keil程序设计六个方面。

1.1 减速电机驱动部分

智能窗户的自动化实现靠窗户两边的两个减速电机来实现推拉, 两电机的控制由Risym L298N电机驱动板模块决定, 单片机根据处理对比各种传感器传递来的AD信号, 提供给驱动高低电平, 达到控制驱动的目的[1]。

1.2 GSM短信模块

GSM短信模块在智能窗户中起与外界通讯的作用, 将模块安装在窗户内侧, 通过单片机将其与温湿度传感器、灰尘传感器、风力检测部分三部分联系起来, 各模块接收到的信号传送到单片机, 由单片机做出判断是否需要发送短信询问主人, 设置一定的等待时间, 若主人无回复, 根据天气状况默认开关。短信模块不受时间, 地点, 距离的限制, 实用快捷[2]。

1.3 温湿度传感器

在窗户外部安装温湿度传感器对外界的环境空气进行温度、湿度上的检测, 把检测到的数据传到单片机。当外界风雨欲来时, 空气中的湿度会明显增大, 当检测到的湿度值超过预定单片机内默认值时, 会自动地将窗户关闭, 与此同时, 与其相连的GSM短信模块会将这一信息传输到我们手机上, 通知我们“窗户已经关闭, 是否进行此操作”, 我们可以选择“是”或者“否”来对其进行控制是否关闭窗户。雨停后, 温湿传感器检测到数值上的下降, 然后再发送信息到手机, 询问是否将窗户打开。若用户想趁雨后室外空气清新疏通一下室内的空气这会变得随心所欲。实现了人工智能的要求, 从而避免了因为下雨会将窗户旁的物品淋湿的问题。

1.4 灰尘传感器

在窗户外部安装灰尘传感器可对外界的空气质量进行监测, 灰尘传感器 (GP2Y1010AU0F) 是专业检测灰尘浓度的传感器, 应用广泛。

该装置中, 一个红外发光二极管和光电晶体管, 对角布置成允许其检测到在空气中的灰尘反射光。该传感器具有极低的电流消耗 (最大20 m A, 11 m A典型的) , 可以搭载高达7VDC的传感器。输出的是一个模拟电压正比于所测得的粉尘浓度, 敏感性为0.5 V/0.1 mg/m3。

检测原理如图1, 传感器中心有个洞可以让空气自由流过, 定向发射LED光, 通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线来判断灰尘的含量获得测试数据 (如图2) , 将测试得到的数据与空气质量对比 (如图3) , 判断出空气质量状况。

设置单片机的默认值为300, 当传感器检测到的值大于300时, 窗户会自动关闭。检测值下降时, 短信模块发送短信询问户主“空气质量好, 是否要打开窗户”, 户主回复是则窗户打开, 反之依旧关闭[3]。

1.5 风力检测部分

在窗户外部安装小型风力发电机, 当外界环境起风时会带动它进行发电, 然后会点亮与之相连的密封的LED灯, 密封空间内光亮的变化引起光敏电阻的变化, 将光敏电阻采集到的AD信号传输到单片机, 由单片机判断处理, 最后对电机驱动进行控制, 关上窗户。

1.6 Keil程序设计

我们采用的控制系统是51系列的STC12C5A60S2单片机, 使用的电脑编程软件为Keil, 程序下载软件为STC, 三者相互协作完成程序的运行。

智能窗户的程序设计:首先DHT11温湿度模块传感器、灰尘传感器、风力检测部分, 采集到的数值全部通过5110液晶显示屏表现出来, 当传感器采集到的温湿度信号, 与Keil程序里设定的数值不一样时, STC12C5A60S2单片机就会通过传递高低电平给电机驱动来控制电机的工作[4], 达到整个智能系统的自动化。

2 特点

1) 实用性:现如今市面上的智能窗户都是一套整体的窗户, 价格昂贵, 大多都需要将原来的窗户拆除后再安装, 成本大。我们设计研究的智能窗户只是对现有的窗户进行改装, 在达到相同效果的情况下, 与其他智能窗户相比有成本低, 安装简单, 使用方便等特点。

2) 自动性:安装该窗户后, 在恶劣天气情况下, 即使家中无人也不需要再担心室内的物品会损坏了, 从根本上解决了人们担心的问题, 实现了人工智能自动的特点。

3) 安全性:安装该窗户后, 在恶劣天气情况下, 即使家中无人也不需要再担心室内的物品会损坏了, 从根本上解决了以上我们提到的问题。安装该系统以后, 也使室内的空气状况大大改善, 有益家人身体健康。

以上三大特点使目前的铝合金窗户能够更好地满足广大人民群众的需求, 更快地引领窗户市场。

参考文献

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新型多重窗户防盗报警系统设计 篇2

1系统总体设计

该系统由硬件部分和软件部分组成,其中硬件部分有Zig Bee控制的声光报警电路和智能化自锁功能的机械装置,软件部分有判断盗窃行为发生并实现声光报警和实现GSM信息通讯功能的程序。系统总体设计框图如图1。

2系统硬件部分设计

2.1声光报警模块

系统该部分由红外传感器、Zig Bee装置,单片机,LED显示的控制电路组成。平时传感器输出低电平[3],相应的ZigBee装置模块控制的LED(红灯)是灭的,当有人闯入窗户附近时,红外传感器感应到红外辐射,传感器原来输出的低电平信号变为高电平信号,此高电平输入Zig Bee装置,模块控制的LED(红灯)不停闪烁,同时高电平信号输入单片机接口,经单片机软件程序处运行后,Zig Bee装置输出控制信号,驱动报警电路实现声光报警并将信息传送给电脑或者手持智能设备,从而实现其功能。该部分框图如图2所示。

2.2智能化机械锁死模块

窗户机械锁死模块由开关窗模块和机械控制模块组成,其中开关窗模块由卡槽、插销和壳体组成,如图3;机械控制模块由电磁铁、杠杆、连杆以及支撑体组成,如图4,平时,电磁铁断电,杠杆在左端重物作用下下压,使杠杆左低右高,使得窗户能正常打开和关住。其特点在于卡槽内设有锯齿槽,插销为楔形锁舌,插销通过连杆与杠杆连接,连杆另一端连接着电磁铁,电磁铁由控制模块控制。卡槽安装在窗户底槽,壳体安装在窗扇靠底部合适高度,电磁铁、杠杆、连杆安装在支撑体内,插销以及支撑体安装在壳体内。在三维制图软件Solidworks中,将其三维整体效果图绘出,如图5。

此模块可以实现开窗与锁窗的功能,具体开或锁需要由机械控制模块控制,平时机械控制模块式是常开状态,插销处于高位。有人闯入窗户附近时,单片机控制部分传来电信号,通过引线,电磁铁通电,排斥杠杆磁铁部分向上运动,从而使右端的连杆及插销向下卡住卡槽,锁死窗户。

2.3通讯模块

系统中通讯模块由计算机,单片机、GSM模块和智能移动设备,如智能手机组成,实现当声光报警的同时由单片机发出信号到GSM无线通讯模块,接收短消息和发出语音呼叫的功能,从而进一步实现智能防盗。

本系统主要采用GSM模块TC35的短消息接收和发送功能,GSM无线通信模块TC35具有语音、数据呼叫、短消息等许多功能,当主人接到短信通知家中被盗时,能够及时报警。基于Zigbee装置与GSM的短消息收发系统的组成框图如图6所示。

系统主要由两个模块Zigbee通讯装置与GSM通信模块TC35实现MCU(Microprogrammed Control Unit)与GSM模块之间的有线数据传输;GSM与智能化设备通信模块,实现GSM模块与智能移动设备的无线数据传输。

本设计采用PC机处理传输过程的数据,因为GSM通信模块TC35和单片机AT89S52都是利用串口进行数据传输的,所以直接将传输数据通过单片机发送给GSM通信模块TC35,实现通讯。其中,MAX232模块是实现电平转换的功能。设计电路框图如图7所示。

3系统软件设计

3.1报警系统软件设计

自动报警器软件部分采用模块化设计,分为主程序、扫键程序等。应用汇编语言编程,使用G6W型仿真器,在Keil u Vision2环境里运行,最后用烧写器将程序写入单片机。编程语言的软件设计采用MCS-S1汇编语言编写自动报警器中相关程序(如拨号、检测等),详细的程序本文中将不详细的列出,下面是主程序设计框图,如图8所示。

3.2 TC35通信程序设计

为能实现电脑与模块的直接通信,本设计中防盗报警系统检测使用WINDOWS系统自带的“超级终端”软件,此处将波特率设置为9 600 Hz,数据位为8位,停止位为1位,无奇偶校验,该系统以微控制器Zigbee装置为监控模块。

用户接收发送短消息,也由单片机发出的信号来控制实现,当单片机检测到有外部中断时,向用户发送短信息来实现通知用户报警,这里短消息内容必须符合时限规定的协议,每次发送和接收的指令需要有一定规格,使得收发双方可以解释发送的指令,并且及时处理指令的内容,完成信息接收功能。

短信收发有两种方式分别为:TEXT模式和PDU(protocol data unit)模式,均由T35模块来实现。其中,PDU模式是采用UNICODE编码发送汉字和英文,但PDU码合成过程比较复杂。TEXT模式无需编码,但是只能发送英文。本设计中只需要能够实现发送功能即可,为了简便易行,采用TEXT模式。当T35模块与电脑通信成功时,“超级终端”界面会显示出“^SYSSTART”字样,然后输入“AT”,回车,可以看到返回信息:“OK”。

当实现通信成功后,接着便能够实现短信息发送功能,短信息的发送分为以下两步:

1)发送接收的手机号码,等待应答:“>”,AT+CMGS="137xxxxxxxx"回车(此号码为目的地址)。TC35模块回应:AT+CMGS=“137xxxxxxxx”>

2)在TC35模块输入所要发送的短信息的内容(只能是英文):alarm,以ctrl+z的组合键结束,手机便可以成功接收发送出来的短消息:alarm[17],从而实现通讯功能。

4结论

本文以切实实现防盗功能为目的,设计了新型窗户防盗报警系统,具有多重功能,实现声光报警、智能化机械自锁、短信发送等功能,设计出其硬件电路部分,在三维制图软件中将机械装置部分模型展示出来,编写了实现系统功能的软件程序,通过实验验证,证明该种新型防盗报警系统具有很好的使用价值,功能性非常好。

参考文献

[1]薛亮.适用于智能化建筑和小区管理的安防系统研究与开发[J].天津科技,2009,36(1):5.

[2]Document 03285r0:Suggestions for the Improvement of the IEEE 802.15.4 Standard,July 2003.

[3]吴英才,林华清.热释电红外传感器在防盗系统中的应用[M].传感器技术,2002.

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[5]Zigbee Alliance,http://www.zigbee.org.

[6]黄仁喆.将窗户锁固于不同位置的装置:韩国,99120731.9[P].2000,03,29.

[7]约翰·罗索·沃茨布仁登·乔治大卫·格林伯里.滑动门和窗户锁:澳大利亚,200980101256.9[P].2010,11,17.

[8]丛大力.一种自动窗户锁:中国,200920025398.9[P].2010,03,03.

智能窗户控制系统的设计研究 篇3

目前市面上有以下3种控制方式能够满足自动门窗的控制系统要求:继电器控制系统、单片机控制、可编程序控制器控制。

1.1 继电器控制系统

继电器接触式控制系统主要由继电器, 接触器、按钮等硬件组成, 控制方式是断续的, 这种系统结构简单, 维护容易。但由于采用固定接线方式, 如果系统庞大, 则安装接线比较麻烦, 工作量大且控制柜的体积所占的空间也很大。这应用在现代的智能空间不太现实, 也不美观。而且控制过程中触动容易损坏, 维护费用高。

1.2 可编程序控制器控制系统

可编程控制器 (PLC) 是在继电器控制技术和计算机控制技术的基础上开发出来的, 专为现代工业环境而设计。具有强大的逻辑和过程控制功能, 控制系统设计、安装、调试方便, 程序语言易于理解和掌握, 可靠性高、抗干扰能力强。基于上述特点, 使得PLC的应用范围极为广泛。但PLC价格较昂贵, 核心控制器体积也比单片机大, 作为家居产品在价格上不够经济, 在装饰上不够美观。

1.3 单片机控制系统

单片机由于体积小、成本低、可靠性强、应用灵活方便而广泛用于各种智能仪表, 数据采集系统和自动检测监视系统中。

本次设计选用价格相对较低廉, 体积较小的嵌入式且内部资源丰富的STC12C5A60S2单片机为主控制器。

2 STC12C5A60S2单片机介绍

STC12C5A60S2是STC公司生产的单时钟/机器周期 (1T) 的单片机, 是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机, 指令代码完全兼容传统8051, 但速度快8~12倍。内部集成MAX810专用复位电路, 2路PWM, 8路高速10位A/D转换, 针对电机控制, 强干扰场合。

STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口, 有8路10位高速A/D转换器, 速度可达到250KHz (25万次/秒) 。8路电压输入型A/D, 可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型IO口, 用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换, 不须作为A/D使用的口可继续作为IO口使用。该单片机的ADC是逐次比较型ADC。主次比较型ADC由一个比较器和D/A转换器构成, 通过逐次比较逻辑, 从最高位 (MSB) 开始, 顺序地对每一输入电压与内置D/A转换器输出进行比较, 经过多次比较, 使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。逐次比较型A/D转换器具有速度高, 功耗低等优点。

3 系统硬件设计

以STC12C5A60S2作为主控制器是不仅能实现对开关量信号的逻辑控制, 采集环境传感器的模拟信号, 并能通过串口与其他智能设备之间进行通信。因此, 将选用该芯片应用于窗户自动控制系统, 完全能满足控制要求, 且具有运行可靠、成本低、运算速度快等优点。

3.1 控制系统组成

该单片机控制器主要作用于窗户的自动控制, 由以下几部分组成:电源、主控制器、显示屏、风雨光传感器、对射式红外感应头、温湿度传感器、无刷电机等。该控制可由用户通过操控面板及遥控控制窗户的拉开和关闭;也可根据用户预先设定的环境参数及工作模式自动实现窗户开合控制。具体电器控制系统框图如图1所示。

3.2 具体电路设计

为了能够更好地测出和采集温度参数, 本系统选用了集成温度传感器A D590, 这款传感器的测量范围为-55℃~+150℃, 其温度检测范围完全满足家居需求。

本系统选用了2个温湿度传感器、2个光照强度传感器、2个限位开关、1个风雨传感器、1个红外传感器、1个风速传感器。其中室内外各安装1个温湿度传感器、1个光照强度传感器、风雨传感器和2个限位开关分别安装在窗户机构上, 其他传感器则安装在室内相关的地方。温湿度传感器:本系统采用的是数字式温湿度传感器DHT11, 湿度测量范围为20%~90%, 温度测量范围为0℃~50℃。光照强度传感器:采用NH207照度传感器, 输出为0~2V电压信号或4~20 m A电流信号, 量程可在0~2klx, 0~20klx与0~200 klx之间自动切换。风雨传感器:技术参数为, 电源电压DC24 V, 风感3 s响应, 雨感25 s响应。防风传感器和防雨传感器只在刮风的风速或下雨的雨量达到面板所设定的风速或雨量时才会发出感应信号给单片机的CPU, 单片机接收到信号后就会发出控制信号。限位开关:选用非接触式限位开关, 本系统选用光电传感器ST178来检测窗门机构的运动位置。红外传感器:在本系统中红外传感器主要起着防盗示警的作用, 采用对射红外线探测器。只要有人碰到红外线, 传感器就会产生突变电信号, 而这个信号将使报警器发出警报。

3.3 窗户及系统架构造设计

开关是现代化社会家居环境不可缺少的电气元件之一。随着我国开关电源技术不断地提升, 微动开关为开关行业带来了本质的改变。它具有微小的接点间隔和快动机构, 用规定的行程和规定的力进行动作。其工作原理是:把外机械力通过传动元件 (按销、按钮、杠杆、滚轮等) 将力度作用于动作簧片上, 当动作簧片位移到临界点, 产生瞬时动作, 使得簧片可以触动到触点, 从而实现断开和快速接通。微动开关种类品种众多, 按体积分有普通型、小型、超小型, 按分断形式分有双联型、单联型、多联型等。本系统选用SZM-V型按钮型微动开关, 其额定电压:125~250 V, 额定电流10 A, 机械寿命:10万次。窗户框架构造设计包括微动开关连接电路设计和窗架的制作与设计。本设计中的微动开关安装在窗户滑杆上, 当窗户移动到预定位置时, 触动微动开关, 开关信号转换为电信号传送到电机, 电机驱动一检测到信号, 电机就停止转动, 窗户也就停到了指定的。窗户框架构造如图2所示。

4 系统软件设计

4.1 系统控制流程

电气硬件系统组成以后, 为了实现最优控制, 接下来就是如何编写单片机的控制程序。由于汇编语言晦涩难懂, 不利于后期的维护, 因此本次程序采用通俗易懂的C语言来编制。在控制程序中, 首先需要对室外的光照强度、风力、潮湿度进行检测, 检测完后通过传感器将此信号传送至单片机, 用来控制窗户的打开还是关闭。实现窗及窗帘任意位置启停控制。同时此程序可通过按钮完成窗户的手动控制, 也可通过遥控器实现对窗户的远程控制。其次程序还要检测每个行程开关的信号, 通过对这些输入信号的处理, 给出相应的运行状态显示和信息处理。程序流程图如图3所示。子程序和主程序之间必须协调一致、判断准确, 才能实现对自动窗户的整体控制。

4.2 程序

5 结语

本系统在开发设计过程当中, 结合了传感器技术、单片机技术、电机控制技术、开关电源技术等, 并使用C语言编程, 完成该系统的设计。其最主要特点是电路结构简单、工作稳定、成本低廉、体积较小。

参考文献

[1]许锦标, 万频, 曾珞亚.楼宇智能化学科认识及其发展展望[A].中国自动化学会中南六省 (区) 2010年第28届年会·论文集[C].中国自动化学会中南六省区自动化学会学术年会, 2010 (28) :111-112.

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[3]刘万闻.建筑门窗的现状及其发展探讨[J].中国新技术新产品, 2010 (10) :193.

美国科学家设计出“太阳能窗户” 篇4

美国麻省理工学院一个科研小组在新一期美国《科学》杂志上发表论文说, 小组研究人员利用混合染色技术, 开发出一种新型太阳能转换系统, 可以利用建筑物的窗户把太阳能转换为电能。

研发负责人马克·巴尔多介绍说, 他们的设计思路是把两种以上的染料以特定的比例进行混合后, 漆到特殊玻璃窗上。这些染料可以吸收不同波长的太阳光, 然后通过玻璃窗把太阳光集中到窗边缘的太阳能电池上, 太阳能电池负责把光能转换为电能。

巴尔多说, 这样一来房间窗户就成了新型的“太阳能窗户”, “引导”太阳光并使其聚集到四边的太阳能电池上。以前的太阳能电池聚光器都是利用大面积的移动镜面追踪太阳聚光, 这样的镜面有不少弊端, 首先是安装及维护费用不菲, 其次是位于焦点位置上的太阳能电池需冷却, 整个设备占用不小的空间, 且必须保证聚光器之间不会相互阻挡, 此外, 人们只有在屋顶等开阔地带才能架设这样的聚光器进行光电转换。相比之下, “太阳能窗户”不多占用空间, 更易安装而且成本不高。

窗户设计 篇5

在营造生态建筑室内舒适性环境中,室内空气品质是重要的指标之一。研究表明,如果建筑物室内通风状况不好,将会导致大量有害气体在室内积聚,大大加快病毒的传播和繁殖速度,甚至会影响人体的健康。因此,要想在室内享受清新自然的空气与温暖的阳光,有效地减少和杀灭室内的细菌和病毒,防止呼吸道传染病在人体的发生和传播,就要求室内的窗户随意开启与关闭。然而一些办公用室内场所(如候车室、候机厅、会议厅、仓库等)因管理人员顾及窗户数量众多及位置较高而不愿主动开启,在普通居民住宅中老年住户开窗操作不便,上班族住户则因担心家中无人时风雨侵袭而不敢开启,极大地影响到其采光和通风功能的发挥。

针对上述问题,设计一种全新的窗户自动控制系统,能够根据室内外环境的变化自动开闭窗户调节室内环境,进而节约能源和减少管理人员,具有重要的现实意义和价值。

1课题的主要研究内容

本文主要完成机械传动结构设计、控制单元设计、通讯单元设计和仿真实验四个部分,其中选择电动控制的齿轮齿条机构作为自动开关窗系统的传动机构,重点进行了控制单元的设计,主要包含数据采集系统、主控系统及监控单元。

1.1数据采集系统

数据采集系统由温度、湿度、风速、光照、二氧化碳浓度等多种类型的传感器和8051单片机、AD679模数转换芯片组成。由传感器实时采集室内环境参数的模拟电压信号,通过A/D转换电路转换为数字信号存入单片机中,工作原理如图1所示。

由单片机中断程序控制实现多路开关轮流切换各被测回路与A/D转换器间的通路,将多路模拟电压信号转换为数字信号,并相应存储在8051单片机中,最后发送到PLC供自动控制系统使用。以温度数据采集为例,热电阻的输出电压与被测温度之间呈非线性关系,造成测量精度低、误差大,需引入线性化处理。通过记录温度在0~90℃变化时A/D转换器对应的数值,建立起被测温度与A/D转换数值之间的对应曲线,用平滑的曲线连接各点可以得到如图2所示的特性曲线。

图2中温度T被分成了30个均匀的区间,每个区间的

端点A/D转换值Nk都对应一个Tk。当A/D转换值为Ni时,实际测量温度值Ti会落在某个区间(Tk,Tk+1),采用线性插值法进行插值,用通过(Nk,Tk)和(Nk+1,Tk+1)两点的直线近似代替原特性。通过两点Bk和Bk+1的直线方程为

式(1)作为依据编写线性化处理程序。

1.2主控系统

主控系统主要由单片机、PLC和触摸屏组成。单片机通过中断子程序将A/D转换后的采集数据传入核心控制器PLC中,控制程序流程如图3所示。系统先检测有无危险气体存在,有则保持开窗,排出危险气体;其次检测有无下雨、下雪,有则关窗,防止室外恶劣天气影响室内;然后进行控制模式的选择,在自动控制模式下,将进行温度的智能调节。PLC的通讯程序实现了单片机与PLC的数据交换,其接线图如图4所示,通讯电路由8051单片机、MAX487缓存区及485-BD通讯板组成,由8051单片机的P3.1(TXD)控制单片机的数据写入到MAX487缓存区中,再通过无协议的串口通讯将数据传输到485-BD的RDA、RDB数据接收端中,供PLC控制系统使用。

PLC向单片机发出通讯请求信号,在收到单片机发回响应信号后,开始数据通讯。通讯时,单片机向通讯缓冲区发送温度、湿度、光照度、风速、CO2浓度、雨水等数据信息,同时发送通讯就绪信号。

下面以温度数据的通讯为例说明:在PLC收到通讯就绪后,开始读取数据,将数据缓冲存储区中的b0(温度)数据发送到PLC内部寄存器D100中(如图5所示)。其程序格式为:发送通讯站号ENQ,通讯指令STX,校验方式为偶校验,读取地址b0(温度),然后对D11后5位数据进行指令的校验和,将校验和存入D16中进行ASCII转换,然后发送到D8122特殊寄存器中,再由特殊寄存器D8123作用将PLC缓存区D30中的数据整体传送到D300的后8位寄存器中,最后提取出需要的温度数据并存入PLC内部寄存器D100中,用于主控系统的比较以及监控系统的显示,其PLC程序如图6所示。

如图6所示,温度数据通讯PLC梯形图主要包含三部分内容,第一部分为通讯数据长度的定义,定义发送数据位D10及12个寄存器,接收数据为D30及后10个寄存器;第二部分为指令代码,分别是ENQ、STX(通讯请求)、校验和方式及通讯数据地址,发送校验求和;第三部分为数据读取,PLC先将通讯返回的数据存放到D300及后10个寄存器中,再将需要读取的D303温度数据转换为十进制存放到D100寄存器中,供智能控制及监控数据使用。

1.3监控单元

监控单元由触摸屏的监控界面组成,主要实现各环境参数的数值显示及各执行单元的工作状况显示。触摸屏包括触摸检测部件和触摸屏控制器,触摸检测部件安装在显示器屏幕前面,用于检测用户触摸位置,接收后送触摸屏控制器;触摸屏控制器的最主要作用是触摸点检测装置接收触摸信息,并将它转换成触点坐标送给CPU,同时还能接收CPU发来的命令并加以执行。本文选用三菱F900GOT系列F940GOT-LWD-C型人机界面与编程器合二为一的新型触摸显示器,它可在触摸屏上直接对PLC进行监控及编程,本系统选用RS422端口与FX系列PLC的编程口相连,RS-232C端口与PC机相连,如图7所示。

2结论

采用单片机+PLC+触摸屏的窗户自动控制系统主要实现以下功能:1)遇危险气体能保持开窗排出危险;2)遇下雨、下雪天气,能保持关窗,阻止室外恶劣天气影响室内;3)通过触摸屏监视界面直观显示室内环境参数;4)通过开关窗控制实现室内环境舒适度的调节。由于知识水平和时间所限,本文仍有问题未能很好解决,还需进一步完善。

摘要：介绍了窗户自动控制系统的原理、结构及功能设计。选择电动控制的齿轮齿条机构作为自动开关窗系统的传动机构,控制系统主要由数据采集单元、主控单元及监控单元组成。数据采集单元主要由传感器实现对室内外温度、湿度、风速、光照、二氧化碳浓度等多种环境参数实时检测,经A/D转换后送入8051单片机中,再通过与PLC通讯将信号传入PLC供自动控制系统使用;主控系统由PLC及触摸屏控制界面组成,实现系统的智能判断;监控系统由触摸屏监控界面组成,主要显示室内环境参数及各执行单元工作情况。与普通的PC机加下位PLC采集数据的方式相比,系统更具优越性,且操作简单,运行可靠,易于维护。

关键词：智能控制,A/D转换,PLC,单片机,触摸屏

参考文献

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窗户设计 篇6

关键词：单片机,传感器,智能窗,手机控制

一、引言

随着经济的发展, 人们的生活水平越来越高, 对健康的重视程度也日渐增强, 保持室内空气新鲜, 经常通风换气也成为人们共同的生活习惯, 然而在当今快节奏生活中, 人们常常会忘记关窗, 给人们造成了一定的困扰。

本文提出了一种基于单片机的智能窗户控制系统, 由雨滴传感器、温度传感器检测外界天气变化情况, 经处理后传入单片机。单片机对信号进行运算, 再输出电平信号驱动调整电机, 实现窗户的控制。同时用户也可以通过手机查询窗户状态, 并根据需求发送短信来控制窗户的开或关, 从而给人们的生活带来便利。

二、系统总体设计

基于MC9S08AW60单片机的智能窗户控制系统, 主要包括单片机最小系统模块、数据采集模块、输出控制模块、手机控制模块四大模块组成。如图1所示。

三、系统硬件设计

(一) 单片机最小系统模块。

主控芯片采用Freescale公司的高性能处理器MC9S08AW60, 该芯片是Freescale公司的一款基于S08内核的高度节能型处理器, 具有业内最佳的EMC性能。晶振电路由一个4MHz的晶振加二个22PF电容和一个10M电阻组成。复位电路由一个RC抗干扰电路和一个复位按键组成, 当按下按键时, 单片机RESET引脚收到低电平, 则系统复位。在VDD和VSS电源引脚上接二个电容, 一个是大容量10u F钽电容, 用来为全体系统提供大电量存储, 另一个0.1u F陶瓷旁路电容, 来抑制高频噪声。另外在给内部ADC供电的两个电源引脚上也连接一个0.1u F的陶瓷电容, 来抑制高频噪声。BDM写入接口采用Freescale公司的片上调试规范, 可通过它不断多次向目标板下载程序, 或对MCU的Flash进行定稿、擦除等操作。

(二) 温度传感器电路。

温度传感器将采集到的温度准确的转换成数字信号, 本系统采用的是数字集成温度传感器DS18B20, DS18B20采集电路很简单, 只要在DS18B20正极接+5V电压, 负极接地, 输出引脚DQ和正极间连接一个4.7K的电阻, 工作时, DQ引脚连接单片机IO引脚的PTD6脚, DQ引脚会随着环境温度的变化而变化, 并将获得的温度值存放在两个8位存贮器中, 通过DQ引脚读出两个存贮器的值, 再将其求补再转换成十进制数并除以2就得到了被测温度值。

(三) 雨滴传感器电路。

采用的是Arduino雨滴传感器, 5V供电, 当感应板上没有水滴时, 数字输出端D0输出为高电平, 开关指示灯灭, 滴上一滴水, D0输出为低电平, 开关指示灯亮。在本系统中将D0输出端接单片机IO引脚的PTA6脚, 系统初始化时, 将该引脚定义为输入。

(四) GSM模块电路。

本系统选用华为公司GTM900-B模块, 自带RS232通信接口, 模块上的三个引脚TxD、RxD、GND直接连接单片机的RxD、TxD、GND, 无需进行电平转换, 非常方便且节省。单片机通过AT指令可以和GSM模块进行通信, 实现数据的传输和控制。在模块内安装上SIM卡, 该号码作为本系统的号码。

(五) 电机控制模块。

选用直流永磁推杆式电机, 由二路继电路来控制驱动电机的升缩。当PTA0为高电平时, C1815导通, 继电器K1线圈中有电流通过, 同时PTA1为低电平, 继电器K2线圈中无电流通过, 此时电机反向导通, 电机推杆往后缩, 带动窗户关闭。反之当PTA0为低电平时, C1815不导通, 继电器K1线圈中无电流通过, 同时PTA1为高电平, 继电器K2线圈中有电流通过, 此时电机正向导通, 电机推杆往前推, 带动窗户打开。电路如图2所示。

四、系统软件设计

本系统软件环境采用Codewarrior6.3版本, 采用C语言编写。程序首先进行系统初始化, 包括MCU初始化、串口初始化、定时器初始化、IO初始化、GSM模块初始化等。主循环中, 判断是否有短信, 当有短信时, 判断是否是取消短信控制, 还是短信控制开窗或关窗, 从而发出控制信号, 控制继电器动作, 自动开关窗。若短信控制无效时, 则读雨滴传感器及温度传感器信息, 检测到有雨水时, 发出控制信号使继电器动作, 自动关窗。当检测到的温度在10℃到30℃之间, 则发出控制信号控制继电器动作, 自动开窗。程序执行过程中, 当检测设定手机有查询信息时, 也可将窗户当前状态通过GSM模块发送信息给手机, 机主可通过发送短信是开或关窗来控制当前窗户的开或关。主程序流程图如图3所示。

五、结语

本文的智能窗户装置是在普通窗的基础上改进, 智能窗户装置不仅低成本而且顺应时代的要求。在此基础上, 还可按照客户的需求, 增加一些其他检测并进行自动控制。如室内空气污染情况等。造价便宜, 控制可靠, 约在200元以内, 可以满足广大消费者的需求。

参考文献

[1] .王宜怀, 陈建明, 蒋银珍著.嵌入式技术基础与实践 (第二版) [M].北京:清华大学出版社, 2012

[2] .张卓, 张磊.一种基于GSM短消息的智能家居系统[J].产业与科技论坛, 2013

窗户设计 篇7

关键词：多传感器,单片机,环境控制,智能控制窗户控制系统

近年来,随着物联网技术的迅速发展,智能家居成为家庭信息化和社会信息化的重要组成部分。本人将介绍一款同时具备 “雨天自动关窗”和 “粉尘超标自动关窗”, 以及 “天黑自动闭窗”和 “从窗暴力进入自动关窗”四项功能的智能型窗户。功能简单实用,成本低廉,具有广阔的市场空间、可观的市场价值和应用前景。

1系统总体设计

1.1总体设计思路

智能控制窗属建筑领域的附件,它主要包括室外采集区,中央控制区和同步响应区。主要由三大部分组成,分别是单片机核心控制电路及简单外围电路,PM2. 5传感器、湿敏传感器、红外传感器组成的信息采集系统,步进电机的驱动系统。该智能控制窗由安置在室外的湿敏传感器和PM2. 5传感器收集室外空气的温度湿度以及粉尘含量等各项数据,传送给单片机中央处理单元进行数据分析与处理,并向步进电机发送指令,进而步进电机带动同步带轮连接窗框,使窗户发生位移,达到自动开合窗户的目的。各种指令在液晶屏幕上显示以便于识别。其基本系统整体结构框图如图1所示。

1.2室外数据采集检测模块设计

室外数据采集检测模块主要由GP2Y1010AUOF PM2. 5传感器、E18 - D80NK红外传感器和DS18B20温度传感器构成。这些传感器应用广泛、价格低廉,拥有卓越的稳定性和可靠性,可实现数据采集和数字信号输出的功能。传感器原理如图2、图3所示,传感器中心有孔可以让空气自由流过,定向发射LED光,通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线来判断灰尘的含量。

1.3中央控制模块设计

该智能控制系 统主控芯 片采用SSTC公司生产 的STC89,这是一种低功耗、 高性能CMOS8位微控制器, 具有8K在系统可编程Flash存储器。

STC89C52使用经典的MCS - 51内核,但做了很多的改进,使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash,使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。与传统的51单片机相比较它具有较大的存储器空间并且可以支持串口直接下载程序,免去了购买价格昂贵的专门编程器,开发成本很好控制。

该单片机应用系统还包括时钟电路和复位电路,时钟电路使得电路在唯一的时钟信号下工作; 复位电路使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态下,无论是在控制系统刚接上电源还是断电或者故障重启都要复位。

1.4电机同步驱动响应模块设计

采用42BYG250B两相混合式步进电机作为机械部分的驱动设备,步距角1. 8°; 静力矩0. 48 ~ 0. 75N·m; 机身长48 ~ 60mm; 引线数: 4; 电流: 1. 2 ~ 2. 5A。步进电机是将电脉冲信号转化为角位移或线位移的开环控制元件。其中的脉冲发生器用于产生频率变化的脉冲信号。脉冲分配器将脉冲信号转换成有一定逻辑关系的环形脉冲。 这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点,使得在速度、位置等控制领域用步进电机控制变得非常的简单[1]。

1.5系统主程序设计流程

本系统软件以Keil为编程软件,以C语言为编程语言。系统设计流程如图4所示。

1.6系统功能测试

系统各模块设计结束后进行系统功能测试,接通电源后显示屏正常显示室外温度、湿度、PM2. 5浓度。对自动识别室外环境指标开关窗做出测试。各项功能实现良好。与原有的手动开关窗方式相比,基于由室外检测装置、控制装置、执行装置、可使用户的生活更加舒适便捷,通过数据显示与PM2. 5标准值比对的方法说明问题。既方便快捷,易于处理信息,又具有可视化的特点, 生动形象。

2结论