太陽能式智能通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計分析

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摘要：介紹了一種基于單片機(jī)的太陽能供電式智能窗通風(fēng)控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)為主控芯片，使用太陽能充電板經(jīng)穩(wěn)壓模塊和充電模塊對鋰電池經(jīng)行充放電并對通風(fēng)系統(tǒng)提供電源，通風(fēng)系統(tǒng)通過檢測室內(nèi)環(huán)境的溫濕度、光照強度、煙霧濃度等參數(shù)，實現(xiàn)窗戶自動或手動的開啟和關(guān)閉，也可通過手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

關(guān)鍵詞：太陽能；單片機(jī)；傳感器；智能窗；手動控制

1概述

隨著當(dāng)今國內(nèi)外科技的不斷進(jìn)步發(fā)展，智能家居已經(jīng)成為當(dāng)今社會發(fā)展的主流。目前，對于市面上的智能家居當(dāng)中，平移窗戶的智能化卻沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展，無法滿足人們對更高生活質(zhì)量的追求。本設(shè)計的目的是太陽能充電板在陽光的照耀下經(jīng)過穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后給TP4056芯片提供電源和充電電池充電，電池再給智能通風(fēng)控制系統(tǒng)供電，通風(fēng)控制系統(tǒng)則采用了多個傳感器對室內(nèi)的環(huán)境變化進(jìn)行實時的檢測和采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)內(nèi)部，單片機(jī)通過設(shè)計的指令驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)智能地進(jìn)行開關(guān)窗戶通風(fēng)，本系統(tǒng)還可通過紅外線監(jiān)測室外情況報警實現(xiàn)防盜功能，用戶也可以手動或者手機(jī)連接藍(lán)牙進(jìn)行開關(guān)窗戶通風(fēng)。營造了一種綠色節(jié)能、安全舒適的生活環(huán)境，使窗戶更加智能化、人性化。

2系統(tǒng)總體設(shè)計

太陽能式智能通風(fēng)控制系統(tǒng)是基于STC89C52單片機(jī)與多個傳感器結(jié)合的節(jié)能智能通風(fēng)控制系統(tǒng)。其主要包括單片機(jī)STC89C52、太陽能充電電路、ADC0832轉(zhuǎn)換模塊、太陽能充電電池、LCD1602顯示模塊、電源模塊、光敏電阻傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、風(fēng)扇模塊、紅外線監(jiān)測模塊、藍(lán)牙模塊。如圖1所示。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1單片機(jī)STC89C52。

采用STC89C52單片機(jī)作為核心，用其測量、控制信息系統(tǒng)，來實現(xiàn)我們所需要的性能分析指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，關(guān)鍵是實現(xiàn)太陽能的充放電和智能通風(fēng)控制系統(tǒng)自動控制，而此時，單片機(jī)顯示出其控制簡單、方便、快捷的優(yōu)勢。這樣一來，STC89C52單片機(jī)系統(tǒng)就可以進(jìn)行充分發(fā)展發(fā)揮其資源強大的優(yōu)勢、有較為強大的控制功能及可位尋址操作管理功能、價格低廉等優(yōu)點。STC89C52單片機(jī)具有強大的位操作指令，I/O口可按位尋址，程序空間高達(dá)8K，完全可以滿足本設(shè)計的需要。更值得一提的是，STC89C52單片機(jī)的價格非常低。

3.2顯示功能模塊：

采用LCD1602液晶作為顯示器，能夠清晰的在液晶上顯示太陽能電池的實時電壓和充電時間以及通風(fēng)控制系統(tǒng)中室內(nèi)的光照強度、煙霧濃度、溫濕度、當(dāng)前時間等參數(shù)信息，用戶可通過按鍵來設(shè)定當(dāng)前的時間和所需開關(guān)窗戶各個參數(shù)的值。

3.3太陽能充電升壓模塊。

太陽能充電板在陽光的照耀下會產(chǎn)生電荷，用18650鋰電池存儲太陽能電池板的電荷，經(jīng)過充電模塊給鋰電池充電同時也可以通過充電模塊上的USB接口用手機(jī)充電器快速充電。充電時當(dāng)紅色指示燈亮，說明鋰電池正在充電中，當(dāng)指示燈變?yōu)榫G燈亮?xí)r，鋰電池充電完成。用戶可手動切換太陽能充電和USB接口充電。當(dāng)鋰電池的電壓為3.7V時，單片機(jī)控制繼電器斷開充電回路，防止繼續(xù)充電。當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時，斷開充電電路，繼電器工作的指示燈點亮。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時，繼電器工作指示燈熄滅，充電系統(tǒng)恢復(fù)正常。升壓模塊將3.7V的電壓升到5V來給自身系統(tǒng)供電（5V500mA）和智能通風(fēng)控制系統(tǒng)充電（5V3A）。

3.4光照傳感器模塊。

該模塊功能的實現(xiàn)是通過光敏電阻輸出信號，輸出的信號經(jīng)過AD采樣芯片轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)完成相應(yīng)指令。當(dāng)光的照度LUX高于或者低于用戶所設(shè)定的某個范圍值的時候，單片機(jī)通過指令實現(xiàn)窗戶的開閉。當(dāng)光的照度LUX在這個范圍內(nèi)時，單片機(jī)不發(fā)出開關(guān)窗的指令。

3.5溫濕度傳感器。

該傳感器采用DHT11溫濕度傳感器它包括NTC測溫元件和電阻式感濕元件。該模塊的主要功能是實時檢測室內(nèi)的溫濕度，將信號輸入給單片機(jī)，單片機(jī)將接收到的數(shù)值和用戶所設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，進(jìn)行相應(yīng)的開關(guān)窗指令動作。

3.6煙霧傳感器。

傳感器采用mq-2傳感器，其敏感材料為高活性金屬氧化物半導(dǎo)體，傳感器加熱，在不同氣體濃度下在不同的電導(dǎo)率下,對可燃?xì)?、煙霧等氣體靈敏度高。當(dāng)環(huán)境中可燃?xì)?、煙霧等氣體濃度越高，AO引腳輸出的電壓值越高，通過ADC采集的模擬值越高，將信號輸入到單片機(jī)，單片機(jī)將接收到的數(shù)值和用戶所設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，當(dāng)濃度高于設(shè)定值時，蜂鳴器會發(fā)出警報，同時窗戶打開、風(fēng)扇轉(zhuǎn)動進(jìn)行通風(fēng)。

3.7紅外監(jiān)測模塊。

該部分主要通過紅外發(fā)射管發(fā)出不可見的紅外光，紅外光經(jīng)檢測面反射后被接收管接收，從而檢測到物體，同時發(fā)出警報，窗戶自動關(guān)閉。

3.8藍(lán)牙控制模塊。

該模塊采用了CC2541藍(lán)牙模塊，該模塊能耗低、使用方便，非常適合本系統(tǒng)的需求。用戶使用手機(jī)藍(lán)牙和本系統(tǒng)連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程的開關(guān)窗戶。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)通過STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制端和數(shù)據(jù)處理端。用戶可以在LCD1602液晶顯示器上進(jìn)行人機(jī)互動，可以觀察當(dāng)前太陽能充電電壓和充電時間以及室內(nèi)光照強度、溫濕度、煙霧濃度等環(huán)境參數(shù)，也可以自己設(shè)定相應(yīng)需要的數(shù)值。太陽能充電系統(tǒng)和智能通風(fēng)控制系統(tǒng)軟件如圖2、圖3所示。

5結(jié)論

隨著智能家居社會主流的發(fā)展，太陽能式智能通風(fēng)控制系統(tǒng)在普通窗戶的基礎(chǔ)上進(jìn)行的人性化智能設(shè)計以及其通過太陽能供電順應(yīng)了國家對新能源大力發(fā)展的倡導(dǎo)，將在未來受到大多數(shù)消費者的青睞。該系統(tǒng)的綠色節(jié)能、使用方便、便于定制、實用性強、安全性高等特點，將在未來智能家居行業(yè)得到更為廣泛的發(fā)展，擁有很廣闊的發(fā)展前景。成品展示如圖4。

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作者：李杰 史非凡 張權(quán) 徐睿麟 單位：東南大學(xué)成賢學(xué)院