智能关窗器单片机

基于单片机的雨天智能关窗器设计

雨天智能关窗器由控制器系统、传感器系统、执行器系统和显示器系统组成。控制器系统是单片机，传感器系统由雨滴传感器和温度传感器组成，执行器系统是步进电机，显示器系统是LCD1602液晶屏，各系统分工明确，各司其职，相互合作，从而构成雨天智能关窗器这个统一整体。其系统结构图如图1所示。

一、雨天智能关窗系统工作流程

首先，先由单片机通过雨滴传感器检测外部环境，经过A/D转换后，并把信号传给单片机，再由单片机判断雨水值是否达到阈值，从而实现开关窗。其系统功能流程图如图2所示。

二、雨天智能关窗器硬件介绍

（1）单片机最小系统模块：本设计采用的是STC15W4K32S4单片机。STC系列单片机是在传统8051的基础上发展起来的。STC单片机进行了全面技术的升级与创新，相对于传统8051内核的单片机，其具有更好的性能及优点。具有宽电压范围，能在2.4～5.5V电压范围内正常工作；全部采用Flash技术，擦写次数10万次以上；采用ISP/IAP（在系统可编程/在应用可编程）技术；增强型8051CPU，1T型，即每个机器周期只有1个系统时钟，速度比传统8051单片机快8～12倍；内部具有高可靠复位电路，ISP编程时16级复位门槛电压可选，可彻底省掉外部复位电路；具有高精准的R/C内部时钟，可彻底省掉外部昂贵的晶振；ISP编程时，内部时钟5～35MHz可选；大大地提高了集成度，比如集成了8通道高速10位ADC，速度最高可达30万次每秒。

（2）雨滴传感器模块：雨滴传感器用于检测是否降雨以及雨量的大小。该传感器具有抗氧化性、导电性好、寿命长等性能，配有电位器调节灵敏度，工作电压为3.3V～5V，使用宽电压LM393比较器。当下雨时，通过雨滴传感器，利用水的导电性的原理，本不相通的感应板就导通了，经过A/D转换后传给单片机，并在LCD液晶屏上显示降雨量。

（3）温度传感器模块：该设计采用的温度传感器是LM35D，用于检测室外的温度，将模拟量转化为数字量后，并在LCD1602液晶屏中显示。该传感器具有灵敏度高、线性度好、工作电压较宽和非常省电等优点。该传感器输出电压与摄氏温标呈线性的关系，当温度为0℃时，输出为0V，每当温度每升高1℃，输出电压就增加10mV。其转化公式为U=T×10mV。

（4）步进电机驱动模块：步进电机顾名思义就是步进转动，其功能是将脉冲的电信号转换成相应的角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就会转动一个角度。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲的个数，而不随负载的变化而变化。步进电机驱动电路需要ULN2003驱动芯片实现，ULN2003驱动芯片是由高耐压、大电流、内部有7个硅NPN型达林顿管组成。ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据；ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。在该设计中，步进电机的作用是实现开关窗。

（5）显示器模块：显示器采用的是LCD1602液晶屏，其能够显示32个字符，2行显示，即16列×2行。有电位器，可以自行调节对比度，LCD内部有复位电路，可以用来提供各种控制命令，比如：清屏、字符闪烁、光标显示、字符移位等等。在该设计中用于显示室外温度、降雨量以及窗户的开关状态。

三、雨天智能关窗器系统测试结果

实验中，我们设置阈值为30，在自动模式下，当降雨量大于30时，实现自动关窗。当降雨量小于30时，窗户自动打开。在手动模式下，设备在按键的控制下实现开关窗。自动和手动模式可以任意切换。经过反复地实验、测试，验证了该设备性能运行稳定可靠。

总结

智能家居给人们的生活带来了新的体验，而且随着科技的发展将会进一步改善我们的生活，雨天智能关窗系统为人们解决了生活中的实际问题。今后，在这个设备的基础上将会增加更多的功能，诸如智能报警系统，智能防盗系统，打造一个舒适智能的家居空间。