基于多傳感器的智能窗系統設計

摘要：為促進建筑智能化，設計了一種新型智能窗，討論了智能窗的軟硬件系統設計方案。應用壓力傳感器，濕度傳感器，光強傳感器，紅外遙控模塊等實現環境數據采集，選用8051系列單片機進行信號處理，并控制步進電機調整智能窗扇葉張角。經實驗測試，風速感應和控制精度優于0．1 m／s，濕度感應精度5％RH，光強感應精度5lux。實現了測量顯示風強、濕度、光強等信息并調整扇窗開合程度，從而調節室內環境。可以通過嵌入式系統設定控制量值，適合對環境要求不同的用戶使用。
關鍵詞：8051單片機；多傳感器；嵌入式系統；環境控制；智能窗

當今世界建筑正朝著智能化方向發展，這種發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。但普通窗戶在起風下雨時不能自動關閉，不能自動調整開合程度以適應風、雨、光等環境變化，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設計方案。
該智能窗由多個傳感器收集風力大小、空氣濕度、光照強度等信號，經處理后傳入單片機。單片機對信號進行運算，再輸出脈沖信號調整步進電機。智能窗可根據環境變化及使用者的意愿調整扇葉張角，控制室內環境參數，且具有一定的自適應能力。

1 系統總體設計
智能窗由電子系統、相應程序和機械部分組成。電子系統包括傳感器、處理器、顯示屏、步進電機及其他輔助電路。機械部分可根據使用場合的不同而進行設計。
在電子控制系統中，傳感器起著重要的作用，它關系到控制的精度，合理選擇傳感器是系統成功的關鍵。此外，由于各種干擾存在，除了選用性能優良的傳感器外，還需進行軟件上適當的濾波算法，以保證數據的可靠性。傳感部分是由多個傳感器收集環境各項參數的，為了快速準確的采集數據，在接收傳感器采樣時要合理的設置巡檢優先級，這可以通過程序實現。出于實用性，人機交互和節能也是關鍵問題，因此，系統還配有便于用戶使用的遙控和顯示設施。所有的參數都可以通過遙控設置、改變，保存，運行過程中用戶也可以通過遙控改變開窗狀態。顯示屏可將系統運行狀態，測量的數據實時顯示。電子系統框圖如圖1所示。

設計的扇窗利用步進電機調節葉片張角。扇窗結構主要包括：窗框、多個葉片構成的可轉動葉片組、一個用以調整該葉片組開和角度的拉繩。其結構圖如圖2所示。