該項目的核心為相應(yīng)的傳感器、處理器和執(zhí)行器，傳感器采用了溫濕度傳感器DHT11、光敏電阻，處理器采用了STC12C5412AD,執(zhí)行器為直流電機(jī)。傳感器測量的數(shù)據(jù)，通過處理后，與預(yù)先在處理器中設(shè)定的值作比較，并做出相應(yīng)的反應(yīng)，電機(jī)作為執(zhí)行者，通過齒輪和齒輪條帶動窗戶移動。

1.項目背景及目的

在現(xiàn)代社會，對室內(nèi)設(shè)計而言，窗簾不僅具有遮光作用，更有美化功能，它不僅可以協(xié)調(diào)居室的色彩搭配，而且能夠柔化空間造型的線條，營造溫馨愜意的環(huán)境。隨著單片機(jī)芯片的集成度越來越高以及生產(chǎn)成本逐步降低，現(xiàn)在很多廠家生產(chǎn)的自動窗簾（含門簾）控制系統(tǒng)，都是由主機(jī)（以微電腦芯片為核心組成的智能控制中心）、各種傳感器（紅外線傳感器、風(fēng)雨信號傳感器等、溫度傳感器、煙霧傳感器等）、各種報警終端（警燈、警笛、電話報警器、接警指揮中心等）、遙控器以及一系列機(jī)械傳動裝置組成的一種具有智能化、人性化、網(wǎng)絡(luò)化的高科技產(chǎn)品。因此，本次設(shè)計的主要目的就是設(shè)計一個只能的自動窗，實際上可以歸為智能家居的一個方面。

2.項目實現(xiàn)

2.1 自動窗的設(shè)計思想

自動窗的設(shè)計思想是：利用傳感器對溫度、濕度和光照強(qiáng)度進(jìn)行實時檢測，并通過檢測值實現(xiàn)對自動窗電機(jī)組件的控制。以關(guān)窗避雨和及時通風(fēng)。

整個設(shè)計共分6個階段完成：前期調(diào)查-方案選擇-硬件設(shè)計-軟件設(shè)計-系統(tǒng)調(diào)試-撰寫文檔。第一階段主要了解目前國際國內(nèi)自動窗領(lǐng)域的現(xiàn)狀和主要功能；第二階段從技術(shù)方案角度充分了解目前自動窗一般采用那些方式實現(xiàn)，選出一種最佳方案，并針對該方案查找研究和論證各組成部分的可選方案和最佳方案；第三階段學(xué)習(xí)并熟練掌握硬件設(shè)計過程中要用到的Altium Designer軟件，設(shè)計并繪制選定方案的電路并做出樣品；第四階段學(xué)習(xí)并熟練掌握單片機(jī)程序開發(fā)軟件Keil并編制自動窗控制程序，研究控制方法；第五階段，調(diào)試前兩個階段完成的系統(tǒng)，在調(diào)試過程中掌握系統(tǒng)調(diào)試的方法和經(jīng)驗；第六階段完成對整個設(shè)計的書面總結(jié)。

2.2 自動窗的總體框圖

本次設(shè)計將要完成的系統(tǒng)主要實現(xiàn)4大功能：檢測環(huán)境溫度、檢測環(huán)境濕度、檢測環(huán)境光強(qiáng)、對自動窗驅(qū)動電機(jī)的控制。系統(tǒng)框圖見圖1所示。

2.3 系統(tǒng)工作原理

自動窗的工作原理是：對環(huán)境量進(jìn)行實時采集，并根據(jù)預(yù)設(shè)值對自動窗進(jìn)行調(diào)節(jié)。系統(tǒng)工作過程中不斷對環(huán)境量進(jìn)行采集，整個系統(tǒng)即是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。本次需要采集的環(huán)境量為溫度、濕度和光照強(qiáng)度三項，而被控對象為滑動式窗戶。自動窗系統(tǒng)的最主要的功能是避雨和保持室內(nèi)白天在適當(dāng)溫度下通風(fēng)。

2.4 主要器件選擇

2.4.1 單片機(jī)的選擇

由于本設(shè)計對控制器的要求并不是很高，只需要在51單片機(jī)上增加AD模數(shù)功能即可，而STC公司研發(fā)的STC12C54XX系列單片機(jī)，正是結(jié)合了AD轉(zhuǎn)換功能的51單片機(jī)，結(jié)合課堂所學(xué)，本次設(shè)計最終選擇STC公司的STC12C5412AD.

2.4.2 溫濕度傳感器的選擇

溫度傳感器常用的主要有熱敏電阻和專用的溫度傳感器。

采用專用的集成溫度傳感器（如AD590、LM35/LM45）和數(shù)字化溫度傳感器（DS18B20、DS1620）測溫，數(shù)字化溫度傳感器具有接口簡單、直接數(shù)字量輸出、精確度高等優(yōu)點。

濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。

本項目中同時需要以上兩個傳感器，所以我們選擇了市場上較為前沿的溫濕度傳感器：

DHT11.

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)熟悉信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性和卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在即為精確的濕度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測型號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為給類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便。

3.最終效果

最終展示出來的，就是一個完整的自動窗。通過預(yù)先程序中設(shè)定相應(yīng)的溫度、濕度、光照強(qiáng)度值，窗戶能夠做到：下雨自動關(guān)窗，低溫自動關(guān)窗，天黑自動關(guān)窗，天氣晴朗且溫度適宜自動開窗。

窗戶自動開關(guān)電路由5V電池供電，光敏電阻、溫濕度傳感器實時檢測數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)處理后與程序設(shè)定值比較，并做出反應(yīng)，通過L298驅(qū)動直流電機(jī)正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)以達(dá)到開關(guān)窗目的。

4.項目發(fā)展

該項目目前的設(shè)計只考慮了實現(xiàn)其基本功能，其發(fā)展前景還是很客觀的。

測量方面，可以加入的有：風(fēng)速儀、煙霧傳感器，紅外探頭以及其他可能需要的傳感器。

實現(xiàn)功能方面，可以擴(kuò)展的有：測量風(fēng)速，風(fēng)速過大時，關(guān)閉窗戶防止風(fēng)沙進(jìn)入；煙霧報警，著火時，通過添加蜂鳴器或者報警器等報警；防盜，小偷通過窗戶進(jìn)入時，通過窗外安置的紅外探頭檢測；其他擴(kuò)展功能。

智能家居方面，單片機(jī)可以通過無線模塊連接家中的控制中心，通過中心編程改變設(shè)定值及控制方式。簡單的也可以在窗戶上添加設(shè)定按鈕，用戶自行設(shè)置預(yù)定值。

外觀方面，可以加入12864等液晶顯示當(dāng)前溫度、濕度、風(fēng)速等，還可以加入各類指示燈，如當(dāng)前窗戶狀態(tài)、傳感器狀態(tài)等。