窗户自动控制管理系统的设计与实现

解，所以采用了符号编程法。 以下是由符号编辑器编辑的一个教 上测试通过。 又由于每个
室的符号表地址，如图 3 所示。
班级在楼层中的位置不一
样， 因此每个班级不是同 时进入学生的，所以在该系
图 4 部分控制系统 LAD 程序
统的控制下， 根据系统识别出的信号再先后开启各班级的照明
灯， 这样也恰好解决了因整栋楼内照明灯同时启动而造成的较
大的电网冲击问题。
机架，所以机架 0 和机架
时 Q4．0 的 值 为 0 和 光 照
1 均使用 IM365 模块。
度 值 ＞80lx 时 I0．0 的 值 为
PLC 控 制 系 统 如 图 2 所示。
图 2 PLC 控制系统图
0 的两个长闭触点使 M0．4 的值为 1，从而来断开程序
4 系统软Байду номын сангаас设计
段 1 的起保停电路， 使得
1－外界信号输入 2－主控单元 3－控制信号输出 4－外界信号显示 5－风机控制 6－外部传感器电源控制
图 5 主控单元原理图 行程不用完等特点，一般这样的气缸使用长度应保留 1 ／ 3～1 ／ 2， 防止气缸杆弯曲。 1．6 电源模块
向 各 个 控 制 单 元 提 供 所 需 要 的 各 个 电 压 （5V、12V、24V）。 一般厂房范围大、线路长、电压衰减大，故采用单独＋24V 直流 供给，各个用电单元自行由各自的电源控制单元提供所需的电压。 根 据 系 统 的 需 要 ， 由 三 端 稳 压 集 成 模 块 7818、7809、7805 串联组成；可分别提供＋5V、＋9V、＋18V、＋24V 的直流电源，三端 稳压 IC 均加散热片，防止集成电路烧坏。 2 各单元模块之间的协调工作情况 通过初夏的某一夜中窗户的工作情况来介绍该系统各单元 模块之间的协调工作情况。 当天天气闷热，夜间平均气温在 24℃左右，无 风 ，室 内 温 度 大约在 28℃，窗户工作情况如下： 室内温度传感器与室外温度传感器比较温度后， 发现室外温 度低于室内温度，同时室内温度大于 22℃，条件满足开窗的温度 要求，且风速检测结果为无风，雨水检测为无水，这时窗户全部打 开，风机启动，室内温度有所下降。 大约半小时后，起风但风速不 大，没有超出最高设定值（6 级风以上），窗户位置没有变化，这时 风机停止工作，靠自然通风降温。 十分钟后，下起了小雨，东边窗户 下的 1 号雨水检测板，检测有雨水进入，主机发出信号，窗户关闭 2 ／ 3，继续通风（这段时间风机一直没有运转）。 随着雨越来越大，风 速无太大变化，1 号雨水检测板下的 2 号雨水检测板检测有水（由 于 1 号检测板上的水的增加最后流到 2 号检测板），窗户关闭。 以上仅是某一时段的工作情况， 简单的介绍了各模块之间 的协调工作。 3 系统实现及效果 系统通过从主机接收编码信号、分析、执行开启窗户的大小 到检测窗户角度的位移、 分析判断偏转的角度方向及最终执行 如何补气这一系列的动作， 有效地完成了在各种情况下窗户能 够自动的开启和关闭，使得印刷厂在使用后无论从经济、环境、 人文关怀等方面都有显著的改善。 此窗户在制作完成后，运行性能良好，在春秋两季基本不用 开空调， 而且在夏初及夏末时也可以不用开空调。 基本解决通 风、换气、降温的效果，经济效果明显，如表 1 所示。 3．1 能耗分析 因厂房建设时没有预留通风设备，仅在厂房的侧面有两个风
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1BL00 －0AA0 （32 点 ，
入进加减计数器， 然后根
DC24V，0．5A）；电 源 模 块
据加减计数器的值来判断
采 用 PS 307 2A； 因 为
照明灯的起熄，如程序段 4
本系统中仅需一个扩展
所示。 最后，由教室内无人
根据分析要求，总体划分为六个模块：室内外温度检测、风 速检测、雨水检测、窗户开启控制单元、主控制单元、电源模块。 自动窗户的结构如图 1。
雨水控制电路会向主控单元发出编码信号，主控单元通知气缸控 制模块关闭窗户，直至雨水检测板干燥后，重新启动窗户。
图 2 各部分主要功能如下： ①1＃ 和 2＃ 是雨水采集板检测 电路；②3＃ 是驱动输出。
图 2 雨水检测控制板原理图 1．2 风速检测单元
检测室外风速大小，根据设定情况，向主控制单元发出编码 信号。
风速检测单元主要由以下 2 部分组成： 1）风速采集，由欧姆龙编码器和 3 个风杯组成（在室外百叶 箱中使用）主要用于室外风速的采集。 2）风速检测处理板，脉冲整形（图 3 中 1 处）＋使用 AT89C2051 单片机作为脉冲检测、处理、计算及结果的输出（图 3 中 2 处）＋ 20mA 电流环驱动电路（图 3 中 3 处）。 其 中 脉 冲 整 形 采 用 TTL 集 成 电 路 （IC2）74LS04 六 个 反 相 器 中 的 两 个 反 相 器 ， 以 满 足 速 度 的 及 波 形 要 求 ；TTL 集 成 电 路 （IC2）74LS04 六 个 反 相 器 中 的 两 个 反 相 器 为 IC1 信 号 的 驱 动 ， 与 Q1（QA1）组成 20mA 电流环。
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窗户自动控制管理系统的设计与实现
窗户自动控制管理系统的设计与实现
Design and Implementation of Windows Automatic－control Management System
沈兰宁 （徐州经贸高等职业学校信息技术系，江苏 徐州 221000）
摘要 在我国绝大部分地区夏季气候炎热，而大型的厂房在高温环境下，厂房内温度较高，使得一些对温度要求较高的机器 受到影响。 按照传统的办法，对厂房实施通风降温，但显露的问题是白天气温仍然很高，不利于开窗通风，而晚上气温相对 较低，特别是在子夜时段，气温更低，在这个时段开窗通风，降温效果十分明显。 但在这个时段，用人工开窗通风显然不太现 实，如对开窗通风后天气突然变化的情况以及在如何掌握合理通风时机上难以把握。 针对这个问题，应用单片机技术，开发 计算机自动控制高大平房仓窗户和通风系统。 关键词：模块化设计，单片机自动控制，高大厂房的窗户，通风降温
图 1 自动窗户原理结构图 1 系统的各模块的功能 1．1 雨水检测单元
实时检测室内进雨大小，根据情况向主控制单元发出编码信 号。 由若干雨水检测板（通常为四组）与检测电路构成，因考虑下 雨时的通风，排除飘雨的干扰，而采用双层检测控制，其模块工作 原理为：1＃ （上层） 检测板检测有水信号向主控单元发出编码信 号，主控单元综合情况后，通知窗户开启控制单元使窗户关闭一 半；如 1＃ 检测板上雨水越来越多，（说明雨下的大，可能风力比较 大，但没有启动风速检测模块的上线），会启动 2＃（下层）检测板，
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图 3 风速检测原理 1．3 温度检测单元
检测室内外温度，根据设定要求，向主控制单元发出编码信号。 由 4 个 电 压 比 较 器 LM339 与 热 敏 电 阻 组 成 单 限 温 度 比 较 电路，检测室内外温度一旦发生和设定的温度有变化，与 4 个与 非 4011 电 路 发 生 翻 转 （见 图 4（1）部 分 ），经 4011 剩 下 两 个 门 驱动输出。 临界点的保护由主控制单元采用延时程序进行保护 （见图 4（2）部分）。 图 4 各部分主要功能如下：
PLC 编 程 软 件 选 用 西 门 子 公 司 提 供 的 STEP7 V5．4 版 ，主 M0．0 复 位 ，如 程 序 段 5 所
要用位逻辑指令结合加减计数器编程来实现对教室内的照明灯 示。
进行智能化节电控制。 编程语言有 LAD（梯形图），STL（语句表），
系统程序在西门子模
FBD（功 能 块 图 ），本 文 选 用 LAD，为 了 使 程 序 更 加 容 易 阅 读 理 拟 仿 真 软 件 S7－PLC SIM
1－温度检测 2－信号输出 图 4 温度检测单元原理图 1．4 主控制单元 根据外部检测单元（雨水检测、风速检测、温度控制等）情况 加以分析后，向窗户开启控制单元发出编码信号，控制窗户的开 启、半开启、关闭等状况。 外部信号（雨水控制输入、风速控制输入、温度检测控制）经 接口、IC2～IC8 光电耦合器 4N25 与上拉电 阻 R2～R8 组 成 输 入 信号（图 5（1）），接入 AT89C2051 的 P3 口处理（图 5（2））、处理 结果控制输出有 3 部分组成：①编码信号输出控制窗户开启（图 5（3））；②风 机 控 制 用 于 在 无 风 的 情 况 下 ，启 动 风 机 用 于 通 风 （ 图 5（5））；③外传感器电源控制 ，在室内气温过低时关闭 外 部 传 感 器电源（图 5（6）），有利节省能源及提高安全系数。 图 5（4）的部 分用于面板的显示。 1．5 窗户开启控制单元 解码主控制单元的信号，加以执行并不断的修正窗户位置， 保证窗户的状态。 因采用气动控制窗户的开启程度，既考虑成本，又考虑可靠 性、实用性故考虑开启程度为 3 个状态： 关闭、半开启、全开启。 因为气体具有压缩性变化大、 泄露及长气缸在水平方向上
Abstract Most regions in our country are hot in summer．The interior of large－scale factories under the high－temperature environment is hot,which influences the machines having a high demand of temperature．The traditional method is to ventilate and cool the factories．However,an obvious problem is that the temperature in the day is still very high,which goes against ventilation through windows;while the temperature in the night is low,especially in the midnight the temperature is even lower．The cooling effect by opening windows is conspicuous during this time．But the way of ventilation through opening windows by men is clearly unrealistic during the time．For example,the weather changes after open the windows and the reasonable ventilation opportunity．Aiming at this problem,the single chip microcomputer(SCM) technology is applied to the development of computer automatic－control large storehouse windows and ventilation system． Keywords:modularization design,SCM automatic control,windows of large storehouse,ventilation and cooling
某大型印刷企业， 因为印刷车间的通风效果及散热情况不 好，在考虑性能、价格（性价比）及后期维护等因素，决定采用 AT89C2051 单 片 机 与 气 动 技 术 相 结 合 使 得 自 动 窗 控 制 器 电 路 设计简单，逻辑关系修改方便，可以通过修改程序使控制器得到 不同的功能，从而达到适应多种型号和用途的需要，对在试制阶 段降低成本、适应市场需求起到了重要的作用。