智能窗的通风采光控制

智能窗的通风采光控制

【摘要】据了解，智能窗在国外是一个发达的产业，它在节能减排、消防方面有广泛的应用。根据国家建设部统计资料，我国每年城乡建筑能耗中，通过玻璃门和窗户损失的能耗占到全部建筑能耗的40-50%。由此可见，门窗质量对节能减耗起着极为关键的作用，而智能窗的广泛应用将可大幅节能减排。本文以avr系列单片机为控制单元，通过传感器检测外界信号的变化，采集温度、光照和红外反射的外界参数，进行综合判断分析，然后将变化的信号输入到单片机，由单片机对其进行判断，进而控制电机的正反转，以达到开关窗户的目的。并且它集消防排烟、防盗、避风挡雨、调节温度、通风采光、自动开关等功能于一体，结束了手动开窗的历史，并让它成为智能建筑家居的管理者，将现代城市和家居带入了一个暂新的智能窗户时代。

【关键词】avr mcu；温度检测；光照检测；红外反射

1、研究目的和意义

据了解，智能窗在国外是一个发达的产业，它在节能减排、消防方面有广泛的应用。根据国家建设部统计资料，我国每年城乡新建房屋80%以上为高耗能建筑，既有建筑95%以上是高能耗建筑，建筑能耗占社会总能耗的27%。而建筑能耗中，通过玻璃门和窗户损失的能耗占到全部建筑能耗的40-50%。由此可见，门窗质量对节能降耗起着极为关键的作用，而智能窗的广泛应用将可大幅节能减

排[1]。

2、国内外家居智能窗户发展状况

智能家居进入中国发展已有近十年的时间，随着人们从陌生到熟悉，从误解到理解，智能家居的发展道路可谓非常坎坷。它经过了早期的概念普及期到现在开始进入快速的发展期。可以从以下五大方面看出这一点。

（1）概念普及程度广泛

（2）厂商更新换代频繁

（3）房地产开发商推波助澜

（4）媒体关注度极大提高

（5）消费者对智能家居跃跃欲试[4]

3、本文研究的主要内容

本次设计以avr系列单片机为控制单元，采集温度、光照和红外反射的外界参数，进行综合判断分析，控制电机的正反转来达到窗户开关的目的。

（1）主要工作

①由单片机采集外界参数控制窗户的开关状态。

②采用数码管显示温度值，使读数更清晰、易于为用户接受。

③能手动控制窗户的开关状态。

④能预设窗户开关的温度值。

⑤具有防盗功能。

（2）主要技术指标

①窗户有开和关两个状态。

②温度显示范围0℃～55℃。

③手动设置温度的范围为3℃～49℃

④红外有效的检测距离为<30cm。

⑤电机有正反转和停止三个状态。

4、系统原理和总体设计

4.1家居智能窗户方案论证

（1）传感器的选择

测量温度有很多传感器。热电偶灵敏度较低，但能在很宽广的温度范围内使用；热敏电阻的工作温度范围较窄，但灵敏度高，有利于检测微小温差，其输出特性量非线性，检测时需要有线性化装置；廉价的集成电路（ic）温度传感器性能离散度很大，用于高精度测量时，必须进行校准；测温铂电阻温度系数的离散度很小，精确度高，灵敏度也较好，特别适用于1000度以下的温度测量，但价格昂贵。

集成电路温度传感器利用了半导体pn结电流电压特性和温度的相关性，与热敏电阻、热电偶相比，最大优点是输出线好，测温精度较高。感温部分、传感器驱动部分、信号处理部分等电路均集成化并封闭在一个小型管壳内，使用方便。

18b20是一种集成电路温度传感器，作为电流输出型传感器的特

点是，具有很强的抗外界干扰能力。其输出电流和绝对温度成正比。当两端加上+4v～+30v之间的电压时，器件呈现高阻抗，输出电流按1ua/1.0k变化。电气上耐用，可承受正向+44v，反向-20v的电压而不损坏，不必担心管脚接错。由于采用激光微调来较正ic内的薄膜电阻，而使18b20在298.2k（+25度）时输出稳定的298.2ua 电流。基于以上优点，本系统采用18b20作为温度传感器[3]。

（2）控制芯片的选择

本设计选用单片机为控制芯片是因为它有以下优点。第一，可靠性良好。单片机是按照工业控制要求所设计的，其抗工业噪声优于一般的cpu，程序指令及常数数据都烧写在rom内，其许多信号通道均在同一个芯片内，因此可靠性高；第二，易扩充。单片机具有一般微电脑所必需的器件，如三态双向总线、并行及串行的输入/输出引脚，可以扩充为各种规模的微电脑系统；第三，控制功能强。为了满足工业控制的要求，单片机的指令除了输入/输出控制指令、逻辑判断指令外，还有更为丰富的条件分支跳跃指令。

利用单片机的智能性，可方便的实现具有智能的数据采集和处理。在采用单片机为实现形式时，有很多种单片机可以实现数据采集、数据处理功能，通常会用以下几种单片机来实现：

1、采用avr来实现。avr单片机的特点：速度快、片内资源丰富、保密性好、可重复擦写及在系统编程isp、工作电压范围宽、功耗低、支持jtag仿真、与c语言的完美配合。

2、采用at89s52来实现。atmel公司生产的at89s52单片机采用高性能的静态设计，由先进工艺制造，并带非易失性flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位cmos微处理芯片。

atmag16是美国atmel公司生产的低功耗，高性能单片机，兼容标准at89s52指令系统及引脚。它集flash程序存储器既可在线编程（isp）也可用传统方法进行编程及能用8位微处理器于单片机中，atmel公司的生产atmag16可灵活应用于各种控制领域。基于以上优点本系统采用atmag16作为主控芯片[2]。

4.2 家居智能窗户总体方案设计

本次设计以avr系列单片机为控制单元，通过传感器检测外界信号的变化，采集温度、光照和红外反射的外界参数，进行综合判断分析，然后将变化的信号输入到单片机，由单片机对其进行判断，进而控制电机的正反转，已达到开关窗户的目的[5]。首先，mag16单片机对红外信号进行判断，若有信号则mag16单片机控制电机正转，并且驱动蜂鸣器，窗户关闭，起到防盗的作用；若无红外信号，mag16单片机在对温度信号进行判断，当外界温度高于与设置时（此时数码管显示温度为30.0°c），窗户开启（若此时已为开启状态，则保持原状态），当温度低于预设值时（此时数码管显示20.0°c），窗户关闭（若此时窗户已为关闭状态，则保持原状态），当温度介于20.0°c～30.0°c之间时，窗户保持原状态。在窗户开启或关闭的过程中通过限位开关给mag16单片机限位信号，使电机停止转