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作者：兰州城市学院 栗杰 马鹏彪 刘延平
指导教师：赵彦敏 陈丽

　　作品简介　　

　　使用说明： 1.将 “智能窗户控制系统”的传感装置安装在室外，使动装置安装在窗户上，打开电源，系统开始工作; 2.若室外风力小于等于三级、温度大于等于18oc、湿度和光强都适宜时，电子控制元件发出开窗指令，自动开窗; 3.到了晚上或者阴天，天暗下来时，光敏电阻感应到光强变化，电子控制元件开始发出关窗指令，自动关窗。或者当室外温度小于18 oc时，系统自动关窗。当室外风力大于三级时也会自动关窗;6.在开关窗时突然停电，则开关窗动作立刻结束，待恢复供电后，需手动将窗户关闭，然后系统才能重新开始工作。

　　系统主要功能模块如下：　　

　　由于开发板功能有限，整套系统目前全部为自动控制，不能实现人为控制，只需插上电源即可开始工作。

　　平台选型说明

　　本系统选用单片机开发板(以STC15F2K60S2芯片为控制核心)
　　本系统主要实现控制功能，对时序和组合逻辑要求不高，且功能单一，不需要植入操作系统，单片机开发板完全满足要求。
　　STC15F2K60S2芯片比普通的8051系列单片机下载速度快，存储空间大，且其功能强大，性价比高。

　　设计说明

　　系统整体结构如下：　　

　　风速信号
　　湿度信号
　　温度信号
　　光强信号
　　烟雾信号
　　(待实现)
　　红外感应信号
　　(待实现)
　　各个传感器分别采集风级、温度、湿度、光强等信号传送到单片机，单片机将信号通过液晶屏显示，同时根据信号情况作出开窗或者关窗的指令，控制减速电机和定滑轮完成动作。下面介绍主要电路模块的设计原理与设计方案。
　　程序流程图：　　

　　电机驱动电路　　

　　L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作
　　电压可达46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A;额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动减速电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载;采用标准逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台减速电机。
　　主要芯片：L298N、光电耦合器;
　　工作电压：控制信号直流5V;电机电压直流3V~46V(建议使用36伏以下);
　　最大工作电流：2.5A;
　　额定功率：25W。

　　特点：1、具有信号指示。
            　　2、转速可调
            　　3、抗干扰能力强
            　　4、具有过电压和过电流保护
            　　5、可单独控制两台直流电机
            　　6、可单独控制一台步进电机
            　　7、PWM脉宽平滑调速
            　　8、可实现正反转
            　　9、采用光电隔离

　　电路简要说明
　　采用直流驱动器可以驱动两台减速电机。分别为M1和M2(这里只用M1一路)。引脚A，B可用于输入PWM脉宽调制信号对电机进行调速控制。(如果无须调速可将两引脚接5V，使电机工作在最高速状态，既将短接帽短接)实现电机正反转就更容易了，输入信号端IN1接高电平输入端IN2接低电平，电机M1正转。(如果信号端IN1接低电平， IN2接高电平，电机M1反转。)控制另一台电机是同样的方式，输入信号端IN3接高电平，输入端IN4接低电平，电机M2正转。(反之则反转)，PWM信号端A控制M1调速，PWM信号端B控制M2调速。

　　可参考下图表：　　

　　风力传感器放大电路：　　

　　LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也
　　适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益
　　模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
　　特性:
  　　· 内部频率补偿
  　　· 直流电压增益高(约100dB)
  　　· 单位增益频带宽(约1MHz)
  　　· 电源电压范围宽：单电源(3—30V);双电源(±1.5 一±15V)
  　　· 低功耗电流，适合于电池供电
  　　· 低输入偏流
  　　· 低输入失调电压和失调电流
  　　· 输出电压摆幅大(0 至Vcc-1.5V)
  　　· 共模输入电压范围宽，包括接地
  　　· 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围
　　温湿度电路：　　

　　DHT11特性：
　　相对湿度和温度测量              超长的信号传输距离
　　全部校准，数字输出              完全互换
　　卓越的长期稳定性                  4 引脚安装
　　无需额外部件                          超低能耗
　　DHT11产品概述
　　DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测 温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的 湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内 部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集 成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使 其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装,连接方便。　　

　　光敏电路：　　

　　光敏电阻 型号：GL5528
                  　　最大功耗(mW)：100
                  　　环境温度(°C)：-30--- +70
                  　　最大电压(V-dc)：150
                  　　标称阻值10—20K
　　调节电阻R3的值，可以改变对光照强度的标准，应用灵活。
　　LM393是由两个独立的、高精度电压比较器组成的集成电路，失效电压低，最大为2.0mV。它专为获得宽电压范围，单电源供电而设计，也可以以双电源供电;而且无论电源电压大小，电源消耗的电流都很低;它还有一个特性：即使是单电源供电，比较器的共模输入电压范围接近地电平。

　　特点：
　　电源电压范围宽
　　单电源：2V—36V
　　双电源：±1V—±18V
　　电源电流消耗很低：(0.4mA)
　　输入偏置电流低 ：25nA;
　　最大输入失调电压：±3mV
　　输入失调电流低：±5nA;
　　输出饱和电压低;
　　输入共模电压范围接近地电平
　　差模输入电压范围等于电源电压;
　　输出电平兼容TTL,DTL,ECL,MOS和CMOS逻辑系统;

　　优势：
　　1高精度比较器;
　　2减少由于温漂引起的失调电压;
　　3可以单电源供电;
　　4输入共模电压范围接近地电平;
　　5兼容逻辑电路。

　　作品特色

　　本文介绍的是一种机电一体化的智能窗户控制系统，它釆用了智能控制技术、传感技术、机械传动技术等先进技术，主要功能是实现对房子内所有窗户得自动控制。可自动打开或者关闭以实现对室内环境的调节。
　　我们所研制的智能窗控制系统是利用了一套简单的传送装置以及一实用电路来实现其功能的。其机械结构简单但很实用。因此其科学性是毋庸置疑的。机械结构单一，电路简单，故成本低廉。且能根据需求增加检测的指标，更改方便灵活。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2520