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1、智能窗的通風(fēng)采光控制【摘 要】據(jù)了解,智能窗在國(guó)外是一個(gè)發(fā)達(dá)的產(chǎn)業(yè),它在節(jié)能減排、消防方面有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)國(guó)家建設(shè)部統(tǒng)計(jì)資料,我國(guó)每年城鄉(xiāng)建筑能耗中,通過(guò)玻璃門(mén)和窗戶(hù)損失的能耗占到全部建筑能耗的 40-50% 。由此可見(jiàn), 門(mén)窗質(zhì)量對(duì)節(jié)能減耗起著極為關(guān)鍵的作用,而智能窗的廣泛應(yīng)用將可大幅節(jié)能減排。本文以 AVR 系列單片機(jī)為控制單元,通過(guò)傳感器檢測(cè)外界信號(hào)的變化,采集溫度、光照和紅外反射的外界參數(shù),進(jìn)行綜合判斷分析,然后將變化的信號(hào)輸入到單片機(jī),由單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行判斷,進(jìn)而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),以達(dá)到開(kāi)關(guān)窗戶(hù)的目的。并且它集消防排煙、防盜、避風(fēng)擋雨、調(diào)節(jié)溫度、通風(fēng)采光、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等功能于一體,結(jié)束了

2、手動(dòng)開(kāi)窗的歷史,并讓它成為智能建筑家居的管理者,將現(xiàn)代城市和家居帶入了一個(gè)暫新的智能窗戶(hù)時(shí)代。【關(guān)鍵詞】 AVR MCU ;溫度檢測(cè);光照檢測(cè);紅外反射1、研究目的和意義據(jù)了解,智能窗在國(guó)外是一個(gè)發(fā)達(dá)的產(chǎn)業(yè),它在節(jié)能減排、消防方面有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)國(guó)家建設(shè)部統(tǒng)計(jì)資料,我國(guó)每年城鄉(xiāng)新建房屋80%以上為高耗能建筑,既有建筑 95%以上是高能耗建筑,建筑能耗占社會(huì)總能耗的27%。而建筑能耗中,通過(guò)玻璃門(mén)和窗戶(hù)損失的能耗占到全部建筑能耗的40-50% 。由此可見(jiàn),門(mén)窗質(zhì)量對(duì)節(jié)能降耗起著極為關(guān)鍵的作用,而智能窗的廣泛應(yīng)用將可大幅節(jié)能減排1 。2、國(guó)內(nèi)外家居智能窗戶(hù)發(fā)展?fàn)顩r智能家居進(jìn)入中國(guó)發(fā)展已有近十年的

3、時(shí)間,隨著人們從陌生到熟悉,從誤解到理解,智能家居的發(fā)展道路可謂非??部馈K?jīng)過(guò)了早期的概念普及期到現(xiàn)在開(kāi)始進(jìn)入快速的發(fā)展期??梢詮囊韵挛宕蠓矫婵闯鲞@一點(diǎn)。概念普及程度廣泛廠(chǎng)商更新?lián)Q代頻繁房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商推波助瀾媒體關(guān)注度極大提高消費(fèi)者對(duì)智能家居躍躍欲試43、本文研究的主要內(nèi)容本次設(shè)計(jì)以AVR 系列單片機(jī)為控制單元,采集溫度、光照和紅外反射的外界參數(shù),進(jìn)行綜合判斷分析,控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到窗戶(hù)開(kāi)關(guān)的目的。主要工作由單片機(jī)采集外界參數(shù)控制窗戶(hù)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。采用數(shù)碼管顯示溫度值,使讀數(shù)更清晰、易于為用戶(hù)接受。能手動(dòng)控制窗戶(hù)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。能預(yù)設(shè)窗戶(hù)開(kāi)關(guān)的溫度值。具有防盜功能。主要技術(shù)指標(biāo)窗戶(hù)有開(kāi)和關(guān)兩個(gè)狀

4、態(tài)。溫度顯示范圍0 55。手動(dòng)設(shè)置溫度的范圍為3 49紅外有效的檢測(cè)距離為<30CM 。電機(jī)有正反轉(zhuǎn)和停止三個(gè)狀態(tài)。4、系統(tǒng)原理和總體設(shè)計(jì)4.1 家居智能窗戶(hù)方案論證傳感器的選擇測(cè)量溫度有很多傳感器。熱電偶靈敏度較低,但能在很寬廣的溫度范圍內(nèi)使用;熱敏電阻的工作溫度范圍較窄,但靈敏度高,有利于檢測(cè)微小溫差,其輸出特性量非線(xiàn)性,檢測(cè)時(shí)需要有線(xiàn)性化裝置;廉價(jià)的集成電路溫度傳感器性能離散度很大,用于高精度測(cè)量時(shí),必須進(jìn)行校準(zhǔn);測(cè)溫鉑電阻溫度系數(shù)的離散度很小,精確度高,靈敏度也較好,特別適用于 1000 度以下的溫度測(cè)量,但價(jià)格昂貴。集成電路溫度傳感器利用了半導(dǎo)體PN 結(jié)電流電壓特性和溫度的相關(guān)

5、性,與熱敏電阻、熱電偶相比,最大優(yōu)點(diǎn)是輸出線(xiàn)好,測(cè)溫精度較高。感溫部分、傳感器驅(qū)動(dòng)部分、信號(hào)處理部分等電路均集成化并封閉在一個(gè)小型管殼內(nèi),使用方便。18B20 是一種集成電路溫度傳感器,作為電流輸出型傳感器的特點(diǎn)是,具有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。其輸出電流和絕對(duì)溫度成正比。 當(dāng)兩端加上 +4V +30V 之間的電壓時(shí), 器件呈現(xiàn)高阻抗,輸出電流按1uA/1.0K變化。電氣上耐用,可承受正向 +44V ,反向 -20V 的電壓而不損壞,不必?fù)?dān)心管腳接錯(cuò)。由于采用激光微調(diào)來(lái)較正IC 內(nèi)的薄膜電阻,而使18B20 在 298.2K 時(shí)輸出穩(wěn)定的 298.2uA 電流。基于以上優(yōu)點(diǎn),本系統(tǒng)采用 18B20

6、 作為溫度傳感器 3 ??刂菩酒倪x擇本設(shè)計(jì)選用單片機(jī)為控制芯片是因?yàn)樗幸韵聝?yōu)點(diǎn)。第一,可靠性良好。單片機(jī)是按照工業(yè)控制要求所設(shè)計(jì)的,其抗工業(yè)噪聲優(yōu)于一般的CPU ,程序指令及常數(shù)數(shù)據(jù)都燒寫(xiě)在ROM 內(nèi),其許多信號(hào)通道均在同一個(gè)芯片內(nèi),因此可靠性高;第二,易擴(kuò)充。單片機(jī)具有一般微電腦所必需的器件,如三態(tài)雙向總線(xiàn)、并行及串行的輸入/輸出引腳, 可以擴(kuò)充為各種規(guī)模的微電腦系統(tǒng);第三,控制功能強(qiáng)。為了滿(mǎn)足工業(yè)控制的要求, 單片機(jī)的指令除了輸入/輸出控制指令、 邏輯判斷指令外,還有更為豐富的條件分支跳躍指令。利用單片機(jī)的智能性,可方便的實(shí)現(xiàn)具有智能的數(shù)據(jù)采集和處理。在采用單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)形式時(shí),有很多種

7、單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理功能,通常會(huì)用以下幾種單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn):1、采用 AVR 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 AVR 單片機(jī)的特點(diǎn):速度快、片內(nèi)資源豐富、保密性好、可重復(fù)擦寫(xiě)及在系統(tǒng)編程ISP、工作電壓范圍寬、功耗低、支持JTAG 仿真、與 C 語(yǔ)言的完美配合。2、采用 AT89S52 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 ATMEL 公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)采用高性能的靜態(tài)設(shè)計(jì),由先進(jìn)工藝制造,并帶非易失性 Flash 程序存儲(chǔ)器。它是一種高性能、低功耗的8 位CMOS 微處理芯片。ATMAG16是美國(guó) ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗,高性能單片機(jī),兼容標(biāo)準(zhǔn)AT89S52 指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash 程序存儲(chǔ)器既可在線(xiàn)編程也可

8、用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及能用8 位微處理器于單片機(jī)中,ATMEL 公司的生產(chǎn)ATMAG16可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。基于以上優(yōu)點(diǎn)本系統(tǒng)采用ATMAG16 作為主控芯片 2 。4.2 家居智能窗戶(hù)總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)以AVR 系列單片機(jī)為控制單元,通過(guò)傳感器檢測(cè)外界信號(hào)的變化,采集溫度、光照和紅外反射的外界參數(shù),進(jìn)行綜合判斷分析,然后將變化的信號(hào)輸入到單片機(jī),由單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行判斷,進(jìn)而控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn),已達(dá)到開(kāi)關(guān)窗戶(hù)的目的 5 。首先, MAG16單片機(jī)對(duì)紅外信號(hào)進(jìn)行判斷,若有信號(hào)則MAG16 單片機(jī)控制電機(jī)正轉(zhuǎn),并且驅(qū)動(dòng)蜂鳴器,窗戶(hù)關(guān)閉,起到防盜的作用;若無(wú)紅外信號(hào),MAG16單片機(jī)在對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行判斷,當(dāng)外界溫度高于與設(shè)置時(shí),窗戶(hù)開(kāi)啟,當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)值時(shí),窗戶(hù)關(guān)閉,當(dāng)溫度介于20.0 °C 30.0 °C 之間時(shí),窗戶(hù)保持原狀態(tài)。在窗戶(hù)開(kāi)啟或關(guān)閉的過(guò)程中通過(guò)限位開(kāi)關(guān)給MAG16 單片機(jī)限位信號(hào),使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng),防止堵轉(zhuǎn)情況發(fā)生。也可以通過(guò)手動(dòng)按鈕來(lái)控制窗戶(hù)的開(kāi)啟或關(guān)閉,在手動(dòng)過(guò)程中窗戶(hù)的運(yùn)動(dòng)不受傳感器信號(hào)的影響。家居智能窗戶(hù)總體

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