智能窗的通風(fēng)采光控制

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)玻璃門和窗戶損失的能耗占到全部建筑能耗的 40-50% 。由此可見， 門窗質(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)到開關(guān)窗戶的目的。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)開關(guān)等功能于一體，結(jié)束了

2、手動(dòng)開窗的歷史，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)暫新的智能窗戶時(shí)代?！娟P(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)玻璃門和窗戶損失的能耗占到全部建筑能耗的40-50% 。由此可見，門窗質(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商更新?lián)Q代頻繁房地產(chǎn)開發(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)到窗戶開關(guān)的目的。主要工作由單片機(jī)采集外界參數(shù)控制窗戶的開關(guān)狀態(tài)。采用數(shù)碼管顯示溫度值，使讀數(shù)更清晰、易于為用戶接受。能手動(dòng)控制窗戶的開關(guān)狀態(tài)。能預(yù)設(shè)窗戶開關(guān)的溫度值。具有防盜功能。主要技術(shù)指標(biāo)窗戶有開和關(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，其輸出特性量非線性，檢測(cè)時(shí)需要有線性化裝置；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?；谝陨蟽?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、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?；谝陨蟽?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)到開關(guān)窗戶的目的 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)，窗戶開啟，當(dāng)溫度低于預(yù)設(shè)值時(shí)，窗戶關(guān)閉，當(dāng)溫度介于20.0 °C 30.0 °C 之間時(shí)，窗戶保持原狀態(tài)。在窗戶開啟或關(guān)閉的過(guò)程中通過(guò)限位開關(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)控制窗戶的開啟或關(guān)閉，在手動(dòng)過(guò)程中窗戶的運(yùn)動(dòng)不受傳感器信號(hào)的影響。家居智能窗戶總體