伴随着物联网技能的日渐成熟和其家当规模的快速发展，智能与聪慧的生产生活办法更多地来到了人们的身边。个中，智能家居作为一个与日常生活密不可分的新兴产物而受到大众的密切关注，并且一跃成为物联网技能广泛运用且快速发展的领域之一。
智能窗户作为智能家居中一块尚未大量开拓和探索的部分，具有广阔的发展空间。截至目前的设计与制作，本文设计的智能窗户掌握装置可以通过多种传感器实现对室内外温度、光照、可燃气体浓度、室外风速、雨滴、烟尘等环境参数的实时监测，并将这些信息以输入电平旗子暗记的形式传入单片机，在经由程序对参数的比较和处理后，由单片机输出端输出电平旗子暗记掌握电动机进行正反转，从而实现对窗户和窗帘的开合调节，达到智能掌握的目的。该装置不仅可以很好地提升用户的利用感想熏染，而且也为居家舒适和生产安全供应了保障。
基于AT89C2051单片机系统设计，该装置紧张包含了由多种传感器相互合营的参数采集模块、单片机输出真个电动机驱动模块、根据用户设定在每天的规定韶光掌握电动机实现开关窗的定时继电器模块、可实时预警的蜂鸣器报警模块和定时向用户显示检测到的环境参数的显示模块四大基本模块。
个中，参数采集模块在很大程度年夜将光照传感器、温度传感器、烟尘传感器、可燃气体传感器、风速传感器、雨滴传感器以及振动传感器相结合，很好地达到了对室内外环境参数的24h不间断检测采集的目的。其事理框图如图1所示。
2 硬件设计2.1 单片机最小系统模块
本装置将高性能处理器AT89C2051作为主控芯片。该单片机作为ATMEL公司的一款价格低且性能好的8位CMOS微型处理器，其具有体积小、功能强等优点。不仅如此，AT89C2051单片机的最低事情电压仅为2.7V，可以由两节五号电池带动进行事情。以是将其运用在窗户的掌握装置中不仅可以有效办理在发生停电等分外情形时单片机的正常运行问题，而且有效缩小了装置的体积，实现了安装的都雅。
图1 装置事理框图
对付装置的设计制造者而言，由于该单片机内部程序存储器为Flash，以是相较于其他微处理器，当须要修正它的内部程序时，所需的事情更为精简。而且AT89C2051在前期的设计与生产中为利用者留有2个程序保密位，当保密位1被编程之后，程序存储器不能再被进行编程和修正；当保密位2被编程之后，在程序存储器内已有的程序则不能被读出。因此，该单片机的选用也为后期该装置在市场上投放及担保核心程序不透露而奠定了良好的根本。
2.2 光照传感器模块
由于利用了光敏二极管的事理，光照传感器模块可以很好地实现对室内光照强度的检测功能。当午韶光降时，光照强度逐渐增强，二极管在感知到光照变革后实现单引导通，输出高电平，指示灯变亮，单片机掌握窗帘的电动机正向旋转，从而实现窗帘的闭合；当夜晚来临时，光照强度逐渐减弱，二极管在感知到光照减弱后截断电流，输出低电平，指示灯熄灭，单片机掌握窗帘的电动机反向旋转，从而实现窗帘的开启。
不仅如此，在给窗帘的电动机设置了自动模式的同时也为其增设了手动模式，利用者也可依据自身的生活习气与个人喜好进行调节，从而达到使居家生活更为舒适智能的目的。将窗户与窗帘进行联动掌握的实现不仅可以使居家生活更舒适便捷，而且在一些分外的场合也会产生巨大的利用代价。
例如在医院安装该智能窗户掌握装置，掌握权可交由医院进行统一管理，根据每位病患的病情须要，定时为其透风或给予适宜的光照，以赞助病情的缓解和病患的康复。该传感器的电路构造如图2所示。
图2 光照传感器模块
2.3 温度传感器模块
温度传感器模块采取了数字集成温度传感器DS18B20，其可以实现对室内温度变革的连续不间断监测。该传感器尺寸为21mm×10mm，不仅具有硬度大、耐碰撞、体积小和精度高的特点，而且其丈量的温度范围可达到55℃～125℃（偏差±2℃），因此可用于各种日常生产生活。
由于该传感器还具有多种封装形式，因此在不同的外部环境，根据用户窗户的不同形式可以进行灵巧的调度。DS18B20的有效事情电压为5V，将其负极接地，输出引脚DO与单片机引脚相连接。
事情时，DO引脚传输的电旗子暗记会随着环境温度的变革而产生一系列相应的变革，所得的温度值也将会存放在对应的存贮器中。再将上述旗子暗记经由DO引脚传送至单片机，借助单片机对数据进行处理以实现对电动机正反转的掌握，继而做到窗户的自动开启和关闭。
2.4 烟尘传感器模块
烟尘传感器模块采取了目前检测精度较高的夏普GP2Y1051AU0F灰尘传感器，其紧张事理为将平行光束射入被测颗粒场时，随着场内颗粒物浓度的变革，其对平行光的散射情形也会相应地改变，从而根据平行光的衰减程度来确定空气中颗粒物的浓度。
该传感用具有很低的电流花费（11～20mA），不仅如此，其最小粒子检出值高达0.8m。在清洁的空气环境中，该传感器会给单片机输出一个0.9V的仿照电压，随着空气中颗粒物浓度的升高，该仿照电压会根据所测颗粒物浓度而成正比地增加，且灵敏度为0.5V/（0.1mg/m3）。
烟尘传感器模块的增设不仅可以检测空气中存在的烟尘以及PM2.5等对人体有害的颗粒物，而且在一些对空气中粉尘浓度哀求较高的分外的生产加工工厂（例如面粉厂），也可以有效避免一系列安全事件的发生。
当被检测工具为空气中的PM2.5等有害颗粒物时，该传感器会被安装在室外，一旦创造空气中的烟尘浓度高于标准时，装置就会掌握窗户及时地关闭，以便最大限度地担保室内空气的清洁程度；而当被检测工具为工厂内的粉尘浓度时，该传感器则会被安装在室内，如创造空气中的烟尘浓度高于标准时，装置就会掌握窗户及时地打开，从而进行良好的透风，达到降落粉尘浓度、避免生产安全事件发生的目的。
2.5 可燃气体传感器模块
为实现对室内空气中例如甲烷、乙烷等可燃性有毒气体进行实时监测，可燃气体检测传感器采取的是目前运用比较广泛的MQ135空气污染检测传感器。MQ135气体传感器采取的气敏材料为在空气中电导率较低的二氧化锡。
当所处环境中存在污染气体时，其电导率会随着空气中污染气体浓度的增加而增大。将该传感器与基本电路进行合营利用，可以将电导率的变革转换为与所测有害气体浓度对应的仿照电压进行输出。
该传感器的事情电压为5V，将其AO端与单片机进行连接，在相对无污染的情形下，AO端向单片机输出0.1～0.3V的仿照电压；当发生有害气体泄露时，AO端输出的仿照电压升高至4V旁边。单片机在吸收到旗子暗记的改变后会根据程序的设定掌握电机迁徙改变，从而实实际时开窗透风以及蜂鸣器报警的功能。
2.6 风速传感器模块
风速传感器采取了三杯式风速计，该风速计可检测的风速范围为0～70m/s，具有测风范围大、材料强度高且耐堕落等优点。在不同的景象情形下，风速计的三个杯体随着不同等级的风力带动而连续一直地旋转。
将其电压采样端与单片机引脚相连，如果室外的风速产生变革，采样真个输出电压等级也会对应地进行改变。风速越大，风速计的旋转叶片转速越高，采样真个输出电压等级也就相应地升高。而如果单片机的输入电压升高，就会掌握电动机旋转实现关窗；输入电压如果降落，则其掌握电动机旋转实现开窗。
2.7 雨滴传感器模块
雨滴传感器模块采取了Arduino雨滴传感器，借助导电性能良好的大面积镍处理感应板，该传感器可将是否下雨及雨量的多少转成数字旗子暗记（DO）和仿照旗子暗记（AO）。将其数字输出端DO与单片机引脚进行连接。
在景象晴朗干燥时，传感器的感应板上没有水点滴落，其输出端DO输出高电平，单片机掌握电动机迁徙改变进行开窗；当景象突变，碰着降雨时，感应板上感应到有水点滴落，输出端DO输出低电平，单片机掌握电动机迁徙改变进行关窗。
2.8 振动传感器模块
振动传感器模块则紧张采取了压电陶瓷片。作为一种功能性陶瓷材料，压电陶瓷可以将机器能有效地转化为电能。该材料紧张是利用了压电效应的事理，当压电陶瓷片表面受到机器压力时，介质材料会产生一定程度的紧缩或拉伸等形状的变革，从而引起陶瓷片表面带电，产生正压电效。
压电陶瓷片体积小、质量轻且灵敏度高，将其安装在窗口处，既不影响都雅，又能很及时地检测到窗户的振动。如碰着盗贼撬窗，窗户就会产生持续不间断的振动，继而在压电陶瓷片上产生较永劫光的电压。
将上述电平旗子暗记传入单片机，单片机可以依据压电陶瓷片上产生电压韶光的是非来确定是正常情形下的自然振动还是盗贼作案，进而掌握蜂鸣器报警。该传感器的电路构造如图3所示。
图3 振动传感器模块
2.9 定时继电器模块
定时继电器模块与智能窗户掌握装置的首次结合不仅办理了家里有老人常涌现忘关窗而导致安全事件的问题，而且在极大程度上使无人在家但保持家里定时透风换气成为了可能。该模块的事情电压为5V，可分为OPE（掌握继电器闭合时间）和CLE（掌握继电器断开韶光）两种事情模式，且每个模式均可设置多个韶光段。
用户可以根据居住的地域条件以及自身的喜好来设定逐日开窗和关窗的韶光。当到达预先设定的开窗韶光，定时继电器模块输出高电平，掌握单片机从而实现电动机正转打开窗户；当预先设定好的关窗韶光来临，定时继电器模块输出低电平，掌握单片机从而实现电动机反转关闭窗户。
3 系统主程序设计流程图本装置的系统软件以Keil作为编辑软件，C措辞作为编程措辞，AT89C2051作为掌握核心，并结合多种传感器所检测到的环境参数进一步掌握电动机的迁徙改变，进而实现对窗户的智能掌握，如图4所示。如碰着停电等分外情形，用户也可将该装置切换为手动的操作模式。Keil编辑软件开拓图如图5所示，系统设计流程如图6所示。
图4 装置实物图
图5 Keil编辑软件开拓图
4 结论本装置以AT89C2051单片机为根本，合营多种传感器进行环境参数采集，进而达到利用电平旗子暗记对电动机进行掌握的效果，窗户的自动开合也由此实现。该装置很大程度上改变了室内无人时碰着外界环境突变而无法开关窗的现状，有效知足了人们的生产生活须要。
图6 程序流程图
其大略实用的构造、明了清晰的电路、价格低廉的器件材料，也为其在家庭、医院及工厂仓库等的广泛利用奠定了良好的根本。在接下来的研究事情中，将结合当代信息通信技能扩增加途掌握的功能。伴随智能家居领域的不断发展，该装置的研发可为后续物联网技能的研究发挥主要的浸染。
