基于多傳感器的智能窗系統(tǒng)設計
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2 電子系統(tǒng)設計
2．1 傳感與輸入部分
2．1．1 風速傳感器
考慮到系統(tǒng)應具有體積小，成本低的特點，氣象測量中使用的風杯式傳感器無法滿足要求，因此將風速信號轉化成壓力信號進行測量。選用的LAM—H4壓力傳感器采用應變電橋原理，將作用在表面的微小壓力轉化為差分電壓。輸出的信號經放大后再輸入單片機處理，經換算即可表示風力等級。傳感器精度等級0．05％R．O，輸出靈敏度0．6±20％mV／V，保證了測量風速精度為0．1 m／s。
2．1．2 濕度傳感器
濕度傳感器用于檢測空氣中的相對濕度，例如，當相對濕度大于90％，可認為有雨，智能窗將自動關閉。選用AH11濕度模塊作為濕度傳感器。模塊的供電為+5 V直流電壓，相對濕度通過電壓輸出進行計算。本模塊濕度檢測精度±5％RH，且已帶溫度補償，長期穩(wěn)定性好，滿足系統(tǒng)要求。
2．1．3 光強傳感器
為便于用戶根據光強不同決定開窗狀態(tài)，設置了光強傳感器。利用光敏電阻GL5528自行設計了光強傳感器。光敏電阻是利用半導體光電效應制成的一種阻值隨入射光強變化而改變的電阻器，入射光變強，電阻減小。使用時將光敏電阻與10 k；Ω的電阻R構成測量電橋后接至5V電源，當外界光照變強時，光敏電阻阻值變小，R分壓變大，取R上的電壓差值即可判斷光強變化。這種設計的優(yōu)點在于電路簡單。
2．1. 4 紅外遙控
遙控設備在本系統(tǒng)內起著至關重要的作用，它是人機交互的通道。系統(tǒng)采用紅外一體化接收頭HS0038將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機識別的TTL信號，這樣大大簡化了接收電路的復雜程度和電路的設計工作。HS0038由黑色環(huán)氧樹脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號情況下，其接收距離可達35 m。所使用的遙控器為WD6122型紅外遙控發(fā)射電路，最多可外接64個按鍵，并有3組雙重按鍵。
2．1．5 行程開關
為了判斷窗子是否閉合，需要使用行程開關。利用單片機自帶的硬件中斷資源，設計了接觸式的中斷行程開關。當窗體閉合時引發(fā)中斷，停止運行，進入節(jié)電待機狀態(tài)。
2．2 處理與輸出部分
2．2．1 單片機應用
隨著技術的發(fā)展，單片機的功能日益多樣化。以其具有價格便宜、體積小、技術成熟等特點而被廣泛應用在各種控制場合。本系統(tǒng)使用STC12C5A60S2型單片機，由于其采用增強型8051內核，速度比普通8051快8～12倍，滿足了程序運行對速度的要求。關窗后可切換到掉電模式(可由外部中斷喚醒)，以降低功耗。硬件看門狗功能可用于監(jiān)測程序是否運行正常。特別是芯片內部自帶了8路10位AD轉換功能，能直接將輸入P1口的模擬量電壓轉換成數字量，大大節(jié)約了支持多個傳感器的AD硬件成本。端口輸出的數字信號可控制步進電機。
2．2．2 步進電機及驅動
采用42BYG250B兩相混合式步進電機作為機械部分的驅動裝置，經減速后帶動葉片轉動。選擇L298N作為步進電機的驅動芯片。L298N為雙全橋步進電機專用芯片(Dual Full-Bridge Driver)內部包含4信道邏輯驅動電路，兩個HBridge的高電壓、大電流雙全橋式驅動器，接收標準TTL邏輯電平，可驅動46 V，2 A以下的步進電機，且可直接通過電源來調節(jié)輸出電壓，由單片機I／O端口來提供時序電壓。
2．2．3 顯示輸出
系統(tǒng)中應用1602液晶顯示屏顯示操作界面，通過不同的菜單選擇，即可顯示設定的控制參數，又可顯示測量值和系統(tǒng)的工作狀態(tài)。顯示屏在待機狀態(tài)下可以關屏，降低功耗。
2．3 電路設計
圖3為電子系統(tǒng)主要部分的原理圖。在各芯片供電處接有濾波電容，以減少供電不穩(wěn)給系統(tǒng)帶來的影響。使用兩級差模前置放大器，放大傳感器的微弱信號，這種差模放大的接線方式可有效地減少噪聲干擾。此外，由于電機屬于感性負載，突然斷電會產生較高的反電勢，對電機和驅動芯片造成傷害，故需要在驅動回路接入續(xù)流二極管1N4007。單片機P1．0、P1．1、P1．2設為片內AD，外接運放輸出端，P3．2、P3．3口分別接行程開關和紅外模塊，P3．5、P3．6接片外EEPROM的時鐘端和數據端。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/162152.htm
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