黄有全
（长沙民政职业技术学院 湖南长沙 410004）
摘要：为了实现窗户的自动启闭，方便人们的日常生活，采用DS18B20温度传感器为温度采集元件，单片机STC12C5A32S2为主控制模块，将温度采集元件获得的温度参数经STC12C5A32S2处理后，通过步进电机驱动器控制步进电机来实现窗户的自动启闭。给出了系统的原理方框图、软件设计流程图，搭建了电路，样机测试结果表明，基于STC12C5A32S2的自动开窗控制系统操作简便、系统运行稳定，提高了家居环境空气质量，可推广到宾馆、医院及智能农业、工业生产领域。
关键词：STC12C5A32S2；窗户；DS18B20；自动控制
随着电子计算机技术和自动控制技术的发展，将自动控制技术应用到生产、生活、管理、军事等不同的领域，把自动控制技术应用到家居生活中，会使用生活更加智能化。自动开闭窗户是一种人工智能化的应用。全球气候变暖，夏季酷热温度升高，居民整夜开启空调使用房间空气质量变差，凌晨时外面温度下降，自动开启窗户提高室内空气质量，上午9点时外面温度变高，自动关闭窗户又可不让室内温度上升。设计一种具有自动和手动控制的电动窗户系统，利用单片机控制窗户运行，温度传感器采集室外的温度，按键控制开窗和关窗的设定温度值，控制模式有手动和自动两种，切换方便，使得窗户能够灵活启闭，极大提高人们的生活质量。
1 方案设计
系统以STC12C5A32S2单片机为逻辑控制中心，通过温度传感器采集室外温度，当室外温度低于设定值，单片机给步进电机驱动器信号，控制步进电机开启窗户；当室外温度高于设定值，单片机给步进电机驱动器信号，控制步进电机关闭窗户。温度设定值可由外部按键修改，使用LCD液晶显示器显示环境温度和设定温度参数。系统方框图如图1所示。
2 硬件设计
系统硬件是由温度采集模块、单片机最小系统、按键调节模块、LCD显示模块、电源模块、执行模块组成。
2.1 温度采集模块
系统温度测量不是核心部件，为使系统设计简单，采用了数字温度传感DS18B20进行室外环境温度测量。DS18B20温度传感器是数字式温度传感，相对于传统温度传感器精度高，稳定性好、电路简单、控制方便；应用中不需要外部任何元器件即可实现温度测量，测量温度范围-55~+125℃，只通过一条数据线即可与单片机实现通信，内部有温度上、下限报警功能。
2.2 单片最小系统模块
系统设计选用国产宏晶公司的STC12C5A32S2，STC12C5A32S2单片是一款增强型51单片机，完全兼容MCS-51，而且功能更强，速度更快，寿命更长，价格更低。它具有40个引脚，采用双列直插式封装。可以完成在线编程功能。这种单片机有32kB Flash，其中部分可以作为EEPROM使用；有1280Bytes RAM，其中256Bytes 是基本RAM，其他是扩展RAM，需要采用外部RAM方式访问；有2路10位ADC，可以简化外部硬件；多组PWM输出，可以免除外部DAC；有上电复位电路和看门狗，可以大大降低系统成本和体积；有多种封装，可以便于选用。
2.3 按键输入模块
系统设计有5路独立的输入按键，按键直接接到单片机的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3、P2.4，五路输入按键的功能分别是工作模式转换、开窗温度设定值加、开窗温度设定值减、关窗温度设定值加、关窗温度设定值减。
2.4 LCD显示模块
系统显示模块采用128x64液晶显示器，可以显示环境温度、功能模式、窗户开启参数值、窗户关闭参数。
2.5 电源模块
系统电源模块采用USB电源，为系统提供5V的电源。
3 软件设计
系统软件是初始化模块、按键处理模块、显示处理模块、温度处理模块和电机处理模块等五部分组成。
3.1初始化模块
初始化模块包括STC12C5A32S2相关的寄存器初始化、LCD显示器初始化、DS18B20温度传感器初始化和按键初始化处理等五部分。
3.2按键处理模块
按键处理模块第一步将STC12C5A32S2接按钮的端口置高电平即输入模式，第二步读STC12C5A32S2接按钮的端口值，将端口值取反并保存；第三步，去干扰即延时10毫秒，读STC12C5A32S2接按钮的端口值，将端口值取反，将取反的值与保存的值进行比较，如果相等，表示有键按下，如果不相等表示干扰信息；第四步，判断是哪个键按下，根据不同键按下，调用不同的处理模块。
3.3显示处理模块
显示使用LCD，当数据发生变化时，调用LCD显示模块。LCD显示模块包括读取LCD状态、检测 LCD 是否忙碌、向LCD里写命令、读取LCD对应地址数据、向LCD里写数据、向LCD写字符串和确定要写的位子等七个函数模块。
3.4温度处理模块
温度处理模块包括DS18B20复位函数、DS18B20写命令函数、DS18B20读1字节函数、DS18B20读出温度函数、温度数据处理函数和符号位显示判断函数等六个函数模块组成，在主函数中调用温度处理模块函数，读出温度值，在主函数中进行温度比较，当温度高于设定值，调用电机执行模块，打开窗户；当温度低于设定值，调用电机执行模块，关闭窗户。
3.5电机处理模块
电机处理模块根据温度检测的值，向STC12C5A32S2接电机控制模块的端口送启动数据。
基于STC12C5A32S2的自动开窗控制系统经实验测试，具有自动和手动控制的电动窗户功能，可利用单片机控制窗户运行，温度传感器采集室外的温度，按键控制开窗和关窗的设定温度值，控制模式有手动和自动两种，切换方便，使得窗户能够灵活启闭。
参考文献：
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[3]黄有全. 多功能节拍器的研制[J]. 上海市. 电子技术. 2004年第11期：56-58。
论文作者:黄有全
论文发表刊物:《河南电力》2018年15期
论文发表时间:2019/1/22
标签：温度论文; 模块论文; 窗户论文; 设定值论文; 单片机论文; 系统论文; 按键论文; 《河南电力》2018年15期论文;