基于多传感器的智能窗系统设计

　　当今世界建筑正朝着智能化方向发展，这种发展趋势也正是人类社会的文明程度在一定历史时期的体现。但普通窗户在起风下雨时不能自动关闭，不能自动调整开合程度以适应风、雨、光等环境变化，给我们带来了诸多不便，安装智能窗已是大势所趋。本文讨论了一种智能窗系统设计方案。

　　该智能窗由多个传感器收集风力大小、空气湿度、光照强度等信号，经处理后传入单片机。单片机对信号进行运算，再输出脉冲信号调整步进电机。智能窗可根据环境变化及使用者的意愿调整扇叶张角，控制室内环境参数，且具有一定的自适应能力。

　　1 系统总体设计

　　智能窗由电子系统、相应程序和机械部分组成。电子系统包括传感器、处理器、显示屏、步进电机及其他辅助电路。机械部分可根据使用场合的不同而进行设计。

　　在电子控制系统中，传感器起着重要的作用，它关系到控制的精度，合理选择传感器是系统成功的关键。此外，由于各种干扰存在，除了选用性能优良的传感器外，还需进行软件上适当的滤波算法，以保证数据的可靠性。传感部分是由多个传感器收集环境各项参数的，为了快速准确的采集数据，在接收传感器采样时要合理的设置巡检优先级，这可以通过程序实现。出于实用性，人机交互和节能也是关键问题，因此，系统还配有便于用户使用的遥控和显示设施。所有的参数都可以通过遥控设置、改变，保存，运行过程中用户也可以通过遥控改变开窗状态。显示屏可将系统运行状态，测量的数据实时显示。电子系统框图如图1所示。

　　设计的扇窗利用步进电机调节叶片张角。扇窗结构主要包括：窗框、多个叶片构成的可转动叶片组、一个用以调整该叶片组开和角度的拉绳。其结构图如图2所示。

　　2 电子系统设计

　　2.1 传感与输入部分

　　2.1.1 风速传感器

　　考虑到系统应具有体积小，成本低的特点，气象测量中使用的风杯式传感器无法满足要求，因此将风速信号转化成压力信号进行测量。选用的LAM—H4压力传感器采用应变电桥原理，将作用在表面的微小压力转化为差分电压。输出的信号经放大后再输入单片机处理，经换算即可表示风力等级。传感器精度等级0.05%R.O，输出灵敏度0.6±20%mV/V，保证了测量风速精度为0.1 m/s。

　　2.1.2 湿度传感器

　　湿度传感器用于检测空气中的相对湿度，例如，当相对湿度大于90%，可认为有雨，智能窗将自动关闭。选用AH11湿度模块作为湿度传感器。模块的供电为+5 V直流电压，相对湿度通过电压输出进行计算。本模块湿度检测精度±5%RH，且已带温度补偿，长期稳定性好，满足系统要求。