CN203145690U - 基于单片机的防风雨门窗自动控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于单片机的防风雨门窗自动控制系统，其包括风雨检测与发射电路、接收电路、驱动电路、以及控制门窗开启或者开闭的执行电机，所述风雨检测与发射电路和接收电路无线连接，接收电路与驱动电路电连接，驱动电路与执行电机电连接，所述风雨检测与发射电路包括风速检测电路、雨水检测电路、发射控制电路、编码器和无线发射器，所述风速检测电路与雨水检测电路分别与发射控制电路的输入端电连接，发射控制电路的输出端与编码器输入端电连接，编码器的输出端与无线发射器电连接；所述接收电路包括无线接收器、解码器、接收控制电路，该无线接收器与解码器电连接，解码器与接收控制电路电连接。本系统的测量简易、体积小、价格低廉。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动控制系统，尤其涉及一种基于单片机的防风雨门窗自动控制系统。
背景技术
随着经济的发展和人们生活水平的提高, 人居环境和生活空间日益受到关注和重视，作为一个相对独立、完整的建筑原件，门窗系统在整个建筑物中的作用和地位得到了显著的提高。居家门窗基本上都是人工启闭，没有设置自动控制装置，对于人员出门在外或夜间时，若遇天气骤变，狂风暴雨来临，经常被风吹雨泼的一片狼藉。
随着科学技术的发展，门窗的自动控制技术也应运而生，自动门以其方便、安全、节能以及低噪音等特点使其应用越来越广泛。据《中国多功能智能门窗产业研究及市场预测报告》研究和预测，国内的多功能智能门窗的需求量将逐年递增。
目前，多功能智能门窗习惯采用微波或红外感应的自动门控制系统，它是针对人员移动时作出的反应。但对于因天气变化而自动启闭的门窗自动控制系统则还没有出现过。若能够设计一款既实用又便捷、既能自动控制又经济实惠的气候变化型门窗自动控制系统，可以解决人们的后顾之忧，出门在外或夜间睡觉时不用担心天气变化而门窗没关的问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种检测准确、运算速度快、体积小、质量轻、成本低廉的基于单片机的防风雨门窗自动控制系统。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案为：一种基于单片机的防风雨门窗自动控制系统包括风雨检测与发射电路、接收电路、驱动电路、以及控制门窗开启或者开闭的执行电机，所述风雨检测与发射电路和接收电路无线连接，接收电路与驱动电路电连接，驱动电路与执行电机电连接，
所述风雨检测与发射电路包括风速检测电路、雨水检测电路、发射控制电路、编码器和无线发射器，所述风速检测电路与雨水检测电路分别与发射控制电路的输入端电连接，发射控制电路的输出端与编码器输入端电连接，编码器的输出端与无线发射器电连接；
所述接收电路包括无线接收器、解码器、接收控制电路，该无线接收器与解码器电连接，解码器与接收控制电路电连接。采用此种电路连接方式，使得本系统的测量简易，运算速度快、体积小而且价格低廉。
所述风速检测电路包括三杯式风杯组的风速传感器，该风速传感器与发射控制电路的输入端电连接。三杯式风杯组的风速传感器，测量风速准确，而且价格低廉。降低了整个防风雨门窗自动控制系统的成本。
所述雨水检测电路包括雨水检测板和开关三极管，雨水检测板一端与开关三极管的基极电连接，另一端与开关三极管的集电极电连接，该开关三极管的发射极接地，且开关三极管的集电极还与发射控制电路的输入端电连接。
所述发射控制电路包括STC15F104E单片机，该STC15F104E单片机的输入端分别与雨水检测电路与风速检测电路的输出端电连接，该STC15F104E单片机的输出端与编码器的输入端电连接。STC15F104E单片机是以传统的8051单片机为基础，经过技术改进和资源扩展而成的，可以省去传统单片机的复位电路、外部晶振电路，因此占用电路板面积非常小，且具有片内资源丰富、运算速度快、价格低等优点。同时STC15F104E单片机下载程序不需要编程器烧写，可以通过串口直接下载。
所述无线发射器采用内置的微带印刷天线。采用内置的微带印刷天线，使无线发射器的体积较小。
所述无线发射器为无线射频发射器。采用无线射频发射器，其信号收发不受外物遮挡的影响，即凡在系统覆盖范围内，不论任何方位或者角度，均能穿墙越壁，接收准确可靠。即使在开放环境中，覆盖范围也可达到方圆100米。另外无线射频发射器的耗电量也比较低。
所述解码器为PT2272解码器。
所述接收控制电路包括PIC16F54单片机，该PIC16F54单片机的输入端与解码器的输出端电连接，PIC16F54单片机的输出端与驱动电路的输入端电连接。
所述编码器为PT2260-R4编码器。
所述无线接收器为无线射频接收器。
本实用新型采用以上电路控制系统，利用风速检测电路和雨水检测电路分别对风速和雨水进行实时监测，并将检测的结果反馈给发射控制电路，利用发射控制电路发出开关门窗的指令，该开关门窗的指令经编码器编码后，传递给无线发射器，无线发射器将信号传递给无线接收器，解码器将无线接收器接收到的信号解码后传递给接收控制电路，接收控制电路给驱动电路发出信号，驱动电路驱动执行电机正传或翻转，从而实现对门窗的关闭。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
图1为本实用新型的防风雨门窗自动控制系统的原理框图；
图2为本实用新型的防风雨门窗自动控制系统的风雨检测与发射电路的电路示意图；
图3为本实用新型的防风雨门窗自动控制系统的接收电路、驱动电路以及执行电机的电路示意图。
具体实施方式
如图1-3之一所示，本实用新型一种基于单片机的防风雨门窗自动控制系统包括风雨检测与发射电路1、接收电路2、驱动电路3、以及控制门窗开启或者开闭的执行电机4，所述风雨检测与发射电路1和接收电路2无线连接，接收电路2与驱动电路3电连接，驱动电路3与执行电机电4连接，
所述风雨检测与发射电路1包括风速检测电路11、雨水检测电路12、发射控制电路13、编码器14和无线发射器15，所述风速检测电路11与雨水检测电路12分别与发射控制电路13的输入端电连接，发射控制电路13的输出端与编码器14输入端电连接，编码器14的输出端与无线发射器15电连接；
所述接收电路2包括无线接收器21、解码器22、接收控制电路23，该无线接收器21与解码器22电连接，解码器22与接收控制电路23电连接。采用此种电路连接方式，使得本系统的测量简易，运算速度快、体积小而且价格低廉。
所述风速检测电路11包括三杯式风杯组的风速传感器，该风速传感器与发射控制电路13的输入端电连接。三杯式风杯组的风速传感器，测量风速准确，而且价格低廉。降低了整个防风雨门窗自动控制系统的成本。
所述雨水检测电路13包括雨水检测板和开关三极管，雨水检测板一端与开关三极管的基极电连接，另一端与开关三极管的集电极电连接，该开关三极管的发射极接地，且开关三极管的集电极还与发射控制电路的输入端电连接。
所述发射控制电路13包括STC15F104E单片机，该STC15F104E单片机的输入端分别与雨水检测电路12与风速检测电路11的输出端电连接，该STC15F104E单片机的输出端与编码器14的输入端电连接。STC15F104E单片机是以传统的8051单片机为基础，经过技术改进和资源扩展而成的，可以省去传统单片机的复位电路、外部晶振电路，因此占用电路板面积非常小，且具有片内资源丰富、运算速度快、价格低等优点。同时STC15F104E单片机下载程序不需要编程器烧写，可以通过串口直接下载。
所述无线发射器15采用内置的微带印刷天线。采用内置的微带印刷天线，使无线发射器的体积较小。
所述无线发射器15为无线射频发射器。采用无线射频发射器，其信号收发不受外物遮挡的影响，即凡在系统覆盖范围内，不论任何方位或者角度，均能穿墙越壁，接收准确可靠。即使在开放环境中，覆盖范围也可达到方圆100米。另外无线射频发射器的耗电量也比较低。
所述解码器22为PT2272解码器。
所述接收控制电路23包括PIC16F54单片机，该PIC16F54单片机的输入端与解码器的输出端电连接，PIC16F54单片机的输出端与驱动电路的输入端电连接。
所述编码器14为PT2260-R4编码器。
所述无线接收器21为无线射频接收器。
如图2所示，通过风速检测电路11对室外的风流大小进行检查，风速检测电路11是采用三杯式风杯组作为风速传感器，其内置光电耦合电路。当风杯随风旋转时, 带动遮光板旋转，每遮挡一次，风速检测电路11内部的光电耦合电路就输出一个阶跃脉冲信号。
雨水检测电路12采用雨水检测板和开关三极管组成。当有雨滴落在两个导电片上时，将使两导电片接通，使开关三极管导通，输出低电平信号。
发射控制电路13是以单片机STC15F104E为核心，单片机STC15F104E内部的计数器，通过计算风速检测电路产生的脉冲数，来实现对风速的实时测量，并与单片机STC15F104E内风速阈值做比较，当超过风速阈值时，单片机STC15F104E发出关闭门窗的指令；
同时发射控制电路13的单片机STC15F104E还根据雨水检测电路12产生的开关信号来判断是否下雨，一旦下雨，也会形成关闭门窗的指令；
当检测到停止下雨，而且风速低于单片机STC15F104E内的风速阈值30分钟后，单片机STC15F104E才会发出打开门窗的指令。
单片机STC15F104E发出的关闭或者打开门窗的指令，经编码器PT2260-R4编码后，通过无线发射器15的433MHz射频振荡电路调制，放大形成射频无线电波发送出去。
如图3所示，接收电路2由无线接收器21、解码器PT2272、接收控制电路23组成，无线接收器21将从无线发射器15发出的载有信息的无线电波，进行接收和放大处理后，送到解码器PT2272的14脚，当解码器PT2272接收到信号后,经过比较核对后,当其地址码与编码器PT2260一致时, 相应的数据脚输出高电平，即17脚（VT端）输出端(常低)解码有效变成高电平(瞬态)，否则17脚输出为低电平。
接收控制电路23以单片机PIC16F54为核心，其将来自解码器PT2272的信息送到单片机PIC16F54进行处理后，由12脚和13脚输出高电平信号，去控制后续的驱动电路，驱动电路控制执行电机的正/反转。
单片机PIC16F54 具有9位程序计数器 （Program Counter， PC），可以对 512 x 12 程序存储空间进行寻址。当接收端信号电平发生跳变时，产生一个比较器中断，利用中断服务程序可以实现解码操作。程序中有一个脉冲计数变量用来记录位码，在确认收到相应位码后，触发有效。
Microchip Technology 的PIC16F54 是一种低成本、高性能、8 位、全静态和基于闪存的CMOS 单片机，其性能大大高于同等价位的其他产品。它所装备的特殊功能降低了系统成本和所需功耗。具备上电复位（POR）和器件复位定时器（DRT）使其不再需要外部复位电路。PIC16F54采用晶体谐振振荡器。
驱动电路3由开关三极管和继电器组成，由来自单片机PIC16F54的高电平触发信号加在驱动电路3的开关三极管的基极，使该三极管导通，继电器通电吸合，从而使执行机构电动机4通电运转，关闭门窗或开启门窗。二极管VD用于在继电器断电时作为放电通道以保护开关三极管。
本风雨检测系统采用单片机STC15F104E为核心，使得该检测系统具有测量简易、运算速度快、价格低等优点。
为了更好的理解本实用新型，下面再详述下风雨检测与发射电路1的运作过程：
风速检测电路11是采用三杯式风杯组作为风速传感器，其内置光电耦合电路。当风杯随风旋转时, 带动遮光板旋转，每遮挡一次，风速检测电路11内部的光电耦合电路就输出一个阶跃脉冲信号。该阶跃脉冲信号传递给单片机STC15F104E的P3.5角，通过单片机STC15F104E内部的计数器即可实现对阶跃脉冲信号的计数,从而实现对风速的实时测量。一般测量到的风速超过风速阈值时，单片机STC15F104E就会发出关闭门窗的指令；
另外，当有雨滴落在雨水检测板上时，将使雨水检测板导电接通，使Q1因基极得到一个高电平而导通，从而给单片机STC15F104E的P3.4发送低电平信号。
雨滴检测信号和风速检测信号分别送到STC15F104E的P3.4和P3.5脚。
（1）当雨滴落在雨水检测板上时，相当于给P3.4脚施加一个低电平信号，经单片机STC15F104E处理后由P3.1输出一个低电平，使Q3触发导通，进而激发无线发射器发射一个驱动信号，关闭门窗。
（2）当测量到的风速超过风速阈值时，单片机STC15F104E将从P3.1输出一个低电平，使Q3触发导通，进而触发无线发射器发射一个驱动信号，关闭门窗。
（3）门窗关闭后，单片机STC15F104E继续扫描，如果在30分钟内，P3.4没有低电平输入，同时P3.5在规定时间内脉冲数达不到要求时，P3.0将输出低电平，使Q2触发导通，进而触发无线发射器发射一个驱动信号，开启门窗。
Claims (10)
1.基于单片机的防风雨门窗自动控制系统，其特征在于：其包括风雨检测与发射电路、接收电路、驱动电路、以及控制门窗开启或者开闭的执行电机，所述风雨检测与发射电路和接收电路无线连接，接收电路与驱动电路电连接，驱动电路与执行电机电连接，
所述风雨检测与发射电路包括风速检测电路、雨水检测电路、发射控制电路、编码器和无线发射器，所述风速检测电路与雨水检测电路分别与发射控制电路的输入端电连接，发射控制电路的输出端与编码器输入端电连接，编码器的输出端与无线发射器电连接；
所述接收电路包括无线接收器、解码器、接收控制电路，该无线接收器与解码器电连接，解码器与接收控制电路电连接。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的防风雨门窗自动控制系统，其特征在于：所述风速检测电路包括三杯式风杯组的风速传感器，该风速传感器与发射控制电路的输入端电连接。
3.根据权利要求1所述的基于单片机的防风雨门窗自动控制系统，其特征在于：所述雨水检测电路包括雨水检测板和开关三极管，雨水检测板一端与开关三极管的基极电连接，另一端与开关三极管的集电极电连接，该开关三极管的发射极接地，且开关三极管的集电极还与发射控制电路的输入端电连接。
4.根据权利要求1所述的基于单片机的防风雨门窗自动控制系统，其特征在于：所述发射控制电路包括STC15F104E单片机，该STC15F104E单片机的输入端分别与雨水检测电路与风速检测电路的输出端电连接，该STC15F104E单片机的输出端与编码器的输入端电连接。
5.根据权利要求1所述的基于单片机的防风雨门窗自动控制系统，其特征在于：所述无线发射器采用内置的微带印刷天线。
6.根据权利要求1所述的基于单片机的防风雨门窗自动控制系统，其特征在于：所述无线发射器为无线射频发射器。
7.根据权利要求1所述的基于单片机的防风雨门窗自动控制系统，其特征在于：所述解码器为PT2272解码器。
8.根据权利要求1所述的基于单片机的防风雨门窗自动控制系统，其特征在于：所述接收控制电路包括PIC16F54单片机，该PIC16F54单片机的输入端与解码器的输出端电连接，PIC16F54单片机的输出端与驱动电路的输入端电连接。
9.根据权利要求1所述的基于单片机的防风雨门窗自动控制系统，其特征在于：所述编码器为PT2260-R4编码器。
10.根据权利要求1所述的基于单片机的防风雨门窗自动控制系统，其特征在于：所述无线接收器为无线射频接收器。
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