编号：
M22015-03M-LW
设计摘要：
本次设计的基于单片机的智能窗户系统，是以STM32F103C8T6单片机为核心控制器，通过与其他模块的配合，实现了窗户的智能控制和自动化功能。首先，系统通过风速检测模块实时监测室外风速情况。当检测到风速超过用户设定的阈值时，系统会自动触发关闭窗户的操作，以避免强风进入室内。同样地，雨量传感器监测到雨量超过阈值时，系统也会自动关闭窗户，以防止雨水进入室内。其次，系统利用DS18B20温度采集模块实时检测室内温度。如果检测到温度低于用户设定的最小温度阈值，系统将自动关闭窗户，以保持室内温暖。除了上述功能，系统还具备定时自动换气的特点。用户可以设置定时器，使系统在特定时间自动开关窗户，以实现室内空气的定期更新。此外，用户可以通过系统设置温度最小值、雨量最大值和风速最大值等参数。通过这些设置，用户可以根据自己的需求和环境条件来调整窗户的自动控制逻辑。
总体而言，该设计的基于单片机的智能窗户系统具有风速、雨量和温度检测功能，并能根据用户设定的阈值进行自动控制。系统还具备定时换气和参数设置等功能。这一设计为提高室内环境的舒适度和安全性提供了有效的解决方案。未来，可以通过进一步的改进和扩展，如增加其他传感器和引入智能算法，进一步提升系统的性能和智能化水平。
关键词：单片机；智能窗户；环境检测
字数：12000+
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内容预览：
摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 风速检测模块
3.3 雨滴传感器
3.4 液晶屏显示模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键函数流程设计
4.4 显示函数流程设计
4.5 处理函数流程设计
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 相关参数检测实物测试
5.3 不同模式下实物测试
5.4 设置相关参数阈值实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2显示屏显示测试
6.3阈值设置测试
6.4模式切换测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
当今社会,大家普遍使用传统窗户,采取人工方式闭合,而传统窗户不具有自动检测户外温湿度、空气质量的功能,更无法做到根据外部环境情况,自动开关窗的人性化功能.所以当人们外出又忘记关闭窗户,适逢雨雪天气,家居就要饱受雨水的摧残,给生活带来很多麻烦[1]。而随着智能家居技术的发展和人们对舒适生活品质的追求，智能化窗户作为智能家居系统的重要组成部分受到越来越多的关注。传统的窗户需要手动开关，无法智能感知环境变化，给用户带来不便和安全隐患。因此，基于单片机的智能窗户系统设计应运而生。
该设计的智能窗户系统有着重要的实际意义和应用价值。首先，通过风速、雨量和温度的智能感知和自动控制，该系统可以提供更加智能、安全和舒适的室内环境。用户不再需要手动开关窗户，系统可以根据设定的阈值自动判断是否关闭窗户，有效地避免了强风、雨水和低温对室内环境的影响。其次，通过定时换气的功能，系统可以定期自动开启窗户进行空气流通，有效改善室内空气质量，减少细菌、异味和湿气等对健康的不良影响。特别是在密封性较高的现代建筑中，这一功能显得尤为重要。此外，用户可以根据自己的需要，在系统参数设置中灵活调整温度最小值、雨量最大值和风速最大值等参数，实现个性化、智能化的窗户控制。这种智能化的窗户系统设计既方便了用户的使用，也提升了用户体验。最后，在技术层面上，该设计基于单片机的智能窗户系统实现了风速、雨量和温度的智能感知与自动控制，将传感器技术、单片机控制和通信技术相结合，具备较高的技术可行性和实用性。通过该设计，可以推动智能家居领域的发展，提升家庭生活的智能化水平。
综上所述，基于单片机的智能窗户系统设计具有重要的实际意义和应用价值。通过智能感知和自动控制，该系统能够提供智能、安全、舒适的室内环境，改善室内空气质量，并提升用户的使用体验。该设计在智能家居领域的应用推广有着广阔的前景，对于推动智能家居技术的发展和提升用户生活品质具有重要的意义。
1.2 国内外研究现状
在国内，一些研究机构和高校开展了相关的研究工作。例如，某些研究团队利用红外传感器和光敏传感器来实现窗户的自动开关功能，以便根据光线强度和人员活动来调节室内环境。同时，他们采用了温湿度传感器来监测室内温度和湿度，并结合单片机的控制策略，实现了智能化的窗户控制。
潘玉玥,梁凤严,黄月霞等（2022）以STM32单片机为主要的控制系统,根据雨滴传感器,大气压强传感器,光照传感器和温湿度传感器采集数据,以步进电机作为驱动器设计的一款智能窗户.利用光照传感器,窗户可根据室内外光照强度,从而控制窗帘的开关;遇到下雨天气时,雨滴传感器接收到信号,反馈给单片机,利用数模转换,控制电机转动,窗户做出相应的动作.当大气压强传感器采集到的气压值低于限值时,即判断有降雨趋势,则控制电机转动,窗户关闭.此外,通过OLED显示屏实时显示雨水状态,窗户窗帘开关状态及环境数据[2]。
潘立言，李奕凡等（2022）基于现代物联网技术设计了一种多功能智能窗户.该智能窗户以STM32F103ZET6作为核心处理器,在传统窗户上搭建传感器局域网,并通过ESP8266 WiFi模块访问互联网,搭载3.5寸LCD触摸显示屏,LD3320语音识别模块,GY-39光照温湿度传感器,PM2.5粉尘传感器,HC-06蓝牙模块,电机驱动模块等多种电子器件模块;同时结合调光玻璃,涡卷弹簧,棘轮棘爪,同步带等其他机械构件的应用,设计了一款机电一体化的集局域网和广域网数据互通,智能控制,远程遥控访问,语音助手,智能调光,自动开关窗,安全安防,隐形纱窗等多种功能的智能窗户[3]。
刘梓硕，曹智杰，刘文龙（2023）介绍了基于STM32单片机的智能窗户设计.该设计采用了光强传感器,温湿度传感器,烟雾传感器和红外传感器来感知环境并收集数据,根据环境的变化自动控制窗户的开启和关闭.此外,该系统还具备手动控制,语音控制,实时显示功能,可通过手机APP进行监控和控制.系统的核心部分是STM32单片机,通过编程实现了各种功能.该设计不仅实用,而且具有一定的智能化水平,能够提高生活质量和舒适度[4]。
在国外，许多研究机构和公司也对智能窗户系统进行了研究和开发。例如，一些公司利用无线传感器网络和互联网技术，将窗户与智能手机或智能家居平台相连接，实现了远程控制和监测。此外，还有研究者通过引入机器学习算法来优化窗户控制策略，使得系统能够根据用户的习惯和偏好进行智能化的调节。
2020年 Brown S C提供了智能窗口的连接器。智能窗口可能包含可光学切换的窗格。在一个方面，窗户单元包括包括光学可切换窗格的中空玻璃单元。导线组件可以连接到中空玻璃单元的边缘，并且可以包括与光学可切换窗格的电极进行电气通信的导线。浮动连接器可以连接到导线组件的远端。浮动连接器可以包括法兰和鼻端，法兰上有两个孔，用于将浮动连接器固定到第一框架上。鼻子可能包括一个末端面，该末端面呈现两个相反极性的暴露触点[5]。
有效利用有限的能源资源是防止因严重能源损失而造成的重大停电的核心方法。智能窗户可调节从入射阳光传递的热能，作为替代技术，通过抑制不必要的能源使用（例如建筑物内的空调或供暖）来解决快速接近的能源危机，引起了极大的兴趣。在这里，2020年Kang S K , Dong H H , Chang H L , et al展示了一套双重响应智能窗户的材料和设计理念，这些材料和设计理念有效地减少了我们有限的能源储备的消耗。所提出的智能窗口基于热响应聚合物水凝胶的较低临界溶解温度与石墨烯基柔性加热器的电驱动相结合的概念;这种组合有助于主动控制被动式移动热响应智能窗口。所提出的智能窗户表现出高于90%的高度可调透明性，这相当于从入射光的高透射到在热或电刺激下穿透的完全阻断的几乎瞬时的变化。特别是，当模型房屋的窗户被开发的柔性智能窗户所取代时，白光照射下室内温度的增量率急剧降低。这种类型的主动光控制系统有望创造一个新的机会，通过管理传输到房屋内部的光能来实现加热，冷却和照明成本的节省[6]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计基于单片机的智能窗户的系统软件。系统软件由STM32F103最小单片机，DS18B20测温控制模块，风速和雨量检测模块，步进电机模拟窗户和OLED显示模块显示设计，并具有功能键控制模块一起形成。主要设计内容如下：
1、通过检测风速大于设置的风俗会自动关窗；
2、通过检测雨量大于设置的雨量会自动关窗；
3、通过检测温度小于最小温度会自动关窗；
4、可以设置时间，周期性的自动换气。
5、可以设置温度最小值，雨量最大值以及风速最大值。
