编号：
M22015-02C-LW
设计摘要：
该设计是基于STC89C52单片机和蓝牙通信模块的智能窗户系统。系统具有自动检测环境参数和远程控制功能，旨在提供便利的窗户管理与舒适的室内环境。该系统首先通过风速检测模块实时监测风速，当风速超过用户设置的阈值时，系统将自动触发关窗操作，以避免强风进入室内。同样地，通过雨量传感器检测雨量是否超过设定值，系统会自动关闭窗户，避免雨水流入室内。此外，温度采集模块实时监测室内温度，当温度低于设定的最小温度时，系统会自动关闭窗户，以防止寒冷空气进入室内。为了提供定时换气功能，系统可以设置时间参数，周期性地执行开窗操作，以促进空气流通。用户可以根据需要设置温度最小值、雨量最大值以及风速最大值，以满足不同的环境需求。此外，该系统具有蓝牙连接手机的功能，用户可以通过手机APP远程控制窗户的开关以及模式切换。通过蓝牙通信模块，用户可以方便地实现窗户的远程控制，不受时间和空间的限制。
总之，该基于单片机和蓝牙通信模块的智能窗户系统具有自动检测风速、雨量和温度的功能，可根据设定参数自动控制窗户开闭。同时，系统支持时间调度和远程控制，并提供了灵活的参数设置，以满足不同的使用需求。这样的设计将大大提升窗户管理的智能化水平，为用户创造更加舒适和便利的室内环境体验。
关键词：单片机；智能窗户；蓝牙控制
字数：12000+
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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 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 ECB02蓝牙模块
3.4 风速检测模块
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 模式切换实物测试
5.4 不同模式下实物测试
5.5设置相关参数阈值实物测试
5.6 蓝牙控制实物测试
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手动开关窗户测试
6.5蓝牙控制测试
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]。而随着科技的不断进步和人们对生活质量的要求不断提高，智能化家居系统已经成为现代家庭的重要组成部分。在这个背景下，基于单片机的智能窗户系统设计应运而生。
本次设计的智能窗户系统是一种结合了传感技术、单片机控制和通信技术的创新设计，旨在提供便捷、智能的窗户管理解决方案。通过风速、雨量和温度等环境参数的检测，智能窗户系统可以自动进行窗户的开闭操作，实现智能化管理。当环境中风速过大、雨量超标或温度过低时，系统会自动关闭窗户，避免不良天气对室内环境的影响。同时，系统还具备定时换气功能，可以根据设定的时间周期性地开启窗户，促进空气流通，保持室内空气清新。还引入了蓝牙通信技术，使用户可以通过手机APP实现对窗户的远程控制。这样，无论用户身处何地，都可以方便地控制窗户的开闭和模式设置。对于长时间不在家的用户，可以通过远程控制功能随时调整窗户状态，确保室内环境的舒适性。该设计打破了时间和空间的限制，用户可以远程控制窗户，增加了灵活性和便利性。此外，该系统对于提高室内环境的舒适度、改善空气质量具有积极的促进作用。
1.2 国内外研究现状
在国内，智能家居市场逐渐兴起，智能窗户系统作为其中的一项重要应用，受到了越来越多的用户的青睐。许多国内企业纷纷涉足该领域，开发出各类智能窗户产品，并获得了良好的市场反响。国内的智能窗户系统发展主要体现在技术上的创新和功能的丰富化。一方面，随着传感技术、单片机控制和通信技术的不断进步，智能窗户系统的检测和控制能力得到了大幅提升，能够更加准确地感知环境参数并进行智能化操作。另一方面，智能窗户系统不仅实现了基本的开闭功能，还增加了定时换气、远程控制等高级功能，满足了用户对于舒适、便捷的窗户管理需求。
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，智能窗户系统同样受到了广泛关注，并在一些先进的智能建筑项目中得到了应用。例如，一些欧美国家的研究机构和企业合作开发的智能窗户系统，不仅具备传感器检测和自动控制功能，还可以根据环境参数调整窗户的透光度，实现对室内光线的智能调节。这种智能窗户系统能够有效利用自然光资源，降低室内能耗，并提高室内舒适性。此外，一些国际性标准组织和建筑研究机构也在积极推动智能窗户系统的发展。例如，美国绿色建筑委员会（USGBC）发布了建筑物自动化控制系统的评价标准，鼓励采用智能窗户系统来提高建筑能效和室内环境质量。
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系统设计。系统软件由STC89C52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LCD1602显示模块显示设计，并具有功能键、蓝牙控制多种方式控制模块一起形成。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。
6、可以通过蓝牙连接手机并控制窗户的开关以及模式
