基于单片机的智能窗户系统设计（51+语音版）-设计说明书
电子校园网 编号：
M22015-05C-LW
设计摘要：
该基于单片机的智能窗户系统设计是一款集智能控制、环境感知和语音交互于一体的窗户管理系统。系统首先利用风速传感器检测当前环境中的风速值，自动判断当前处于开启状态的窗户是否需要关闭，以避免强风进入室内。这样能够保障室内环境的舒适度和安全性。其次，通过雨量传感器实时监测当前的雨量情况，系统会自动关窗，防止雨水进入室内，保护室内物品不受损。系统还配备了温度传感器以实时感知室内或室外的温度，可以主动关闭窗户，阻止寒冷空气进入室内。此外，系统还支持用户设置定时功能，用户可以根据自己的需求设定时间和周期性，系统会根据设定的时间间隔自动打开窗户进行换气，保证室内空气的新鲜度和流通性，提高居住环境的质量。系统还允许用户在设定范围内对温度、雨量和风速的阈值进行调节。这样能够满足不同用户的需求，使窗户控制更加灵活和个性化。最重要的是，该智能窗户系统还支持语音控制功能。用户可以通过语音指令来控制窗户的开关，如"打开窗户"、"关闭窗户"等。这样方便了用户的操作，提升了用户体验。
综上所述，基于单片机的智能窗户系统设计具备风速、雨量、温度感知和定时换气等功能，并且支持用户自定义设置和语音控制。该系统能够实现智能化的窗户管理，提供舒适、安全和便捷的居住环境。通过合理利用硬件传感器和软件控制算法的综合应用，该智能窗户系统为用户创造了更加智能、高效和便捷的生活体验。
关键词：单片机；智能窗户；语音控制
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 液晶屏显示模块
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 语音控制实物测试
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语音控制测试
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。
本设计的基于单片机的智能窗户系统旨在解决以上问题，并提供更加智能、高效和便捷的窗户管理方案。通过实现窗户的自动化控制，利用感知环境参数并根据用户设置的条件自动调整窗户的开关状态。通过风速传感器、雨量传感器和温度传感器等硬件设备的应用，系统可以实时监测环境的变化，并根据用户设置的阈值进行自动控制。
该智能窗户的设计是为用户创造了更加舒适、安全和便捷的居住环境。首先，系统可以根据环境参数自动开关窗户，避免了因人为疏忽而引起的室内环境不适。其次，定时换气功能可以保证室内空气的流通和新鲜度，提高室内环境的质量。此外，系统还支持语音控制功能，方便用户的操作，提升用户体验。总之，基于单片机的智能窗户系统设计为用户提供了智能、高效和便捷的窗户管理解决方案，提升了家居的智能化水平和生活的品质。
1.2 国内外研究现状
国内方面，近年来，随着智能家居的快速发展，智能窗户系统的研究和应用逐渐兴起。研究者借助传感器技术、语音识别技术和网络通信技术等，提出了不同的窗户管理方案。例如，有研究采用多组传感器实时感知环境参数，并通过无线通信技术实现窗户的远程控制。还有一些研究聚焦于窗户自动化控制算法的设计与优化，以提高系统的反应速度和准确性。
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]。
国外方面，智能窗户系统的研究也具有广泛的应用和研究基础。例如，在欧美地区，智能窗户系统常被应用于大型商业建筑和办公楼。研究者在窗户管理方案中引入了更多的智能化技术，如基于机器学习的预测算法，可以根据历史数据和环境参数预测最佳的窗户开关状态。此外，一些研究还将智能窗户系统与其他智能家居设备相互连接，形成整体的智能化控制系统。
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、声控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、可以通过语音控制窗户开关
