引言

　　隨著21世紀信息化時代的到來，社會信息化和家居智能化也呈現(xiàn)出了蓬勃發(fā)展的趨勢，越來越多的家庭開始追求高質量、高科技舒適安全的家居生活，充分享受由信息時代帶來的生活上的便利。作為智能家居系統(tǒng)的子系統(tǒng)——智能門窗，是在傳統(tǒng)住宅的基礎上，綜合利用傳感器技術、計算機技術、現(xiàn)代通訊技術和自動控制技術等，實現(xiàn)了門窗各種信息的采集、傳輸、處理和控制。

　　1 系統(tǒng)的總體設計

　　智能門窗屬建筑領域的附件，它包括智能控制系統(tǒng)和門窗開關裝置以及報警系統(tǒng)。該智能門窗實現(xiàn)的主要功能是當室內燃氣泄露，CO和CO2含量過高，甲醛、苯等有毒物質超標時，能夠控制窗戶自動打開，讓空氣形成對流，并啟動排風扇向室外排出有害氣體，當室外環(huán)境不允許開窗時(比如風雨和沙塵天氣)由風光雨傳感器傳輸信號到主控系統(tǒng)，使其發(fā)出指令關閉窗戶，同時整個系統(tǒng)將以排風扇工作為主。如果狀況仍未緩解，則啟動警報裝置。

　　整個系統(tǒng)由主控芯片、各種傳感器、報警器終端，以及機械傳動裝置組成，控制芯片和傳感器等直接固定在門窗上，而報警終端則可固定在室內墻壁或容易引起主人警覺的地方。系統(tǒng)結構如圖1所示。

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　　1.1 LPC2136微控制器概述

　　LPC2136是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU微控制器，它帶有256 KB嵌入的高速片內FLASH存儲器。片內128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘頻率下運行。

　　P0.27～P0.30為LPC2136的A/D轉換器輸入端，作為風光雨模擬信號、溫度模擬信號和有害氣體檢測信號等的模擬輸入端，分時段掃描查詢這幾個模擬量，并將風光雨模擬信號、有害氣體模擬信號等做A/D轉換后顯示在LCD顯示單元上。風光雨傳感器輸出的信號非線性誤差較大，并對溫度敏感，本文設計了專用的放大、處理和補償電路對其信號進行處理和補償，使其輸出的模擬量基本達到線性。實測證明可達到5%的誤差，這對于一般的監(jiān)控已可以滿足要求。

　　1.2 感應系統(tǒng)硬件設計

　　該部分主要以傳感器為采集信號手段，經轉換元件將采集到的信號進行加工，使采集到的模擬信號能夠被主控制芯片識別，結構框圖如圖2所示。

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　　1.3 有害氣體檢測模塊

　　居室里的空氣是由多種氣體混合而成的，對人體有害的物質主要是CO2、CO、煤氣、有害化學物質(如甲醛、苯類等)以及可吸入顆粒及附著在其上的病菌等，這些有害物質的濃度過高時會對人體造成危害。

　　有害氣體檢測電路，如圖3所示。在該電路中主要用氣敏傳感器實現(xiàn)“氣-電”轉換，在正常情況下，氣敏傳感器不接觸有害氣體或有害氣體濃度很低時，氣敏傳感器兩端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，檢測到的信號小，不能驅動后級電路而使其工作。反之，檢測信號變大，從而驅動開窗器和排風扇工作，及時報警，并盡可能地排除有害氣體。

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　　(1)一氧化碳傳感器。選用深圳富安達公司的CO/MF-500型電化學傳感器，當環(huán)境的CO濃度發(fā)生變化時，電化學方程的平衡產生移動，輸出的電流發(fā)生相應的變化。該傳感器量程為0～500 ppm，分辨率為1 ppm，線性輸出，并且過濾了H2S和SO2氣體，測量精度較高。

　　(2)甲醛傳感器。選用深圳市富安達公司的S-10電化學傳感器，測量范圍為0～10 ppm，最大負載為50 ppm，輸出信號為800 nA/ppm，分辨率為0.05 ppm，響應時間小于50 s，可在高濕度等惡劣環(huán)境下工作。

　　(3)煙霧傳感器。選用深圳市商斯達公司的離子室煙霧傳感器，電源電壓為直流6.0～18.0 V，輸出電壓為(5.6±0.4)V，靈敏度為(0.6±0.1)V，溫度為-10～+60℃。

　　氣體傳感器需要用導線引出，同時控制器需要一組12 V(DC，500 mA)的電源供電。由于氣體傳感器需要電源預熱，功耗較大，+5 V電源下約需150 mA電流。本文采用一個LM7805三端穩(wěn)壓器供電，同時加上適當?shù)纳崞鳎员ＷC長時間可靠穩(wěn)定的工作。實踐證明，它對溫度和濕度測量是準確和迅速有效的，對氣體的檢測也十分敏感，遇到有危險氣體時能可靠地發(fā)出報警和自動接通風扇排風，為人員的安全起到高靈敏度的檢測和保護作用。