基于CC2530的智能窗户系统的制作方法

本实用新型属于日常用品领域，特别是涉及一种控制窗户的电子设备。

背景技术：

如今大部分的家庭使用的仍然是需要人工开合的窗户，可当人处于忙碌状态或者是熟睡时，就无法自己去开合窗户。人在熟睡时，夜间空气突然降低或是突然起风，而人又无法去合上窗户，往往会使人在夜间着凉感冒。又或者当人在室内忙碌于其他事务时，往往不会注意到室外下雨，此时若不及时合上窗户，容易造成雨水从窗外飘进屋内，淋湿家用电器等物品。而如今市场上售卖的智能窗户或是价格高昂、功能花哨而不实用，或是布线复杂、安装不便。

技术实现要素：

本实用新型的目的是采用电子技术，根据室内外环境进行自动控制窗户开合的基于CC2530的智能窗户系统。

本实用新型是由室外带有温度、湿度和风力传感器模块的外部处理器、室内主处理器、按键电路和电机驱动电路构成；

外部处理器：芯片采用CC2530F256RHAR，其10、39脚为数字电源引脚，通过去耦电容与3.3V数字电源连接，28、27、24、29、21、31脚为模拟电源引脚，通过去耦电容与3.3V模拟电源连接，1、2、3、4脚为未使用的引脚，连接到公共接地端；25、26脚为射频I/O引脚，要通过由分立的电感、电容构成的巴伦电路与射频天线相连，32、33脚为数字I/O脚，与外部晶体振荡器Y2相连，22、23脚为模拟I/O脚，与外部晶振Y1相连，40脚为数字电源引脚与C14去耦电容相连接到地端，30脚为模拟I/O脚，与外部精密偏置电阻R1相连接到地端，41脚为GND脚，接地面；温度传感器DS18B20芯片的1脚接地；2脚接上拉电阻R2且与CC2530F256RHAR的数字I/O脚8脚相连，3脚接3.3V电源；雨滴传感器模块X2的VCC脚与3.3V电源相连；数字输出脚DOUT与外部处理器CC2530F256RHAR的数字I/O脚7脚相连；

其中风力传感器模块：LM393电压比较器芯片U1的4脚为GND脚，接地；2脚为反相输入脚，通过三个二极管D1、D2、D3接地，以及接上拉电阻R3，并与风力传感器X1的模拟输入/输出脚（-）相连，3脚为同相输入脚，与X1的模拟输出脚（+）相连；8脚为电源引脚，与3.3V电源相连；1脚为数字比较结果输出脚，接上拉电阻R4，且引出与外部处理器CC2530F256RHAR的数字I/O脚6脚相连；

室内主处理器：芯片采用CC2530F256RHAR，其10、39脚为数字电源引脚，通过去耦电容与3.3V数字电源连接；28、27、24、29、21、31脚为模拟电源引脚，通过去耦电容与3.3V模拟电源连接；1、2、3、4脚为未使用的引脚，连接到公共接地端；25、26脚为射频I/O引脚，要通过由分立的电感、电容构成的巴伦电路与射频天线相连，32、33脚为数字I/O脚，与外部晶体振荡器Y2相连，22、23脚为模拟I/O脚，与外部晶振Y1相连，40脚为数字电源引脚与C14去耦电容相连接到地端，30脚为模拟I/O脚，与外部精密偏置电阻R1相连接到地端，41脚为GND脚，接地面；36脚与液晶显示模块LCD_OLED的6脚DC脚相连；37脚与LCD_OLED的5脚RESET脚相连；7脚与LCD_OLED的4脚SDA脚相连；8脚与LCD_OLED的3脚SCL脚相连；12～19脚分别与4*4按键电路X1的八根引出脚相连；发光二极管D1接上拉电阻R1，且与室内处理器芯片CC2530F256RHAR的数字I/O脚35脚相连；PNP型三极管Q1，发射极接3.3V电源，基极通过R3与室内处理器芯片CC2530F256RHAR的数字I/O脚34脚相连，集电极经过蜂鸣器B1，然后接地；室内处理器芯片CC2530F256RHAR通过射频天线与外部处理器CC2530F256RHAR无线连接；

按键电路：按键开关的P0-0至P0-7脚与室内处理器芯片CC2530F256RHAR的P0-0至P0-7脚连接；

电机驱动电路：高电压大电流八达林顿晶体管阵列ULN2803芯片的输入引脚8脚与室内处理器芯片CC2530F256RHAR的数字I/O脚6脚相连；输出引脚11脚与直流电机J1的2脚相连；9脚GND脚接地；10脚CM脚接12V电源；直流电机J1的1脚接12V电压；2脚与ULN2803的输出引脚11脚相连；舵机J2的1脚接地；2脚接6V电压；3脚与室内处理器芯片CC2530F256RHAR的数字I/O脚5脚相连。

本实用新型可以实现系统根据天气状况自动无线控制多扇窗户的开合以及可以通过打开窗框装卸窗框内部的电机使窗户在智能模式和手动开合模式间切换，故而其具有布线少、安装简易、经济实惠的优点。

附图说明

图1是本实用新型各检测模块的电路连接图；

图2是本实用新型风力检测电路的电路图；

图3是本实用新型室内主处理器电路图；

图4是本实用新型按键电路的电路连接图；

图5是本实用新型电机驱动电路的电路连接图；

图6是本实用新型窗框上安装舵机控制开和锁机构和电机控制开和关机构结构示意图；

图7是本实用新型舵机控制开和锁机构结构示意图；

图8是本实用新型舵机控制开和锁机构安装在窗户上的结构示意图；

图9是本实用新型电机控制开和关机构中T型支架俯视图。

具体实施方式

本实用新型是由室外带有温度、湿度和风力传感器模块的外部处理器、室内主处理器、按键电路和电机驱动电路构成；

外部处理器：芯片采用CC2530F256RHAR，其10、39脚为数字电源引脚，通过去耦电容与3.3V数字电源连接，为引脚供电；28、27、24、29、21、31脚为模拟电源引脚，通过去耦电容与3.3V模拟电源连接，为模拟电路供电；1、2、3、4脚为未使用的引脚，连接到公共接地端；25、26脚为射频I/O引脚，要通过由分立的电感、电容（C9、C10、L2、C11、C12、L1、C13）构成的巴伦电路与射频天线相连，（SMA代表天线接头），以达到输入输出匹配；32、33脚为数字I/O脚，与外部晶体振荡器Y2相连，该晶振用于要求非常低的睡眠电流消耗和精确唤醒时间的应用；22、23脚为模拟I/O脚，与外部晶振Y1相连，用于芯片正常工作；40脚为数字电源引脚，是1.8V片上稳压器引脚，与C14去耦电容相连接到地端来获得稳定运行效果；30脚为模拟I/O脚，与外部精密偏置电阻R1相连接到地端以提高芯片内部电压精度；41脚为GND脚，接地面；温度传感器DS18B20芯片的1脚接地；2脚接上拉电阻R2且与CC2530F256RHAR的数字I/O脚8脚相连，以输入温度数据；3脚接3.3V电源；雨滴传感器模块X2的VCC脚与3.3V电源相连，数字输出脚DOUT与外部处理器CC2530F256RHAR的数字I/O脚7脚相连，以输入雨滴数据；

其中风力传感器模块：LM393电压比较器芯片U1的4脚为GND脚，接地；2脚为反相输入脚，通过三个二极管D1、D2、D3接地，以及接上拉电阻R3，以使反相输入电压维持恒定（约为三个二极管的导通电压之和），并且与风力传感器X1的模拟输入/输出脚（-）相连，以使U1的反相输入电压成为X1的偏置电压，3脚为同相输入脚，与X1的模拟输出脚（+）相连；8脚为电源引脚，与3.3V电源相连；1脚为数字比较结果输出脚，接上拉电阻R4，且引出与外部处理器CC2530F256RHAR的数字I/O脚6脚相连；以输入风力数据。

室内主处理器：芯片采用CC2530F256RHAR，其10、39脚为数字电源引脚，通过去耦电容与3.3V数字电源连接,为引脚供电；28、27、24、29、21、31脚为模拟电源引脚，通过去耦电容与3.3V模拟电源连接,为模拟电路供电；1、2、3、4脚为未使用的引脚，连接到公共接地端；25、26脚为射频I/O引脚，要通过由分立的电感、电容（C9、C10、L2、C11、C12、L1、C13）构成的巴伦电路与射频天线相连（SMA代表天线接头），以达到输入输出匹配；32、33脚为数字I/O脚，与外部32.768kHz晶体振荡器Y2相连，该晶振用于要求非常低的睡眠电流消耗和精确唤醒时间的应用；22、23脚为模拟I/O脚，与外部32MHz晶振Y1相连，用于芯片正常工作；40脚为数字电源引脚，是1.8V片上稳压器引脚，与C14去耦电容相连接到地端来获得稳定运行效果；30脚为模拟I/O脚，与外部精密偏置电阻R1相连接到地端以提高芯片内部电压精度；41脚为GND脚，接地面；36脚与液晶显示模块LCD_OLED的6脚DC脚相连；37脚与LCD_OLED的5脚RESET脚相连；7脚与LCD_OLED的4脚SDA脚相连；8脚与LCD_OLED的3脚SCL脚相连；12～19脚分别与4*4按键电路X1的八根引出脚相连；

发光二极管D1接上拉电阻R1，且与CC2530F256RHAR的数字I/O脚35脚相连；

PNP型三极管Q1，发射极接3.3V电源，基极通过R3与CC2530F256RHAR的数字I/O脚34脚相连，集电极经过蜂鸣器B1，然后接地；室内处理器芯片CC2530F256RHAR通过射频天线与外部处理器CC2530F256RHAR无线连接。

按键电路：按键开关的P0-0至P0-7脚与室内处理器芯片CC2530F256RHAR的P0-0至P0-7脚连接。

电机驱动电路：高电压大电流八达林顿晶体管阵列ULN2803芯片的输入引脚8脚与图3中CC2530F256RHAR的数字I/O脚6脚相连；输出引脚11脚与直流电机J1的2脚相连；9脚GND脚接地；10脚CM脚接12V电源；

直流电机J1的1脚接12V电压；2脚与ULN2803的输出引脚11脚相连；

舵机J2的1脚接地；2脚接6V电压；3脚与图3中CC2530F256RHAR的数字I/O脚5脚相连。

本实用新型机械部分有两部分构成，一部分是负责开合窗户的电机控制开和关机构，另一部分是负责上锁和开锁的舵机控制开和锁机构。

电机控制开和关机构是由直流电机和直流电机1控制的T型支架2构成，在T型支架2前端是一个支架头12，并且电机控制开和关机构安装在窗框内部，在直流电机1的驱动下，T型支架2会转动，这样支架头12会随着转动，当支架头12的长径部分置于窗户与窗框之间时，将窗户和窗框支开，这样就将窗户打开。

舵机控制开和锁机构：主动锥齿轮5与传动锥齿轮4啮合，主动锥齿轮5有电机带动，主动锥齿轮5的轴固定在窗户内侧壁9上，带动主动锥齿轮5的电机与直流电机1同步运动，传动锥齿轮4上固定插有锁钩拨臂6，锁钩臂6穿过窗户外侧壁11上的拨臂槽10，在锁钩拨臂6前端是与之成直角的拨钩7，拨钩7端部为拨卡8，拨卡8对应窗框上的窗户开关13。

由于两个电机是同步运动，所以，在电机控制开和关机构在打开窗户的同时，舵机控制开和锁机构已经将窗户开关13打开。

下面对本实用新型做详细的描述：

本实用新型包括微处理器CC2530（其中微处理器至少有两个，一个是作为Zigbee组网中的协调节点，另一个是作为Zigbee组网中的终端节点，协调节点微处理器（负责采集外部天气状况信息）可通过自组建的Zigbee网络传递信息给各终端节点微处理器，进而可同时控制多扇窗户的开合；）、温度检测电路、雨滴检测电路、风力检测系统、电机驱动电路、按键电路、声光提示电路和液晶显示模块，其特征在于，所述微处理器分为协调节点微处理器和终端节点微处理器，前者安置于室外且分别连接温度检测电路、风力检测电路和雨滴检测电路，后者安置于室内且分别连接电机驱动电路、按键电路、声光提示电路和液晶显示模块，电机驱动电路包括直流电机和舵机，直流电机通过带动窗户窗框内部下层一个T型支架的转动来控制窗户的开合，舵机通过带动窗户窗框内部上层侧缘齿轮的转动来控制窗户的上锁、开锁。

协调节点微处理器（负责采集外部天气状况信息）可通过自组建的Zigbee网络传递信息给各终端节点微处理器，进而可同时控制多扇窗户的开合。

直流电机安装于窗户窗框的内部下层镂空区域，直流电机与一个T型支架相连，该T型支架同样置于窗框内部下层镂空区域，T型支架头与窗户窗框边缘相接触，从而便于带动窗户开合，而且窗户窗框下部可打开从而可以自由装卸该直流电机与T型支架。

舵机安装于窗户窗框的内部上层侧缘镂空区域，舵机安装齿轮型头部与窗户窗框内部上层侧缘处的齿轮啮合，同时该齿轮能带动窗户上锁、开锁从而实现舵机控制窗户的上锁、开锁，而且窗户窗框上部侧缘可打开从而可以自由装卸该舵机。

本实用新型优先考虑降雨情况，其次是温度，最后是风力大小。

可通过与终端节点相连的按键电路来设置协调节点中存储的温度和风力大小的警报阈值，并通过液晶显示模块显示当前阈值大小。

所述微处理器采用CC2530芯片，温度检测电路采用DS18B20芯片，雨滴检测电路采用HL-83检测模块，风力检测电路中采用芯片型号为LM393，电机驱动电路中直流电机型号为BIG-DM3429，其驱动芯片为ULN2803，舵机型号为SG90。

协调节点安置于室外且分别连接温度检测电路、风力检测电路和雨滴检测电路，终端节点安置于室内且分别连接电机驱动电路、按键电路、声光提示电路和液晶显示模块；

电机驱动电路包括直流电机和舵机，直流电机安装于窗户窗框的内部下层镂空区域，直流电机与一个T型支架相连，该T型支架同样置于窗框内部下层镂空区域，T型支架头与窗户窗框边缘相接触，从而便于带动窗户开合，而且窗户窗框下部可打开从而可以自由装卸该直流电机与T型支架；

舵机安装于窗户窗框的内部上层侧缘镂空区域，舵机安装齿轮型头部与窗户窗框内部上层侧缘处的齿轮啮合，同时该齿轮能带动窗户上锁、开锁从而实现舵机控制窗户的上锁、开锁，而且窗户窗框上部侧缘可打开从而可以自由装卸该舵机。

所述微处理器采用CC2530芯片，温度检测电路采用DS18B20芯片，雨滴检测电路采用HL-83检测模块，风力检测电路中采用芯片型号为LM393，电机驱动电路中直流电机型号为BIG-DM3429，其驱动芯片为ULN2803，舵机型号为SG90。

本实用新型的整体功能实现过程如下：

室外的协调节点处理器利用雨滴传感器检测外界环境是否下雨，当检测到下雨时，通过Zigbee网络发送信息给室内终端节点处理器，终端节点处理器随即点亮二极管提示灯以及开启蜂鸣器警报，并检测窗户开合状态，继而控制直流电机和舵机，使窗户处于关闭状态；当协调节点处理器检测到未下雨时，对温度传感器采集的温度值进行范围判断，当温度高于设定的温度上限值时，通过Zigbee网络发送信息给室内终端节点处理器，终端节点处理器随即点亮二极管提示灯，并检测窗户的开合状态，继而控制直流电机和舵机，使窗户处于打开状态；当低于下限值时，使窗户处于闭合状态；当在上下限范围内时，协调节点处理器对风速传感器采集到的风速数据进行判断，当高于风速阈值时，通过Zigbee网络发送信息给室内终端节点处理器，终端节点处理器随即点亮二极管提示灯，使窗户处于闭合状态；当低于风速阈值时，使窗户处于闭合状态；

用户可通过与终端节点相连的按键电路来设置协调节点中存储的温度和风力大小的警报阈值，液晶显示模块会显示当前阈值大小；

用户还可打开窗框装卸窗框内部的电机使窗户在智能模式和手动开合模式间切换。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。