智能門窗系統(tǒng)

曹永勝 梅杰 董智

摘要：為了進一步實現(xiàn)現(xiàn)代生活家居的智能化，方便人們對家居的管理，本項目為此設計了一種可操控智能化的門窗系統(tǒng)。其主要實現(xiàn)的功能是門與窗的智能化控制，這無疑將給人們的生活營造出更加安全、溫馨、便捷與舒適的環(huán)境。本研究項目可以使辦公、居住地的門窗智能化，更易于人們的控制，以便實現(xiàn)門窗對周圍環(huán)境的實時智能化感知與響應。

關鍵詞：門窗；智能；控制；感應；系統(tǒng)

中圖分類號：TU228 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0008-01

隨著科技的不斷進步，人民生活水平質(zhì)量的不斷提高，作為現(xiàn)代化的一種生活方式，越來越多的智能化產(chǎn)品成為家庭信息化發(fā)展的重要組成部分，智能家居也隨之應運而生。智能家居可分多種，現(xiàn)階段主要以門窗燈為主，門窗是家庭必不可少的組成部分，其使用也直接關乎了家庭生活的安全與便利性。本文對此予以探討，并給出了相應的系統(tǒng)設計。

1 系統(tǒng)目標方向

系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能：

（1）當白天與黑夜互相交替時，窗戶會根據(jù)光線強弱，自動開合。（2）當室內(nèi)的溫度超過所設溫度時能開窗換氣，保持室內(nèi)空氣的清新。（3）當室內(nèi)的濕度達到一定數(shù)值（可以自己設置）時，窗戶能自動開窗通風換氣。（4）當外界下雨時，窗戶會自動關閉，防止雨水進入室內(nèi)損壞室內(nèi)的裝飾和物品。（5）當室內(nèi)可燃性氣體超過一定的標準時，窗戶自動打開，并開啟風扇進行排氣，同時報警器也會發(fā)出響聲提醒用戶危險的存在，同時系統(tǒng)也將會將此情況實時發(fā)送到手機APP上告知用戶，防止危險的發(fā)生。（6）當門沒有關緊時，門會自動檢測到此種情況，然后門內(nèi)電機會帶動門將之關緊。（7）當門窗外有人強行闖入時，會觸發(fā)并阻斷紅外線探測器的發(fā)射接收通路，門窗上相應報警器發(fā)出警報聲，同時將此情況實時發(fā)送到手機APP客戶端上提醒用戶，起到防盜的作用。

2 系統(tǒng)方案設計

2.1 系統(tǒng)包括的模塊及特點

系統(tǒng)主要模塊包括：電機驅(qū)動模塊、傳感器檢測模塊、紅外線探測模塊、警報器模塊、控制模塊、電源模塊等。這些模塊必須能夠?qū)崿F(xiàn)快速檢測，處理迅速，響應靈敏等特點。在周圍環(huán)境發(fā)生變化時能夠迅速的作出反應，對當前門窗的實時狀態(tài)進行有效的監(jiān)控。

2.2 方案的確定

該系統(tǒng)方案由硬件與軟件兩部分組成，硬件部分則主要分為門窗實體與硬件電路兩大塊，軟件部分則主要為手機APP終端以及云端服務器等線上服務。

2.2.1 硬件電路

（1）該系統(tǒng)的主控單元由單片機或FPGA或CPLD作為系統(tǒng)的控制器，以實現(xiàn)復雜邏輯功能，規(guī)模大，速度快，密度高，體積小，穩(wěn)定性高，容易實現(xiàn)仿真、調(diào)試和功能擴展。（2）檢測模塊則主要由相應功能的傳感器構(gòu)成，本模塊中采用了氣體、光電、紅外、溫度和濕度傳感器，這些傳感器將根據(jù)周圍環(huán)境的變化實時產(chǎn)生相應的信號指令并傳輸給主控單元。（3）控制門窗的電機驅(qū)動模塊采用專用芯片L298N作為電機驅(qū)動芯片。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它響應頻率高，一片L298N可以分別控制兩個直流電機，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。（4）警報器模塊可采用普通的蜂鳴器即可實現(xiàn)緊急情況時的警報需求。（5）由于本系統(tǒng)設計中有主控模塊、傳感器模塊、處理電路模塊等都需要有電源供電，所以電源在本系統(tǒng)中有著比較重要的地位，它是整個系統(tǒng)能夠正常工作的保證。鑒此本系統(tǒng)采用變壓器將普通220V電壓轉(zhuǎn)化為可供系統(tǒng)使用的標準電壓。

2.2.2 軟件開發(fā)

本系統(tǒng)可拓展基于云端的在線實時交互能力，通過開發(fā)的手機終端APP可以經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)對家庭的智能門窗進行實時的監(jiān)控和管理。一旦室內(nèi)的門窗狀態(tài)發(fā)生改變時，本系統(tǒng)會及時將此反饋給云端服務器，云端服務器經(jīng)過數(shù)據(jù)處理分析，通過互聯(lián)網(wǎng)及時發(fā)送到用戶的手機客戶端上告知用戶。本軟件可交由相關的軟件開發(fā)公司進行開發(fā)，同時可租用云端服務器來提供在線實時數(shù)據(jù)服務等，以此來實現(xiàn)上述功能。

3 系統(tǒng)的工作過程

本系統(tǒng)是經(jīng)由檢測、感應、傳送、處理、反饋、云端等一系列指令協(xié)同工作完成的。安裝在窗戶上的傳感器檢測模塊，將根據(jù)窗外的天氣狀況，對溫濕度進行檢測，若傳感器感應到外界溫度過高或有下雨情況（安裝在窗戶邊框卡槽將會對雨水進行采集，當有一定量的雨水匯集，則會觸發(fā)濕度傳感器）時，就會產(chǎn)生相應的信號輸出。安裝在廚房內(nèi)的窗戶還將設有煤氣檢測模塊，當廚房內(nèi)的煤氣濃度達到上限，將會觸發(fā)煤氣檢測模塊，并將產(chǎn)生信號輸出。當上述信號指令被傳送到主控模塊中，內(nèi)部的處理器會根據(jù)窗戶的不同位置，發(fā)出相應的指令，控制窗戶的電機驅(qū)動模塊工作，電機推動窗戶進行開關作業(yè)，同時窗戶邊框內(nèi)的光電傳感器將會對窗戶的位置進行測定，一旦窗戶完全關上或是打開，就向主控模塊發(fā)出指令，隨即電機停止工作。而在門的部分，則安裝有紅外探測模塊以及光電傳感器，當門沒有關緊時（門打開呈現(xiàn)一定角度時），傳感器會感應觸發(fā)并發(fā)出信號，接著傳給主控單元，然后電機會帶動門將之關緊。當門窗外有人強行闖入時，會觸發(fā)并阻斷紅外線探測器的發(fā)射接收通路，門窗上相應報警器發(fā)出警報聲。

4 應用前景與展望

由于該系統(tǒng)目前處于理論驗證階段，待整個系統(tǒng)搭建完成后方可進行測試。可以預知的是，在測試過程中肯定會遇到各種問題障礙，在解決的過程中方可對其探討與改進，同時在實際場景運用中也會可能會出現(xiàn)一些亟需解決的問題，這時便可對其進行系統(tǒng)的優(yōu)化和升級。

但是其應用前景十分可觀。隨著社會的發(fā)展，科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便生活的自動控制系統(tǒng)必然會進入人們的生活，智能窗戶已經(jīng)深入一些家庭和高級寫字樓，將來普通樓宇及家具的智能化必然是一種趨勢。該智能門窗產(chǎn)品可應用于酒店、賓館、體育館、購物中心、工業(yè)廠房等場所和個人場所的高檔別墅。該智能門窗在家庭中將減輕很大一部分人們的煩惱，為人們省去很多不必要的擔心，同時也加快了家庭中智能化的發(fā)展，該系統(tǒng)經(jīng)濟、節(jié)約、實用性強，有很大的市場發(fā)展前景。

參考文獻

[1]王煜東.傳感器應用電路400例[M].中國電力出版社，2008.

[2]張毅剛，彭喜元.單片機原理及接口技術(shù)[M].人民郵電出版社，2015.

[3]沈建華，艷琴.超低功率單片機原理與應用（第二版）[M].清華大學出版社，2012.