基于嵌入式的智能門窗系統

侯夢晗 李晴

1 綜述

生活方式的改變提高了人們對現代化、智能化居住環境的期望，為滿足人們對居住環境智能化的需求，智能化家居系統越來越受到重視。智能家居系統是利用計算機、嵌入式系統和通信網絡技術將各種家用設備通過物聯網連接在一起，為人們提供智能化的生活。其中嵌入式系統的發展催生了智能家居的出現，由于嵌入式操作系統種類多，應用時可以根據用戶需求進行設計，嵌入式系統在家居領域已得到廣泛運用。同時，嵌入式微控制器中單片機具有體積小、內存大、性能高的特點，在智能家居市場所占份額較大，應用也比較廣泛。

2 設計原理

本文中的智能門窗應用系統主要由前端和后端兩部分組成，前端負責信號處理，后端是中央處理器。前端由傳感器檢測模塊、信號處理模塊和控制模塊組成;后端由ARM中央處理器、外圍電路和網絡接口模塊等組成。前后端通過電力線載波技術傳輸數據。

該門窗系統中每個傳感器檢測到的物理量，經過A/D轉換后由STC89C52作為微處理器結合HLPLCS520F作為電力線通訊單元將信號傳給ARM主控單元，主機根據地址判斷信號來自哪個節點，通過軟件判斷出現哪種情況，接著做出相應的操作和啟動攝像頭進行抓拍。此外，用戶還可以通過手機APP對門窗進行控制。

智能模塊工作原理：

1. 防盜主要是門窗防盜，將震動傳感器和人體接近傳感器安裝在相應的門窗位置上，其中人體接近傳感器探測是否有人體接近，如果震動傳感器連續震動超過三分鐘且人體接近傳感器一直能感應到有人體接近，那么這兩個傳感器相結合判斷是否有人動門窗。

2. 煤氣泄漏檢測采用MQ-6傳感器，它對液化氣、天然氣以及城市煤氣有較好的靈敏度，而對乙醇、煙霧幾乎不響應。

3. 火災檢測由煙霧傳感器和溫度傳感器組成，當兩個傳感器都檢測到信號時才發生火災報警。

4. 檢測小孩子靠近窗戶的辦法是根據孩子的身高在特定的區域安裝人體接近傳感器，一旦檢測到可能有孩子的接近，控制系統就立刻控制將窗戶關閉。

3 功能

1. 防小孩墜樓：當傳感器檢測到人體信息時，窗戶會自動關閉，將小孩關在室內，可以有效的保護小孩的安全;

2. 自動檢控燃氣：當檢測到煤氣時，智能控制器內微電腦自動發出相應的指令，將窗戶、排氣扇自動開啟，同時發出警聲并將警情傳遞給主人手機和保衛處;

3. 自動檢控火災：一旦有火災發生，傳感器會第一時間檢測到煙霧信號，智能控制器發出指令 ，將門窗打開，同時發出警聲并將警情傳給主人手機上;

4. 對現場圖像進行抓拍;

5. 防盜。

4 軟硬件配置

4.1 硬件配置

主控制模塊主要包括電力線通信模塊 HLPLCS52F及其外圍電路、S3C2440的ARM處理器、存儲器、網絡通信模塊DM9000、液晶顯示模塊等。各從模塊主要由電力線通信HLPLS520F模塊、STC89C52單片機、FLASH存儲器、A/D模擬量采集電路、輸入輸出模塊和繼電器執行模塊和傳感器模塊組成。

傳感器種類很多，包括人體接近傳感器、震動傳感器、溫度傳感器、MQ-6傳感器、煙霧傳感器。

4.2 軟件配置

軟件設計主要包括Linux平臺和手機APP以及服務器的搭建，電力線載波通信程序設計等部分，軟件設計還要包含各個傳感器的程序設計。

5 應用場景

該智能門窗系統應用的場景有學校、醫院、樓閣和普通住宅。

比如，當我們每天離開家時，我們的家立即成為一個安全的堡壘。無論誰試圖闖入，防盜裝置將立即啟動，門窗將處于高度戒備狀態。當傳感器檢測到陌生人的身體信息時，它會向主控制系統發出關閉指令，門窗將自動關閉，如果陌生人繼續移動，智能報警系統會發出響亮的警報，同時將情況報告給主人的手機應用程序。我們還可以使用攝像機拍攝嫌疑人，以保留證據。

6 發展趨勢

1.市場需求變大

隨著中國城市化進程的加速和消費升級時代的到來，消費者對智能門窗產品的性能需求和檔次需求愈加細致化，這讓智能門窗行業迎來持續高速增長期。

2.提供人們更健康、智能、安全的生活

智能門窗能讓居家環境更健康，如利用門窗自動換氣保持空氣清新，根據紫外線強度、室內亮度等因素自動調節進入室內的光線，這些功能為我們家居生活的安全、健康提供了保障。

3.減少更多的能源消耗

節能減排是永恒的主題，利用傳感器監控室內外的熱傳導狀況，在室外過熱時可調節從室外進入室內的光線、能提醒主人控制空調溫度，以達到節的目的。

4.操作難度降低

目前的智能門窗大部分都基于遙控，以后的智能門窗可能都是隨時隨地在房間中操作顯示屏，這樣會使得操作更加方便。

5.更加便宜

隨著科技的發展，智能門窗所使用的技術可能就比較常見于日常生活中，因此智能門窗的價格也會大幅度下降，這樣就可以使大部分人都能夠使用上智能門窗。

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