智能門(mén)窗系統(tǒng)

曹永勝 梅杰 董智

摘要：為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代生活家居的智能化，方便人們對(duì)家居的管理，本項(xiàng)目為此設(shè)計(jì)了一種可操控智能化的門(mén)窗系統(tǒng)。其主要實(shí)現(xiàn)的功能是門(mén)與窗的智能化控制，這無(wú)疑將給人們的生活營(yíng)造出更加安全、溫馨、便捷與舒適的環(huán)境。本研究項(xiàng)目可以使辦公、居住地的門(mén)窗智能化，更易于人們的控制，以便實(shí)現(xiàn)門(mén)窗對(duì)周圍環(huán)境的實(shí)時(shí)智能化感知與響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：門(mén)窗；智能；控制；感應(yīng)；系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）08-0008-01

隨著科技的不斷進(jìn)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(lái)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(yīng)運(yùn)而生。智能家居可分多種，現(xiàn)階段主要以門(mén)窗燈為主，門(mén)窗是家庭必不可少的組成部分，其使用也直接關(guān)乎了家庭生活的安全與便利性。本文對(duì)此予以探討，并給出了相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)目標(biāo)方向

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能：

（1）當(dāng)白天與黑夜互相交替時(shí)，窗戶會(huì)根據(jù)光線強(qiáng)弱，自動(dòng)開(kāi)合。（2）當(dāng)室內(nèi)的溫度超過(guò)所設(shè)溫度時(shí)能開(kāi)窗換氣，保持室內(nèi)空氣的清新。（3）當(dāng)室內(nèi)的濕度達(dá)到一定數(shù)值（可以自己設(shè)置）時(shí)，窗戶能自動(dòng)開(kāi)窗通風(fēng)換氣。（4）當(dāng)外界下雨時(shí)，窗戶會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，防止雨水進(jìn)入室內(nèi)損壞室內(nèi)的裝飾和物品。（5）當(dāng)室內(nèi)可燃性氣體超過(guò)一定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，窗戶自動(dòng)打開(kāi)，并開(kāi)啟風(fēng)扇進(jìn)行排氣，同時(shí)報(bào)警器也會(huì)發(fā)出響聲提醒用戶危險(xiǎn)的存在，同時(shí)系統(tǒng)也將會(huì)將此情況實(shí)時(shí)發(fā)送到手機(jī)APP上告知用戶，防止危險(xiǎn)的發(fā)生。（6）當(dāng)門(mén)沒(méi)有關(guān)緊時(shí)，門(mén)會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到此種情況，然后門(mén)內(nèi)電機(jī)會(huì)帶動(dòng)門(mén)將之關(guān)緊。（7）當(dāng)門(mén)窗外有人強(qiáng)行闖入時(shí)，會(huì)觸發(fā)并阻斷紅外線探測(cè)器的發(fā)射接收通路，門(mén)窗上相應(yīng)報(bào)警器發(fā)出警報(bào)聲，同時(shí)將此情況實(shí)時(shí)發(fā)送到手機(jī)APP客戶端上提醒用戶，起到防盜的作用。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)包括的模塊及特點(diǎn)

系統(tǒng)主要模塊包括：電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器檢測(cè)模塊、紅外線探測(cè)模塊、警報(bào)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(cè)，處理迅速，響應(yīng)靈敏等特點(diǎn)。在周圍環(huán)境發(fā)生變化時(shí)能夠迅速的作出反應(yīng)，對(duì)當(dāng)前門(mén)窗的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)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(mén)窗實(shí)體與硬件電路兩大塊，軟件部分則主要為手機(jī)APP終端以及云端服務(wù)器等線上服務(wù)。

2.2.1 硬件電路

（1）該系統(tǒng)的主控單元由單片機(jī)或FPGA或CPLD作為系統(tǒng)的控制器，以實(shí)現(xiàn)復(fù)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(shí)現(xiàn)仿真、調(diào)試和功能擴(kuò)展。（2）檢測(cè)模塊則主要由相應(yīng)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(shí)時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)指令并傳輸給主控單元。（3）控制門(mén)窗的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用專用芯片L298N作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。L298N是一個(gè)具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動(dòng)芯片，它響應(yīng)頻率高，一片L298N可以分別控制兩個(gè)直流電機(jī)，而且還帶有控制使能端。用該芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。（4）警報(bào)器模塊可采用普通的蜂鳴器即可實(shí)現(xiàn)緊急情況時(shí)的警報(bào)需求。（5）由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)電壓。

2.2.2 軟件開(kāi)發(fā)

本系統(tǒng)可拓展基于云端的在線實(shí)時(shí)交互能力，通過(guò)開(kāi)發(fā)的手機(jī)終端APP可以經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)家庭的智能門(mén)窗進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和管理。一旦室內(nèi)的門(mén)窗狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，本系統(tǒng)會(huì)及時(shí)將此反饋給云端服務(wù)器，云端服務(wù)器經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理分析，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及時(shí)發(fā)送到用戶的手機(jī)客戶端上告知用戶。本軟件可交由相關(guān)的軟件開(kāi)發(fā)公司進(jìn)行開(kāi)發(fā)，同時(shí)可租用云端服務(wù)器來(lái)提供在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)等，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能。

3 系統(tǒng)的工作過(guò)程

本系統(tǒng)是經(jīng)由檢測(cè)、感應(yīng)、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(cè)模塊，將根據(jù)窗外的天氣狀況，對(duì)溫濕度進(jìn)行檢測(cè)，若傳感器感應(yīng)到外界溫度過(guò)高或有下雨情況（安裝在窗戶邊框卡槽將會(huì)對(duì)雨水進(jìn)行采集，當(dāng)有一定量的雨水匯集，則會(huì)觸發(fā)濕度傳感器）時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)輸出。安裝在廚房?jī)?nèi)的窗戶還將設(shè)有煤氣檢測(cè)模塊，當(dāng)廚房?jī)?nèi)的煤氣濃度達(dá)到上限，將會(huì)觸發(fā)煤氣檢測(cè)模塊，并將產(chǎn)生信號(hào)輸出。當(dāng)上述信號(hào)指令被傳送到主控模塊中，內(nèi)部的處理器會(huì)根據(jù)窗戶的不同位置，發(fā)出相應(yīng)的指令，控制窗戶的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊工作，電機(jī)推動(dòng)窗戶進(jìn)行開(kāi)關(guān)作業(yè)，同時(shí)窗戶邊框內(nèi)的光電傳感器將會(huì)對(duì)窗戶的位置進(jìn)行測(cè)定，一旦窗戶完全關(guān)上或是打開(kāi)，就向主控模塊發(fā)出指令，隨即電機(jī)停止工作。而在門(mén)的部分，則安裝有紅外探測(cè)模塊以及光電傳感器，當(dāng)門(mén)沒(méi)有關(guān)緊時(shí)（門(mén)打開(kāi)呈現(xiàn)一定角度時(shí)），傳感器會(huì)感應(yīng)觸發(fā)并發(fā)出信號(hào)，接著傳給主控單元，然后電機(jī)會(huì)帶動(dòng)門(mén)將之關(guān)緊。當(dāng)門(mén)窗外有人強(qiáng)行闖入時(shí)，會(huì)觸發(fā)并阻斷紅外線探測(cè)器的發(fā)射接收通路，門(mén)窗上相應(yīng)報(bào)警器發(fā)出警報(bào)聲。

4 應(yīng)用前景與展望

由于該系統(tǒng)目前處于理論驗(yàn)證階段，待整個(gè)系統(tǒng)搭建完成后方可進(jìn)行測(cè)試?？梢灶A(yù)知的是，在測(cè)試過(guò)程中肯定會(huì)遇到各種問(wèn)題障礙，在解決的過(guò)程中方可對(duì)其探討與改進(jìn)，同時(shí)在實(shí)際場(chǎng)景運(yùn)用中也會(huì)可能會(huì)出現(xiàn)一些亟需解決的問(wèn)題，這時(shí)便可對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化和升級(jí)。

但是其應(yīng)用前景十分可觀。隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便生活的自動(dòng)控制系統(tǒng)必然會(huì)進(jìn)入人們的生活，智能窗戶已經(jīng)深入一些家庭和高級(jí)寫(xiě)字樓，將來(lái)普通樓宇及家具的智能化必然是一種趨勢(shì)。該智能門(mén)窗產(chǎn)品可應(yīng)用于酒店、賓館、體育館、購(gòu)物中心、工業(yè)廠房等場(chǎng)所和個(gè)人場(chǎng)所的高檔別墅。該智能門(mén)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(dān)心，同時(shí)也加快了家庭中智能化的發(fā)展，該系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、節(jié)約、實(shí)用性強(qiáng)，有很大的市場(chǎng)發(fā)展前景。

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