Weadow智能窗戶系統

盧鋼+郭夢岑+鹿雨亭+劉云珊

摘 要：文中針對現階段污染嚴重的情況，結合消費者自身需求設計了一款Weadow智能窗戶系統，該系統由飛思卡爾單片機MC9S08JM60、PM2.5傳感器、雨水傳感器和藍牙模塊等組成，可針對戶外天氣及時開閉窗戶，無需人工干預，具有良好的社會效益與經濟效益。

關鍵詞：Weadow；智能化；自動化

1 作品簡介

系統實物圖如圖1所示。

Weadow智能窗戶系統是一款智能化、自動化的窗戶系統。

當代社會人們對生活質量的要求越來越高，普通窗戶已無法滿足人們的智能家居要求。家居除了講究自然環境、人文環境、生態環境，還追求舒適環境和智能環境。

該項目旨在建立一個基于單片機和傳感器的智能窗戶控制系統，通過檢測單元檢測室外PM2.5濃度、雨水等信息，并將信息傳送給中央處理器，由中央處理器將信息處理后，轉變成為要執行的指令傳送給控制單元，通過控制單元來控制窗戶開關。同時還可以用手機控制窗戶開關，實現智能生活的目的。文中已實現的具體功能如下所示：

（1）當室外PM2.5濃度大于預設值時，窗戶會自動關閉以保證室內空氣質量；

（2）下雨時，窗戶會自動關閉以保證室內干凈整潔；

（3）使用者可以通過手機App控制窗戶的開關。

2 工作原理

本裝置采用飛思卡爾單片機MC9S08JM60，外設PM2.5傳感器、雨水傳感器和藍牙模塊。我們將分別在機械實現和軟件編程方面進行原理闡述。首先，為實現窗戶的機械動作，即開和關，我們采用齒輪加齒條的傳動形式：電機的轉動帶動齒輪旋轉，齒輪又與安裝在窗戶上的齒條嚙合傳動，進而將電機的轉動轉換為窗戶的直線運動。其次，在軟件方面，PM2.5濃度傳感器將實時檢測PM2.5濃度，單片機每半秒進一次中斷發送指令讀取濃度。查閱資料可知，當PM2.5濃度大于95μg/m3時空氣質量屬于輕度污染，會對人體產生不良影響，所以我們將閾值設為95，即每半秒將室外空氣值與閾值比較，當大于該值時單片機通過I/O口驅動電機，關閉窗戶。為防止濃度值在95上下波動造成窗戶不停開關，我們設定了一個范圍，即PM2.5濃度值大于95，且波動時不低于75，則窗戶保持關閉狀態，加之PM2.5濃度值不會突變，由此保證了窗戶開關次數不會過多。雨水傳感器會持續監測是否降雨，將其連接至單片機的I/O口并設為輸入，當沒有降雨時，管腳為高電平，一旦降雨，管腳被拉低，此時會驅動電機轉動，關閉窗戶。我們用藍牙模塊來實現手機App的控制，將其設為從機模式，用以接收手機傳來的命令。該App有三個按鈕，分別為打開（open）、關閉（close）和停止（stop），按下對應的按鈕可實現窗戶對應的狀態。軟件、機械裝置配合即可實現窗戶的打開、關閉和停止。電路原理圖如圖2所示。

3 創新點

目前來說，智能窗戶的概念得到了大力普及，許多生產企業都在不斷創新和發展智能窗戶，但現階段仍存在諸多不足，產生不利影響。我們在此基礎上加入了很多創新功能，比如通過對雨、室外氣體濃度等環境因素的檢測和采集，由中央處理器對窗戶進行相應的開關動作。通過智能系統更可靠地控制窗戶開關，提高人們的生活質量。

4 市場前景

在日常生活中，人們大部分時間都忙于工作或學業，家里是否能在正確的時間段里通風換氣就成了問題。如果窗戶一直關閉，室外天氣狀況良好且空氣質量達標時家里不能及時開窗換氣，當使用者回到家里想要開窗換氣時很有可能此時的空氣質量較差不適合開窗，這樣家里的空氣就一直得不到更新。而如果窗戶一直開啟，會面臨兩個問題：一是天氣狀況較差如刮風下雨時，會破壞室內環境的整潔；二是室外空氣質量不達標時會影響室內空氣質量，損害身體健康。

當代社會對生活質量的要求越來越高，針對這些問題，如何將開關窗這件事由人工化轉向自動化、智能化，便成了具有極大市場潛力的項目。

眾所周知，霧霾是當前許多城市所面臨的嚴重問題。在霧霾嚴重時大家會選擇戴口罩出行，然而雖然外部環境差，空氣質量差，但人們仍希望家中有清新干凈的空氣。但如果忘記關窗，那么室外污濁的空氣將會污染室內環境；如果一整天都關著窗，那么就會錯過空氣轉好的時刻，錯過對室內進行換氣的機會。因此，實現窗戶的智能化，對室外空氣進行實時監測，當空氣質量達標時，第一時間開窗換氣，空氣質量不達標時則自動關窗，可以滿足人們對健康品質生活的要求。

相信大多數人曾經都遇到過這樣的問題：出門時沒有關窗，出門后卻下起了雨，回家后發現屋里已經被風雨“洗禮”了一番。Weadow智能窗戶可以監測降雨，如果降雨時窗戶處在打開狀態，那么通過中央處理器可以自動關閉；雨停后，空氣最清新的時刻Weadow會立刻開窗換氣，無需人工干預。

以上兩項滿足了人們對智能生活的期許，因此我們相信，Weadow智能窗戶將是引領健康生活的旗艦型產品。

估計目前的市場主要集中在大中城市，尤其是霧霾較嚴重的城市，例如京津冀一帶，以及部分重工業城市。

該產品的風險在于未來城市環境治理也更加重視，如果出現了治理霧霾的方法，并在法律上予以保護和支持，那么該項目就需要從新的角度進行改革和創新，否則使用力將下降導致市場危機。但就目前城市污染治理情況來看，空氣污染是治理難度最高、所需時間最長的一類污染，尤其中國目前是發展中國家，重工業的發展是經濟支柱不能怠慢，由此而來的環境問題也會成為一個長期存在的問題。

針對現階段存在的問題，我們將著重以改善、提高生活質量入手，普及空氣污染對人體的危害，以智能化、自動化為關鍵字眼，從消費者出發，實現消費者利益最大化，配合完善的售后來吸引消費人群。

該智能窗戶換氣系統性價比高、操作簡單，在市場競爭中具有廣闊的前景。