智慧窗戶

摘要：本文在研究國(guó)內(nèi)智能窗戶的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)了一套更先進(jìn)、智能、人性化的智慧窗戶。該系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)煤氣濃度、噪音、雨水、溫濕度、粉塵濃度和非法入侵，智能控制窗戶的開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外自動(dòng)通風(fēng)換氣和入侵自動(dòng)報(bào)警，在保持室內(nèi)空氣清新健康的同時(shí)保障家庭安全，營(yíng)造自然舒適安全的居住環(huán)境。

關(guān)鍵詞：STM32單片機(jī)；環(huán)境檢測(cè)；智能控制

0 引言

在日常生活中，窗戶對(duì)我們家家戶戶通風(fēng)換氣起著十分重要的作用。然而一些外在的污染，例如空氣、噪音、有害氣體的污染，嚴(yán)重困擾著我們的身體健康；一些內(nèi)在污染，如火爐煤煙、煤氣灶氣體泄露等問(wèn)題潛伏在我們身邊，安全隱患巨大。當(dāng)我們外出的時(shí)候，下雨忘記關(guān)窗，導(dǎo)致雨水灌進(jìn)屋里損壞家具、電器設(shè)備等；嬰幼兒爬窗戶從樓上掉下去的事情也時(shí)有發(fā)生。針對(duì)以上安全隱患問(wèn)題，國(guó)內(nèi)耿麗清等人在《一種無(wú)線智能窗戶控制系統(tǒng)及窗戶》[1]一文中提出過(guò)相應(yīng)的解決方案，但對(duì)環(huán)境的檢測(cè)不夠全面。在深入調(diào)研基礎(chǔ)上，作者設(shè)計(jì)了一套智慧窗戶系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)環(huán)境的全面檢測(cè)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)隱患，智能控制窗戶關(guān)閉來(lái)更好地幫助人們解決這些生活中的問(wèn)題。

1 系統(tǒng)功能

智慧窗戶系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能和特點(diǎn)如下：

①智能精準(zhǔn)地檢測(cè)室內(nèi)煤氣濃度。當(dāng)濃度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，打開(kāi)排風(fēng)扇降低濃度，并打開(kāi)蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)向戶主發(fā)送短信進(jìn)行提醒。

②自動(dòng)檢測(cè)室外的噪音大小。實(shí)現(xiàn)外面環(huán)境太吵自動(dòng)關(guān)窗，安靜自動(dòng)開(kāi)窗的功能。

③實(shí)時(shí)檢測(cè)室外的溫濕度。實(shí)現(xiàn)冬天室外溫度過(guò)低或者夏天室外溫度過(guò)高時(shí)自動(dòng)關(guān)窗；室外下雨時(shí)自動(dòng)關(guān)窗，正常時(shí)自動(dòng)開(kāi)窗通風(fēng)，保持室內(nèi)溫濕度在舒適的范圍內(nèi)。

④實(shí)時(shí)地進(jìn)行入侵監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)有人攀爬窗戶，自動(dòng)報(bào)警的功能。

⑤智能地檢測(cè)室外的粉塵濃度。濃度大于健康值時(shí)，自動(dòng)關(guān)窗；濃度低于健康值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)窗。

⑥實(shí)時(shí)顯示室外的溫濕度和PM2.5的濃度。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用STM32F103單片機(jī)作為信息處理單元，與蔡紅專，吳玉平等設(shè)計(jì)的一種智能窗戶控制系統(tǒng)[2]相比，STM32F103單片機(jī)比51單片機(jī)更加適合功能高度集成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，溫濕度傳感器、粉塵傳感器、煤氣傳感器等各個(gè)傳感器模塊作為環(huán)境檢測(cè)的信息采集單元，蜂鳴器、舵機(jī)、電風(fēng)扇、顯示屏等作為動(dòng)作單元。單片機(jī)最小系統(tǒng)板需要穩(wěn)定的3.3V電壓供電，信息采集和動(dòng)作單元?jiǎng)t需要穩(wěn)定的5V電壓供電。單片機(jī)對(duì)信息采集單元傳遞進(jìn)來(lái)的信息進(jìn)行分析、判斷和處理，向動(dòng)作單元發(fā)送動(dòng)作指令，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外自動(dòng)通風(fēng)換氣和入侵自動(dòng)報(bào)警。

2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

采用C語(yǔ)言在Keil5開(kāi)發(fā)環(huán)境中編寫相對(duì)應(yīng)的傳感器的驅(qū)動(dòng)程序，主要包括顯示屏、粉塵傳感器、溫濕度傳感器、短信模塊的驅(qū)動(dòng)程序以及風(fēng)扇的PWM信號(hào)的產(chǎn)生程序。經(jīng)過(guò)對(duì)各個(gè)子程序編譯和調(diào)試之后，將其按照主程序框架融合到一起，再進(jìn)行整體的編譯調(diào)試。

經(jīng)過(guò)對(duì)硬件和軟件進(jìn)行反復(fù)的試驗(yàn)和調(diào)試，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所有設(shè)定的功能。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)理論分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電路調(diào)試和軟件編程，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)預(yù)期的所有功能。該智慧窗戶集眾多優(yōu)點(diǎn)于一體，具有智能化程度高、功能豐富、感應(yīng)靈敏、動(dòng)作快捷、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)，為窗戶的智能檢測(cè)與控制研究做了成功的探索和嘗試。

參考文獻(xiàn)：

[1]耿麗清，王艷艷，劉東，郭庭航.一種無(wú)線智能窗戶控制系統(tǒng)及窗戶：天津，CN207249414U[P].2018-04-17

[2]蔡紅專，吳玉平.一種智能窗戶控制系統(tǒng)：陜西， CN206468177U[P].2017-09-05

作者簡(jiǎn)介：張?zhí)祢E（2002-），男，河南鄭州人，鄭州外國(guó)語(yǔ)新楓楊學(xué)校學(xué)生。