人工智能時代基于物聯網的智能窗戶系統的設計與實現

劉治國 張人婁

摘要：科學技術的不斷提升，優化了人類的居住環境，迫切需要智能控制開關的窗戶來滿足實際的需要。本文基于智能時代背景下，充分利用物聯網技術，打造全自動化智能窗戶系統。該系統屬于機電一體化的控制系統，采用了傳感、機械傳動、智能控制等先進的技術，打造出了全自動化的系統，從而給用戶帶來了更好的體驗。

關鍵詞：人工智能;物聯網;智能窗戶系統

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）09-0109-02

隨著科學技術的飛速發展，人工智能越來越普及，被應用于智能家居等諸多領域。近年來，智能家居的應用非常廣泛，而智能窗戶的使用也成為其中的一種，也出現了諸多的研究。一直以來，窗戶在房屋中是非常重要的存在。將智能家居控制系統應用到這種場所，能營造出更舒適、安全的生活環境，也使得家居生活更貼合人性的需要。在快節奏的生活環境里，忘記關窗是一件很普遍的事情。但是忘記關窗會引發諸多的事件，像下雨雨水會進入房間，造成財務的損失。尤其是近幾年經常聽到因為窗戶沒關而致使孩子喪生的事件，雖然不少家居環境都安裝了防盜窗，但是如果出現了火災等情況，就會降低逃生的可能性[1]。

鑒于此，本文以人工智能時代為背景，在物聯網技術的基礎上設計出了全自動化智能窗戶系統，這樣就能更好的做好家居環境保護工作，該系統還能控制好室內的溫度，根據檢測到室內溫度和高度來運行窗戶，以此實現室內恒溫的效果，因此這種系統的應用將會給人們帶來更舒適的家居環境。

1 智能窗戶概述

智能窗戶是自動化運行的模式，所具備的功能有防雨、防塵、防盜等。這種窗戶最初是在高檔住宅區和商場中使用，但是隨著生活水平的提高，人們對生活的要求也更高，在一些住宅小區也出現了智能窗戶系統，不僅改善了生活環境，而且也呈現出了更安全的形式。智能窗戶具備安全性、自動防護性、人性化等諸多功能。未來，智能窗戶的使用也將成為一種潮流，為人們打造了高質量的生活環境[2]。

2 智能窗戶系統的總體架構

想要實現智能開關窗戶就要利用相關的系統，尤其是在自動控制系統和機械傳動系統的運用上非常重要。在完成窗戶開關控制的時候充分利用了中控系統，這種系統的運用也是通過檢測外部數據進而傳遞信息。該系統由諸多系統組合而成，中央控制系統采用了AT89C51單片機，同步響應系統由同步電機、同步帶輪窗框等，外部信息采集系統有諸多傳感器類型。

3 智能窗戶系統機械結構設計

3.1 自動窗戶機械傳動設計

想要完成智能窗戶自動開關的工作，就要將電機和帶輪窗框實現同步驅動，實現準確的開關。為了確保窗戶自動開關的準確性，就要做好窗框能完成齒輪帶動的過程。在齒輪和輪條的傳動性能上非?？煽?，并且所承受力較小，得以能正確的完成這個工作。

3.2 窗框結構的設計

這種窗戶也要符合常規的使用，尤其是在窗框的設計上要符合窗戶開關的需要，所以設計時就要按照正常的窗戶來進行，窗寬上下安裝滑槽，讓窗戶的開關能順利的運行。在常見的窗戶上安裝窗扇時還需加上旋轉軸，且還需滑動輪，將利用滑動輪來帶動窗戶開關，完成自動開關的過程[3]。

3.3 步進電機的設計

想要驅動窗戶開關就要利用步進電機，在設計的時候需移動的方式，因此可將步進電機安裝在窗戶的卡座上，然后在滑槽上移動，以此來帶動窗戶能自動開關。

4 智能窗戶系統硬件電路設計

4.1 單片機系統模塊

智能窗戶系統運用諸多的技術，高密度非易失存儲器技術是其中一種，該技術兼容性很強，屬于高效微控制器，這種控制器更加靈活，且價格實惠。將單片機、電源、復位電路和振蕩電路共同構成控制系統，單片機和振蕩電路能實現單片機系統的時鐘服務。服務電路作用很大，能完成電路復位，可手動也可自動復位。其根源就是單片機有電容，電源接入情況下會形成短路，因此，只要能讓單片機復位，就可以順利的實現智能窗戶開關的控制系統[4]。

4.2 光度傳感器

光度傳感器是比較常見的傳感器，其類型較多，比較多見的類型有光電管、紅外線傳感器、光敏電阻等。該傳感器敏感波長由可見光波長來決定，在紅、紫外線變化會直觀反應。利用好光敏電阻，就能實現光線感應，利用電路對電平的傳輸，引入單片機中完成處理過程，從而也能實現窗戶開關的需要。

4.3 溫度傳感器

溫度傳感器至關重要，其運行的過程是收集外界的溫度，然后轉換成數字信號，借助電路傳遞到單片機中。如果接收到的溫度高于檢測的范圍，那么將會向單片機發送信號，單片機會根據這個信號來同步到電機中，繼而實現開窗;如果接收到的溫度低于檢測，單片機將會同步電機發出關窗的信號。

4.4 濕度傳感器

濕度傳感器有感應板，并且這個感應板還能感應到濕度，如果濕度過高，那么單片機會傳達指令給低電平，從而同步電機發出關上窗戶的指令。相反，則會不會有指令發出。

4.5 煙塵傳感器

煙塵傳感器可檢測空氣中灰塵的濃度，濃度過高窗戶會自動關閉上，以確保室內空氣的清潔。這種傳感器的原理也是非常直觀的，利用平行光線進入測試區域來完成，采用灰塵顆粒對光的散射所造成的光度強度降低，所行程單光線強弱程度來反應出灰塵的濃度。當傳感器感應到灰塵以后，還會根據設定值對比，完成電機開窗的指令[5]。

4.6 電機驅動電路

步進電機作用到驅動裝置中非常理想，在輸入端上利用單片機，可利用這種單片機進行操作。在實際運行中就需要通過單片機同步電機發出命令，就會讓電機動起來，帶動窗戶上的齒輪，實現開關窗戶的需要。想要實現窗戶開關就需要通過同步電機和單片機來共同作用，同步電機能實行正轉和反轉，這就可以完成窗戶的開和關，而且這個過程也需要單片機來變動輸入端口的邏輯電平。電機能影響到單片機，因此在設置的時候可以加入光耦，能夠有效的形成光電隔離，從而也確保系統的穩定。

本文以人工智能為背景，以物聯網技術為設計基礎，實現了機電一體智能窗戶控制系統，為用戶帶來了更舒適的生活方式。相對于以往的智能窗戶，這種系統的應用更具優勢，結構簡單、價格實惠，并且在使用的時候也非常便利，特別適合在家居環境中使用，其各種技術的應用，也給用戶提供了更好的體驗感受，并呈現出了安全、高效等效果。

參考文獻

[1] 段玉戈.基于AT89C2051智能窗戶控制裝置的設計[J].電氣技術，2020，21（5）：58-62.

[2] 楊錦輝，王開心，黃艾璇，等.基于物聯網的智能窗戶系統設計實現[J].物聯網技術，2020，10（4）：76-79.

[3] 周子川，付浩東，符裕亮，等.基于物聯網的智能教室管理系統[J].數字通信世界，2019（4）：125+140.

[4] 朱天藝，王浩.基于STC51的智能窗戶系統研究[J].信息通信，2019（1）：152-153+155.

[5] 郝思思，張倩，張慧，等.一種基于環境因子變化的可自動控制智能窗戶的設計[J].科技與創新，2018（23）：117-118.