基于Android 的交互式健康型智能窗

章煜佳 李曉茜 金 航 郭 辰 祝佳欣

（臺州學院，浙江 臺州318000）

現如今，隨著智能家居的概念逐步深入人心，以及人們的生活水平飛速提高，或許傳統的窗戶已經無法滿足人們的需求。例如，在南方的雨季，天氣預報有時都無法預知暴雨的來臨，往往是早上出門時還是艷陽高照，但是到了中午或下午，就下起了瓢潑大雨，這時，打開的窗戶就有可能對房屋和室內的家具造成一定的傷害。生活中存在著許多不確定因素和很多意想不到的事情會給人們帶來很多不利影響[2-3]。因此，設計一款智能窗戶是非常有必要的，擁有非常好的產業前景。

為滿足人們對生活環境便利、安全、健康的需求，設計了一款具有遠程控制功能的健康型智能窗，該智能窗采用了STM32單片機與安卓APP 開發方案兼WIFI 通信技術,三位一體，設計一款可根據環境變化自動開關以及用戶根據自己需求進行控制的智能窗。該智能窗可應用于大型的商業建筑、家庭住宅，即使窗戶數量龐大，只需利用手機APP 輕輕一點就可實現窗戶的開閉并可進行統一化管理，人們再也無需擔心降雨、火災等突發狀況，更符合現代化社會的需求。不僅如此，該智能窗還可應用于實驗室中，實驗室器材和藥品對環境要求較高，使用改智能窗就可讓實驗室得到更好的管理與維護。

1 工作原理

利用STM32 單片機與安卓app 開發、無線通信技術,設計一款可根據環境變化自動開關以及用戶根據自己需求利用手機進行控制的智能窗戶。系統通過單片機將各類傳感器采集到的數據進行分析判斷，智能窗戶的打開與關閉，如：當室外刮風下雨時，該智能窗戶可自動關窗；當室內煙霧濃度超標時，智能窗戶也可自動開啟；檢測到室外空氣質量較差時，關閉智能窗戶，防止室內空氣被污染；白天，室外光照強度過強時，調光膜產生霧化效果，阻擋部分過強光照；夜晚時，可根據個人需要設置調光膜工作模式，也可利用互聯網進行遠程交互式操作。系統原理框圖如圖1 所示。

2 系統硬件設計

2.1 傳感器技術

2.1.1 DHT12 溫濕度傳感器

溫濕度檢測采用DHT12，DHT12 具有單總線和標準I2C 兩種通訊，且單總線通訊方式完全兼容DHT11。標準單總線接口，使系統集成變得簡易快捷。具有超小的體積、較低的功耗，適合多種多樣的應用場合。I2C 通信方式采用標準的通信時序，用戶可直接掛在I2C 通信總線上，無需額外布線，使用簡單。傳感器檢測到的溫濕度，通過通信協議傳輸到單片機，顯示在屏幕上。

2.1.2 風速傳感電路

圖1 系統原理框圖

風速檢測采用采用風動開關傳感器模塊，如圖2 所示。該模塊在一定時間內通過探頭檢測，若環境中的風力達到預設值，在他的輸出端口將會輸出12V 電壓，若未達到預設值，輸出端口無輸出。通過檢測模塊的輸出端口的電壓參數，來檢測風速是否達到設定值，從而進行相應的控制。當檢測到風速達到預設值后，窗戶將會自動關閉。

圖2 風速傳感器

2.1.3 煙霧傳感器

煙霧濃度檢測風速檢測采用MQ-2，如圖3 所示。通過Rp構成比較器的門檻電壓，當煙霧濃度發生變化時，模擬電壓輸出端的電壓值也會發生改變。通過AD 口檢測模擬電壓輸出端的電壓值，當煙霧濃度超過設定值后，窗戶將關閉，防止室內空氣質量被污染。

2.1.4 雨滴傳感器

接上3.3V 電源，電源指示燈亮，感應板上沒有水滴時，D0輸出為高電平，開關指示燈滅，滴上一滴水，D0輸出為低電平，開關指示燈亮，刷掉上面的水滴，又恢復到，輸出高電平狀態。A0模擬輸出，可以連接單片機的AD 口檢測滴在上面的雨量大小。

圖3 煙霧傳感器

2.1.5 光照傳感器模塊

采用BH1750FVI 數字光照傳感器模塊，是一種用于兩線式串行總線接口的數字型光強度傳感器集成電路。不區分環境光源，接近于視覺靈敏度的分光特性，可對廣泛的亮度進行1 勒克斯的高精度測定。

2.2 主控系統分析

主控系統采用STM32F103 芯片作為控制器。其時鐘頻率可以達到72MHz，芯片內部還集成了定時器、UART、SPI、I2C、USB等多種功能。

2.3 WIFI 通信技術

系統采用ESP8266-WIFI 模塊作為連接單片機與智能手機的橋梁，WIFI 模塊有8 個引腳，如圖4 所示。該模塊有串口無線AP（COM-AP）、串口無線STA（COM-STA）和串口無線AP+STA（COM-AP+STA）這3 個模式的測試，本次使用到的是AP 模式。模塊中CH-PD 處于低電平使得供電模塊關閉，處于高電平是正常工作狀態，因此需將模塊的CH-PD 引腳和VCC 相連。這里的串口RXD、TXD 與WiFi 模塊直接相連，不需要進行電平轉換。

圖4 WiFi 模塊

2.4 手機端Android APP 開發技術

Android APP 開發使用的是最新版Android Studio，該APP能夠兼容Android 5.0 以上的版本，能夠滿足現如今大部分用戶的要求。

3 系統軟件部分設計

通過實物測試發現，智能窗通過單片機和各類傳感器可實現對雨滴、溫度、濕度、風速、煙霧和光照的檢測，軟硬件各部分能夠較好地配合，并且實現理想的功能。系統的軟件流程如圖5所示。

圖5 程序流程圖

4 實物模型（圖6）

圖6 智能窗模型

5 結論與展望

該智能窗有四種工作模式可根據不同需求選擇傳統手動推動、開關按鈕手動控制、手機APP 控制、自動控制。智能窗通過單片機和各類傳感器可實現對雨滴、溫度、濕度、風速、煙霧和光照的檢測，當室內外環境發生改變時，窗戶會自動做出判斷，進行打開或閉合。如：當室外刮風下雨時，智能窗可實現自動關閉；當室內煙霧濃度超過預設值時，智能窗可實現自動開啟；當室外光照過強時，智能窗可實現自動調光功能。并且可使用手機APP 可以在一定局域范圍內，對智能窗進行遠程遙控，并且手機界面可實時顯示當下環境的溫濕度值。該智能窗成本較低，性價比高可實現量產并投入市場，可以大量使用在商業建筑中，可實現智能窗的統一化的管理。