基于micro:bit的智能門窗系統設計

龍華金，石淼

（珠海科技學院，廣東珠海，519000）

0 引言

本文以基于micro:bit智能門窗系統為研究，分析國內外智能門窗現狀，突出本系統具有噪聲分貝檢測提醒、入侵提醒、防盜報警等特色功能,通過紅外探測技術、傳感器檢測技術和警報提醒技術等，來實現各種信息處理和預判，讓人們享受科技帶來方便的同時，又給人營造安全、溫馨與幸福的環境。

1 系統的方案設計

1.1 硬件電路概述

智能門窗系統在設計時，采用基于micro:bit主控板的參數化設計，主要由主控板、各種傳感器、報警器設備，以及傳動裝置組成，主控板、報警器和傳感器直接固定在門窗上面。并且在設計模型上采用分級設計，在保證門窗的美觀的前提下又不會丟掉實用性。各層傳感器逐級排布，直到下一級裝置模型及零件組成，直到最后一個傳感器的安排完成。

主控板主采用micro：bit板，以實現復雜邏輯功能，具有速度快,密度高,體積小，穩定性強，操作簡單等特點。

傳感器主要實現通過傳感器技術對數據采樣，將模擬信號轉化為數字信號，完成對聲音，人體等信號的采樣，最后發送到主控板，交由主控板處理分析得到噪聲大小、檢測人員是否靠近等信息。

報警設備是將聲音傳感器、彩虹LED燈、OLED屏有機結合，檢測門窗外附件是否有陌生人員，對門窗有不正當行為的人員檢測報警。

1.2 模塊工作原理與設計

（1）智能門窗遙控器

圖1 系統設計框圖

遙控器在設計界面方面選擇簡單大氣的頁面布局，主要包括：門窗的開關和OLED屏幕的開關。通過觸碰傳感器接收人體觸摸信息，發送數據到micro:bit主板，主板CPU控制舵機將門窗打開或者關閉，同時OLDE顯示器可顯示相關信息。通過遙控器可遠程遙控門窗開關，滿足人們舒適、方便、快捷和高校的生活需求。

圖2 遙控器接線圖

（2）智能分貝檢測器

通過模擬噪音聲敏傳感器電子積木檢測并接收聲音，所接接收到的聲音與預設的彩虹LED燈相結合，將該信息數據到micro:bit主控板，主控板判斷信號強弱即外界的噪音分貝值。按照國家住宅區的噪音標準規定，日間噪音不可高于50分貝，夜間噪音應低于45分貝。當傳感器檢測到噪聲達到25分貝及以上時發出燈光提醒，該燈光提醒是指彩虹LED電子積木發出不同的色彩，隨聲音分貝等級不同，分別顯示紅、橙、黃、綠、藍四種顏色。當噪音等級已經對人體休息及健康產生相應的危害，彩虹燈顯示橙及以上顏色警報，同時蜂鳴器會發出警報，以此來提醒及發送相關信息給主人應該關閉門窗隔絕噪音若是主人在30秒內未能及時響應，則系統控制的防噪音門窗會自動關閉，為房間內保持舒適的聲音環境；或者是否有陌生人想要強行開門窗，此時可提醒及輔助主人報警。

表1 噪音等級及門窗狀態關系

圖3 聲音傳感器及LED彩燈接線圖

（3）入侵檢測器

通過觸碰傳感器模塊和紅外探測模塊相結合檢是否有入侵信號。當房間沒有人時或者根據預設定的時間段，開啟防止入侵系統，若是有人靠近等，就會啟動報警系統。傳感器檢測到數據后向主控板發送警報信號，主控板根據信號判斷以及分析入侵的情況，蜂鳴器可發出警報聲，并在OLED顯示器顯示入侵信號，且向主人發送房間入侵及報警信息。其中蜂鳴器是利用振蕩器發出聲響的裝置，可以根據用戶定義的頻率發出聲響。

圖4 觸碰、人體紅外傳感器接線圖

（4）報警探測器

圖5 報警器任務流程圖

該系統是將碰撞電子積木是一個能傳遞碰撞信號的模塊，當彈片被觸碰釋放，發出釋放信號。該彈片安裝在門與窗戶上，當有陌生人想要強行開門或者從房間外強行開窗的時候，報警器就會發出警報，而此時門、窗被強行制動的狀態，也會顯示在OLED屏幕上，可以人房間主人能及時掌握家中的安全信息。碰撞傳感器模塊接收碰撞信號，向micro:bit發送警報信號，micro:bit根據信號，使用蜂鳴器發出警報聲，并在OLED顯示器顯示入侵信號。

2 系統工作過程

通過智能遙控系統、控噪系統、入侵檢測系統、緊急求助系統四大系統的有機結合，形成智能門窗特色功能系統。

圖6 系統框圖

將主控板、聲音傳感器、紅外傳感器，固定在門窗框上，通過智能門窗遙控器對主控板調節，完成遠距離開開關操作，從而進一步實現門窗的智能化控制。首先，按下智能門窗遙控器按鈕，控制舵機將門窗打開或者關閉，也可以選擇將OLED屏關閉。其次，模擬噪聲，分別嘗試大于25分貝和小于等于25分貝噪聲，看LED彩虹燈和OLED屏的變化，測試智能分貝檢測器的工作狀況。接著，模擬入侵碰撞電子積木，碰撞傳感器發送警報信號，操控蜂鳴器發出警報聲，同時在OLED顯示器顯示入侵信號。等待設定實踐內不給予系統回復，會自動撥打應急聯系人電話如父母親人，或者撥打報警電話。最后，檢查系統的延遲模塊，調整每個模塊的延遲的時間。防止誤觸而引發后續的警報顯示及提醒。

3 應用前景與展望

現階段，我們的智能門窗系統已經完成理論驗證，并且已經完成初步模擬系統搭建，之后將進一步搭建整個模擬系統，并參與初步測試。同時該智能門窗系統主要采用microbit主控板及傳感器，與傳統門、窗體的架構并沒有發送較大的變化，所以用戶在使用安裝時也不必損壞原有的窗體架構，對房屋設計不會造成困難及用戶不會造成太大的經濟損失。