智能门窗系统

曹永胜 梅杰 董智

摘要：为了进一步实现现代生活家居的智能化，方便人们对家居的管理，本项目为此设计了一种可操控智能化的门窗系统。其主要实现的功能是门与窗的智能化控制，这无疑将给人们的生活营造出更加安全、温馨、便捷与舒适的环境。本研究项目可以使办公、居住地的门窗智能化，更易于人们的控制，以便实现门窗对周围环境的实时智能化感知与响应。

关键词：门窗；智能；控制；感应；系统

中图分类号：TU228 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0008-01

随着科技的不断进步，人民生活水平质量的不断提高，作为现代化的一种生活方式，越来越多的智能化产品成为家庭信息化发展的重要组成部分，智能家居也随之应运而生。智能家居可分多种，现阶段主要以门窗灯为主，门窗是家庭必不可少的组成部分，其使用也直接关乎了家庭生活的安全与便利性。本文对此予以探讨，并给出了相应的系统设计。

1 系统目标方向

系统主要实现的功能：

（1）当白天与黑夜互相交替时，窗户会根据光线强弱，自动开合。（2）当室内的温度超过所设温度时能开窗换气，保持室内空气的清新。（3）当室内的湿度达到一定数值（可以自己设置）时，窗户能自动开窗通风换气。（4）当外界下雨时，窗户会自动关闭，防止雨水进入室内损坏室内的装饰和物品。（5）当室内可燃性气体超过一定的标准时，窗户自动打开，并开启风扇进行排气，同时报警器也会发出响声提醒用户危险的存在，同时系统也将会将此情况实时发送到手机APP上告知用户，防止危险的发生。（6）当门没有关紧时，门会自动检测到此种情况，然后门内电机会带动门将之关紧。（7）当门窗外有人强行闯入时，会触发并阻断红外线探测器的发射接收通路，门窗上相应报警器发出警报声，同时将此情况实时发送到手机APP客户端上提醒用户，起到防盗的作用。

2 系统方案设计

2.1 系统包括的模块及特点

系统主要模块包括：电机驱动模块、传感器检测模块、红外线探测模块、警报器模块、控制模块、电源模块等。这些模块必须能够实现快速检测，处理迅速，响应灵敏等特点。在周围环境发生变化时能够迅速的作出反应，对当前门窗的实时状态进行有效的监控。

2.2 方案的确定

该系统方案由硬件与软件两部分组成，硬件部分则主要分为门窗实体与硬件电路两大块，软件部分则主要为手机APP终端以及云端服务器等线上服务。

2.2.1 硬件电路

（1）该系统的主控单元由单片机或FPGA或CPLD作为系统的控制器，以实现复杂逻辑功能，规模大，速度快，密度高，体积小，稳定性高，容易实现仿真、调试和功能扩展。（2）检测模块则主要由相应功能的传感器构成，本模块中采用了气体、光电、红外、温度和湿度传感器，这些传感器将根据周围环境的变化实时产生相应的信号指令并传输给主控单元。（3）控制门窗的电机驱动模块采用专用芯片L298N作为电机驱动芯片。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它响应频率高，一片L298N可以分别控制两个直流电机，而且还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。（4）警报器模块可采用普通的蜂鸣器即可实现紧急情况时的警报需求。（5）由于本系统设计中有主控模块、传感器模块、处理电路模块等都需要有电源供电，所以电源在本系统中有着比较重要的地位，它是整个系统能够正常工作的保证。鉴此本系统采用变压器将普通220V电压转化为可供系统使用的标准电压。

2.2.2 软件开发

本系统可拓展基于云端的在线实时交互能力，通过开发的手机终端APP可以经过互联网对家庭的智能门窗进行实时的监控和管理。一旦室内的门窗状态发生改变时，本系统会及时将此反馈给云端服务器，云端服务器经过数据处理分析，通过互联网及时发送到用户的手机客户端上告知用戶。本软件可交由相关的软件开发公司进行开发，同时可租用云端服务器来提供在线实时数据服务等，以此来实现上述功能。

3 系统的工作过程

本系统是经由检测、感应、传送、处理、反馈、云端等一系列指令协同工作完成的。安装在窗户上的传感器检测模块，将根据窗外的天气状况，对温湿度进行检测，若传感器感应到外界温度过高或有下雨情况（安装在窗户边框卡槽将会对雨水进行采集，当有一定量的雨水汇集，则会触发湿度传感器）时，就会产生相应的信号输出。安装在厨房内的窗户还将设有煤气检测模块，当厨房内的煤气浓度达到上限，将会触发煤气检测模块，并将产生信号输出。当上述信号指令被传送到主控模块中，内部的处理器会根据窗户的不同位置，发出相应的指令，控制窗户的电机驱动模块工作，电机推动窗户进行开关作业，同时窗户边框内的光电传感器将会对窗户的位置进行测定，一旦窗户完全关上或是打开，就向主控模块发出指令，随即电机停止工作。而在门的部分，则安装有红外探测模块以及光电传感器，当门没有关紧时（门打开呈现一定角度时），传感器会感应触发并发出信号，接着传给主控单元，然后电机会带动门将之关紧。当门窗外有人强行闯入时，会触发并阻断红外线探测器的发射接收通路，门窗上相应报警器发出警报声。

4 应用前景与展望

由于该系统目前处于理论验证阶段，待整个系统搭建完成后方可进行测试。可以预知的是，在测试过程中肯定会遇到各种问题障碍，在解决的过程中方可对其探讨与改进，同时在实际场景运用中也会可能会出现一些亟需解决的问题，这时便可对其进行系统的优化和升级。

但是其应用前景十分可观。随着社会的发展，科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便生活的自动控制系统必然会进入人们的生活，智能窗户已经深入一些家庭和高级写字楼，将来普通楼宇及家具的智能化必然是一种趋势。该智能门窗产品可应用于酒店、宾馆、体育馆、购物中心、工业厂房等场所和个人场所的高档别墅。该智能门窗在家庭中将减轻很大一部分人们的烦恼，为人们省去很多不必要的担心，同时也加快了家庭中智能化的发展，该系统经济、节约、实用性强，有很大的市场发展前景。

参考文献

[1]王煜东.传感器应用电路400例[M].中国电力出版社，2008.

[2]张毅刚，彭喜元.单片机原理及接口技术[M].人民邮电出版社，2015.

[3]沈建华，艳琴.超低功率单片机原理与应用（第二版）[M].清华大学出版社，2012.