基于嵌入式的智能门窗系统

侯梦晗 李晴

1 综述

生活方式的改变提高了人们对现代化、智能化居住环境的期望，为满足人们对居住环境智能化的需求，智能化家居系统越来越受到重视。智能家居系统是利用计算机、嵌入式系统和通信网络技术将各种家用设备通过物联网连接在一起，为人们提供智能化的生活。其中嵌入式系统的发展催生了智能家居的出现，由于嵌入式操作系统种类多，应用时可以根据用户需求进行设计，嵌入式系统在家居领域已得到广泛运用。同时，嵌入式微控制器中单片机具有体积小、内存大、性能高的特点，在智能家居市场所占份额较大，应用也比较广泛。

2 设计原理

本文中的智能门窗应用系统主要由前端和后端两部分组成，前端负责信号处理，后端是中央处理器。前端由传感器检测模块、信号处理模块和控制模块组成;后端由ARM中央处理器、外围电路和网络接口模块等组成。前后端通过电力线载波技术传输数据。

该门窗系统中每个传感器检测到的物理量，经过A/D转换后由STC89C52作为微处理器结合HLPLCS520F作为电力线通讯单元将信号传给ARM主控单元，主机根据地址判断信号来自哪个节点，通过软件判断出现哪种情况，接着做出相应的操作和启动摄像头进行抓拍。此外，用户还可以通过手机APP对门窗进行控制。

智能模块工作原理：

1. 防盗主要是门窗防盗，将震动传感器和人体接近传感器安装在相应的门窗位置上，其中人体接近传感器探测是否有人体接近，如果震动传感器连续震动超过三分钟且人体接近传感器一直能感应到有人体接近，那么这两个传感器相结合判断是否有人动门窗。

2. 煤气泄漏检测采用MQ-6传感器，它对液化气、天然气以及城市煤气有较好的灵敏度，而对乙醇、烟雾几乎不响应。

3. 火灾检测由烟雾传感器和温度传感器组成，当两个传感器都检测到信号时才发生火灾报警。

4. 检测小孩子靠近窗户的办法是根据孩子的身高在特定的区域安装人体接近传感器，一旦检测到可能有孩子的接近，控制系统就立刻控制将窗户关闭。

3 功能

1. 防小孩坠楼：当传感器检测到人体信息时，窗户会自动关闭，将小孩关在室内，可以有效的保护小孩的安全;

2. 自动检控燃气：当检测到煤气时，智能控制器内微电脑自动发出相应的指令，将窗户、排气扇自动开启，同时发出警声并将警情传递给主人手机和保卫处;

3. 自动检控火灾：一旦有火灾发生，传感器会第一时间检测到烟雾信号，智能控制器发出指令 ，将门窗打开，同时发出警声并将警情传给主人手机上;

4. 对现场图像进行抓拍;

5. 防盗。

4 軟硬件配置

4.1 硬件配置

主控制模块主要包括电力线通信模块 HLPLCS52F及其外围电路、S3C2440的ARM处理器、存储器、网络通信模块DM9000、液晶显示模块等。各从模块主要由电力线通信HLPLS520F模块、STC89C52单片机、FLASH存储器、A/D模拟量采集电路、输入输出模块和继电器执行模块和传感器模块组成。

传感器种类很多，包括人体接近传感器、震动传感器、温度传感器、MQ-6传感器、烟雾传感器。

4.2 软件配置

软件设计主要包括Linux平台和手机APP以及服务器的搭建，电力线载波通信程序设计等部分，软件设计还要包含各个传感器的程序设计。

5 应用场景

该智能门窗系统应用的场景有学校、医院、楼阁和普通住宅。

比如，当我们每天离开家时，我们的家立即成为一个安全的堡垒。无论谁试图闯入，防盗装置将立即启动，门窗将处于高度戒备状态。当传感器检测到陌生人的身体信息时，它会向主控制系统发出关闭指令，门窗将自动关闭，如果陌生人继续移动，智能报警系统会发出响亮的警报，同时将情况报告给主人的手机应用程序。我们还可以使用摄像机拍摄嫌疑人，以保留证据。

6 发展趋势

1.市场需求变大

随着中国城市化进程的加速和消费升级时代的到来，消费者对智能门窗产品的性能需求和档次需求愈加细致化，这让智能门窗行业迎来持续高速增长期。

2.提供人们更健康、智能、安全的生活

智能门窗能让居家环境更健康，如利用门窗自动换气保持空气清新，根据紫外线强度、室内亮度等因素自动调节进入室内的光线，这些功能为我们家居生活的安全、健康提供了保障。

3.减少更多的能源消耗

节能减排是永恒的主题，利用传感器监控室内外的热传导状况，在室外过热时可调节从室外进入室内的光线、能提醒主人控制空调温度，以达到节的目的。

4.操作难度降低

目前的智能门窗大部分都基于遥控，以后的智能门窗可能都是随时随地在房间中操作显示屏，这样会使得操作更加方便。

5.更加便宜

随着科技的发展，智能门窗所使用的技术可能就比较常见于日常生活中，因此智能门窗的价格也会大幅度下降，这样就可以使大部分人都能够使用上智能门窗。

参考文献：

[1]熊先青，李荣荣，白洪涛. 中国智能家具产业现状与发展趋势[J]. 林业工程学报，2021，6（1）：21-28. DOI：10.13360/j.issn.2096-1359.202003002.

[2]李贺男. 智能家居及嵌入式系统的应用[J].电子世界，2017（16）：136，138. DOI：10.3969/j.issn.1003-0522.2017.16.105.

[3]朱孜，钟应. 浅议建筑智能门窗发展意义及发展趋势[J]. 低碳世界，2021，11（5）：136-137. DOI：10.3969/j.issn.2095-2066.2021.05.067.

[4]孙文迁，孙琳. 智能门窗系统[J]. 中国建筑金属结构，2017（12）：40-41. DOI：10.3969/j.issn.1671-3362.2017.12.012.

[5]薄纯志，翟龙涛，于和群，等. 基于一款防孩童坠楼系统的研究探讨[J]. 时代农机，2017，44（4）：79，81. DOI：10.3969/j.issn.1007-8320.2017.04.047.

[6]欧阳哲，张新左，陈翔，等. 基于 ARM9与 PLC 技术的家庭安防系统设计[J]. 微处理机，2016，37（2）：90-93，96. DOI：10.3969/j.issn.1002-2279.2016.02.023.