基于stm32单片机的智能窗户预关闭系统

曹建斌 郭龙飞 李雯 宋伟薇 陈鹤天 陈志彬

摘要：随着当今社会的进步，智能家居是未来发展的必然趋势，需要思考如何让智能的生活更快的走进人们的日常生活。对此本项目通过对窗户研究和改造。让窗户具备一些智能的功能。让窗户变得自动化以及智能化。来降低因忘记关闭窗户，而导致对私人财产的损失。本项目主要采用stm32为核心，采用各类传感器模块，网络模块。自动的感知天气参数，以及从网络中获取天气预报等功能。实现当天气发生突变时或者用户想要直接关窗户时，完成相应的操作。

关键词：智能窗户;stm32单片机;自动检测;无线通信;远程操作

引言

目前我国的智能家居多集中在北上广深等一线城市，由于其高昂的售价难以让其方便普通人的生活。本设计通过使用STM32芯片这一低成本但功能强大的单片机实现对家中窗户的智能控制。智能窗户通过分析当前天气状况，判断是否进行关窗的操作。除此之外，本项目在人机交互方面既可以进行远程监控，也可以使用手机进行控制窗户的开启或关闭，无论房主在何地都可以随时控制窗户的开闭状态。

1 项目构架

1.1系统构架

该机器能够通过温湿度传感系统对天气状况进行分析，来实现对窗户开闭的功能。如果检测到空气中的温度、湿度不在预测值的范围内时，对窗户进行关闭关闭或打开处理，同时通过无线通信模块向用户手机发送窗户要进行关闭或打开的信号。用户通过无线通信模块，使用手机向系统发送指令，从而使系统进行相应的动作。

1.2结构构架

该设计的结构搭建由3D打印机打印完成，采用平开窗的结构，借鉴了缓冲闭门器的机械结构，将窗户与步进电机连接将主控安装在窗户背面与窗户机械臂相连，将数据采集模块安装在窗户正面，进行数据采集，当读取到的数据感知到为雨雪天气时，控制步进电机开始工作，使窗户进行工作，我们利用solidworks软件对于其整体结构进行了一个简单的描绘，如图1所示。

2系统的电路硬件设计

2.1主控芯片

采用STM32F103ZET6芯片作为主控，该系列微处理器工作频率为72MHz，内置高达128K字节的Flash存储器和20K字节的SRAM，具有丰富的通用I/O端口[1]，可快速处理各种复杂事件，计算能力强悍，与各种模块相互配合，快速准确的判断天气状况以及向舵机发出指令。

2.2传感器模块

（1）使用DHT22温度湿度传感器进行空气中温湿度的判断，该传感器具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上。产品连接方便，可直接插接到Arduino传感器扩展板上。

（2）使用光感雨滴传感器对雨的大小进行判断，当玻璃上没有雨滴时，由发出的大部分光都折射出挡风玻璃，反射回来被接收的光强很少;当玻璃上雨滴较多时，被挡风玻璃反射回来由接收的光强增加，于是传感器输出发生变化。

（3）使用HA2003 光照传感器对阳光强度进行判断，采用先进光电转换模块，将光照强度值转化为电压值，再经调理电路将此电压值转换为0～2V或4～20mA。高精度的光照强度测量体积小巧，IP65防护等级设计传感器结实、耐腐蝕响应速度快，<1秒可选用电压或电流输出，电流输出在长缆线传输的时候没有信号衰减，可以精准的测量出光照强度。

2.3电机驱动模块

本作品采用L298N作为直流电机驱动模块，L298N是一种高电压、大电流电机驱动芯片。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A;额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载;采用标准逻辑电平信号控制;具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作;可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。

2.4 显示模块

选用用led显示器模块进行传感器模块检测的参数，实时显示使用用户家中的温湿度的变换以及窗户的状态。led显示器采用二极管制与半导体的结合其生产材质与制作的工艺，突破了原有光亮、颜色的限制，大量应用蓝色二极管、纯绿色发光二极管，提升了显示光亮度。进而提升了LED显示屏幕在室外环境中的优势，可适应不同显示要求，提升LED在不同环境中的有效价值。

2.5 人机交互

（1）通过制作小程序来实时了解室内温湿度数据，该软件具有跨平台，无需安装，便于升级维护，用户体验优良等优点。小程序中具有用户中心，进行保存用户的搜索记录及用户关注的项目，便于用户下次登录时直接查看。

（2）通过无线通信模块（型号为NRF24LO1）以及Wi Fi模块对窗户的开关进行遥控，并对工作模式进行切换。利用该设备就能够无线接入网络并接收数据，从而实现向串口设备传输数据，对串口设备远程无线控制的功能。无线通信具有性能好，稳定性强的特点。

3 作品设计

3.1 窗体机械设计结构

该窗体主要有窗框、窗户、电机及无线通信模块等构成，小程序对主机传送指令，通过电机的正反转带动丝杠转动，进一步实现远程监控窗户的开关，窗体机械设计结构以及窗户预览图如图2，图3所示。

3.2 窗体机械设计结构

本系统以Keil 为编程软件，以C语言为编程语言，以STM32为控制中心，结合各类传感器检测数据，通过控制电机转动以实现窗户的自动开启与关闭功能。该系统拟采用两种工作模式，即自动模式与小程序远程控制模式，用户可通过小程序切换工作模式。自动模式工作流程如图4所示，小程序远程控制模式工作流程如图5所示。

4 智能窗户的调试

本款智能窗户以STM32单片机为主控板，结合相应传感器及时获取室内外环境的相应情况，通过将信息传回主控板处理，得出室内环境的相关信息，同时，根据其具体情况做出应对措施，并用屏幕显示相关信息。利用无线通信模块实现自动模式与遥控模式的切换，完成遥控模式下对窗户打开与闭合的操作。智能窗户系统运行情况如图6所示。

5结语

以现有的实体窗户为基础，将单片机控制技术和传感器应用技术等有机地融合到一起，共同构建了智能窗户平台。通过该智能窗户的实践，达到了预期的效果。智能窗户的应用越来越广泛，该装置的研究对后续同类产品的研究具有重要意义。

参考文献

[1]阎昌国，陈少才，李青. 一种低成本的多功能智能窗控制系统[J]. 科技创新与应用，2018，07（No.227）：31-32+34.

[2]赵红昌，李坤林，曹月琴，等. 一种智能自动开关窗系统：，CN107724857A[P].

[3]施保庆. 一种小程序软件的编程方法：，CN111104190A[P]. 2020.

[4]范兴隆.ESP8266在智能家居监控系统中的应用[J].单片机与嵌入式系统应用，2016，16（09）：52-56.

[5]李建秋，赵六奇，韩晓东. 汽车电子学教程：清华大学出版社，2011.