基于micro:bit的智能门窗系统设计

龙华金，石淼

（珠海科技学院，广东珠海，519000）

0 引言

本文以基于micro:bit智能门窗系统为研究，分析国内外智能门窗现状，突出本系统具有噪声分贝检测提醒、入侵提醒、防盗报警等特色功能,通过红外探测技术、传感器检测技术和警报提醒技术等，来实现各种信息处理和预判，让人们享受科技带来方便的同时，又给人营造安全、温馨与幸福的环境。

1 系统的方案设计

1.1 硬件电路概述

智能门窗系统在设计时，采用基于micro:bit主控板的参数化设计，主要由主控板、各种传感器、报警器设备，以及传动装置组成，主控板、报警器和传感器直接固定在门窗上面。并且在设计模型上采用分级设计，在保证门窗的美观的前提下又不会丢掉实用性。各层传感器逐级排布，直到下一级装置模型及零件组成，直到最后一个传感器的安排完成。

主控板主采用micro：bit板，以实现复杂逻辑功能，具有速度快,密度高,体积小，稳定性强，操作简单等特点。

传感器主要实现通过传感器技术对数据采样，将模拟信号转化为数字信号，完成对声音，人体等信号的采样，最后发送到主控板，交由主控板处理分析得到噪声大小、检测人员是否靠近等信息。

报警设备是将声音传感器、彩虹LED灯、OLED屏有机结合，检测门窗外附件是否有陌生人员，对门窗有不正当行为的人员检测报警。

1.2 模块工作原理与设计

（1）智能门窗遥控器

图1 系统设计框图

遥控器在设计界面方面选择简单大气的页面布局，主要包括：门窗的开关和OLED屏幕的开关。通过触碰传感器接收人体触摸信息，发送数据到micro:bit主板，主板CPU控制舵机将门窗打开或者关闭，同时OLDE显示器可显示相关信息。通过遥控器可远程遥控门窗开关，满足人们舒适、方便、快捷和高校的生活需求。

图2 遥控器接线图

（2）智能分贝检测器

通过模拟噪音声敏传感器电子积木检测并接收声音，所接接收到的声音与预设的彩虹LED灯相结合，将该信息数据到micro:bit主控板，主控板判断信号强弱即外界的噪音分贝值。按照国家住宅区的噪音标准规定，日间噪音不可高于50分贝，夜间噪音应低于45分贝。当传感器检测到噪声达到25分贝及以上时发出灯光提醒，该灯光提醒是指彩虹LED电子积木发出不同的色彩，随声音分贝等级不同，分别显示红、橙、黄、绿、蓝四种颜色。当噪音等级已经对人体休息及健康产生相应的危害，彩虹灯显示橙及以上颜色警报，同时蜂鸣器会发出警报，以此来提醒及发送相关信息给主人应该关闭门窗隔绝噪音若是主人在30秒内未能及时响应，则系统控制的防噪音门窗会自动关闭，为房间内保持舒适的声音环境；或者是否有陌生人想要强行开门窗，此时可提醒及辅助主人报警。

表1 噪音等级及门窗状态关系

图3 声音传感器及LED彩灯接线图

（3）入侵检测器

通过触碰传感器模块和红外探测模块相结合检是否有入侵信号。当房间没有人时或者根据预设定的时间段，开启防止入侵系统，若是有人靠近等，就会启动报警系统。传感器检测到数据后向主控板发送警报信号，主控板根据信号判断以及分析入侵的情况，蜂鸣器可发出警报声，并在OLED显示器显示入侵信号，且向主人发送房间入侵及报警信息。其中蜂鸣器是利用振荡器发出声响的装置，可以根据用户定义的频率发出声响。

图4 触碰、人体红外传感器接线图

（4）报警探测器

图5 报警器任务流程图

该系统是将碰撞电子积木是一个能传递碰撞信号的模块，当弹片被触碰释放，发出释放信号。该弹片安装在门与窗户上，当有陌生人想要强行开门或者从房间外强行开窗的时候，报警器就会发出警报，而此时门、窗被强行制动的状态，也会显示在OLED屏幕上，可以人房间主人能及时掌握家中的安全信息。碰撞传感器模块接收碰撞信号，向micro:bit发送警报信号，micro:bit根据信号，使用蜂鸣器发出警报声，并在OLED显示器显示入侵信号。

2 系统工作过程

通过智能遥控系统、控噪系统、入侵检测系统、紧急求助系统四大系统的有机结合，形成智能门窗特色功能系统。

图6 系统框图

将主控板、声音传感器、红外传感器，固定在门窗框上，通过智能门窗遥控器对主控板调节，完成远距离开开关操作，从而进一步实现门窗的智能化控制。首先，按下智能门窗遥控器按钮，控制舵机将门窗打开或者关闭，也可以选择将OLED屏关闭。其次，模拟噪声，分别尝试大于25分贝和小于等于25分贝噪声，看LED彩虹灯和OLED屏的变化，测试智能分贝检测器的工作状况。接着，模拟入侵碰撞电子积木，碰撞传感器发送警报信号，操控蜂鸣器发出警报声，同时在OLED显示器显示入侵信号。等待设定实践内不给予系统回复，会自动拨打应急联系人电话如父母亲人，或者拨打报警电话。最后，检查系统的延迟模块，调整每个模块的延迟的时间。防止误触而引发后续的警报显示及提醒。

3 应用前景与展望

现阶段，我们的智能门窗系统已经完成理论验证，并且已经完成初步模拟系统搭建，之后将进一步搭建整个模拟系统，并参与初步测试。同时该智能门窗系统主要采用microbit主控板及传感器，与传统门、窗体的架构并没有发送较大的变化，所以用户在使用安装时也不必损坏原有的窗体架构，对房屋设计不会造成困难及用户不会造成太大的经济损失。