盧鋼+郭夢(mèng)岑+鹿雨亭+劉云珊

摘 要：文中針對(duì)現(xiàn)階段污染嚴(yán)重的情況，結(jié)合消費(fèi)者自身需求設(shè)計(jì)了一款Weadow智能窗戶系統(tǒng)，該系統(tǒng)由飛思卡爾單片機(jī)MC9S08JM60、PM2.5傳感器、雨水傳感器和藍(lán)牙模塊等組成，可針對(duì)戶外天氣及時(shí)開閉窗戶，無需人工干預(yù)，具有良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：Weadow；智能化；自動(dòng)化

1 作品簡(jiǎn)介

系統(tǒng)實(shí)物圖如圖1所示。

Weadow智能窗戶系統(tǒng)是一款智能化、自動(dòng)化的窗戶系統(tǒng)。

當(dāng)代社會(huì)人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來越高，普通窗戶已無法滿足人們的智能家居要求。家居除了講究自然環(huán)境、人文環(huán)境、生態(tài)環(huán)境，還追求舒適環(huán)境和智能環(huán)境。

該項(xiàng)目旨在建立一個(gè)基于單片機(jī)和傳感器的智能窗戶控制系統(tǒng)，通過檢測(cè)單元檢測(cè)室外PM2.5濃度、雨水等信息，并將信息傳送給中央處理器，由中央處理器將信息處理后，轉(zhuǎn)變成為要執(zhí)行的指令傳送給控制單元，通過控制單元來控制窗戶開關(guān)。同時(shí)還可以用手機(jī)控制窗戶開關(guān)，實(shí)現(xiàn)智能生活的目的。文中已實(shí)現(xiàn)的具體功能如下所示：

（1）當(dāng)室外PM2.5濃度大于預(yù)設(shè)值時(shí)，窗戶會(huì)自動(dòng)關(guān)閉以保證室內(nèi)空氣質(zhì)量；

（2）下雨時(shí)，窗戶會(huì)自動(dòng)關(guān)閉以保證室內(nèi)干凈整潔；

（3）使用者可以通過手機(jī)App控制窗戶的開關(guān)。

2 工作原理

本裝置采用飛思卡爾單片機(jī)MC9S08JM60，外設(shè)PM2.5傳感器、雨水傳感器和藍(lán)牙模塊。我們將分別在機(jī)械實(shí)現(xiàn)和軟件編程方面進(jìn)行原理闡述。首先，為實(shí)現(xiàn)窗戶的機(jī)械動(dòng)作，即開和關(guān)，我們采用齒輪加齒條的傳動(dòng)形式：電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪又與安裝在窗戶上的齒條嚙合傳動(dòng)，進(jìn)而將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為窗戶的直線運(yùn)動(dòng)。其次，在軟件方面，PM2.5濃度傳感器將實(shí)時(shí)檢測(cè)PM2.5濃度，單片機(jī)每半秒進(jìn)一次中斷發(fā)送指令讀取濃度。查閱資料可知，當(dāng)PM2.5濃度大于95μg/m3時(shí)空氣質(zhì)量屬于輕度污染，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不良影響，所以我們將閾值設(shè)為95，即每半秒將室外空氣值與閾值比較，當(dāng)大于該值時(shí)單片機(jī)通過I/O口驅(qū)動(dòng)電機(jī)，關(guān)閉窗戶。為防止?jié)舛戎翟?5上下波動(dòng)造成窗戶不停開關(guān)，我們?cè)O(shè)定了一個(gè)范圍，即PM2.5濃度值大于95，且波動(dòng)時(shí)不低于75，則窗戶保持關(guān)閉狀態(tài)，加之PM2.5濃度值不會(huì)突變，由此保證了窗戶開關(guān)次數(shù)不會(huì)過多。雨水傳感器會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)是否降雨，將其連接至單片機(jī)的I/O口并設(shè)為輸入，當(dāng)沒有降雨時(shí)，管腳為高電平，一旦降雨，管腳被拉低，此時(shí)會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)閉窗戶。我們用藍(lán)牙模塊來實(shí)現(xiàn)手機(jī)App的控制，將其設(shè)為從機(jī)模式，用以接收手機(jī)傳來的命令。該App有三個(gè)按鈕，分別為打開（open）、關(guān)閉（close）和停止（stop），按下對(duì)應(yīng)的按鈕可實(shí)現(xiàn)窗戶對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。軟件、機(jī)械裝置配合即可實(shí)現(xiàn)窗戶的打開、關(guān)閉和停止。電路原理圖如圖2所示。

3 創(chuàng)新點(diǎn)

目前來說，智能窗戶的概念得到了大力普及，許多生產(chǎn)企業(yè)都在不斷創(chuàng)新和發(fā)展智能窗戶，但現(xiàn)階段仍存在諸多不足，產(chǎn)生不利影響。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上加入了很多創(chuàng)新功能，比如通過對(duì)雨、室外氣體濃度等環(huán)境因素的檢測(cè)和采集，由中央處理器對(duì)窗戶進(jìn)行相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作。通過智能系統(tǒng)更可靠地控制窗戶開關(guān)，提高人們的生活質(zhì)量。

4 市場(chǎng)前景

在日常生活中，人們大部分時(shí)間都忙于工作或?qū)W業(yè)，家里是否能在正確的時(shí)間段里通風(fēng)換氣就成了問題。如果窗戶一直關(guān)閉，室外天氣狀況良好且空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)時(shí)家里不能及時(shí)開窗換氣，當(dāng)使用者回到家里想要開窗換氣時(shí)很有可能此時(shí)的空氣質(zhì)量較差不適合開窗，這樣家里的空氣就一直得不到更新。而如果窗戶一直開啟，會(huì)面臨兩個(gè)問題：一是天氣狀況較差如刮風(fēng)下雨時(shí)，會(huì)破壞室內(nèi)環(huán)境的整潔；二是室外空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)會(huì)影響室內(nèi)空氣質(zhì)量，損害身體健康。

當(dāng)代社會(huì)對(duì)生活質(zhì)量的要求越來越高，針對(duì)這些問題，如何將開關(guān)窗這件事由人工化轉(zhuǎn)向自動(dòng)化、智能化，便成了具有極大市場(chǎng)潛力的項(xiàng)目。

眾所周知，霧霾是當(dāng)前許多城市所面臨的嚴(yán)重問題。在霧霾嚴(yán)重時(shí)大家會(huì)選擇戴口罩出行，然而雖然外部環(huán)境差，空氣質(zhì)量差，但人們?nèi)韵Ｍ抑杏星逍赂蓛舻目諝?。但如果忘記關(guān)窗，那么室外污濁的空氣將會(huì)污染室內(nèi)環(huán)境；如果一整天都關(guān)著窗，那么就會(huì)錯(cuò)過空氣轉(zhuǎn)好的時(shí)刻，錯(cuò)過對(duì)室內(nèi)進(jìn)行換氣的機(jī)會(huì)。因此，實(shí)現(xiàn)窗戶的智能化，對(duì)室外空氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)時(shí)，第一時(shí)間開窗換氣，空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)時(shí)則自動(dòng)關(guān)窗，可以滿足人們對(duì)健康品質(zhì)生活的要求。

相信大多數(shù)人曾經(jīng)都遇到過這樣的問題：出門時(shí)沒有關(guān)窗，出門后卻下起了雨，回家后發(fā)現(xiàn)屋里已經(jīng)被風(fēng)雨“洗禮”了一番。Weadow智能窗戶可以監(jiān)測(cè)降雨，如果降雨時(shí)窗戶處在打開狀態(tài)，那么通過中央處理器可以自動(dòng)關(guān)閉；雨停后，空氣最清新的時(shí)刻Weadow會(huì)立刻開窗換氣，無需人工干預(yù)。

以上兩項(xiàng)滿足了人們對(duì)智能生活的期許，因此我們相信，Weadow智能窗戶將是引領(lǐng)健康生活的旗艦型產(chǎn)品。

估計(jì)目前的市場(chǎng)主要集中在大中城市，尤其是霧霾較嚴(yán)重的城市，例如京津冀一帶，以及部分重工業(yè)城市。

該產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)在于未來城市環(huán)境治理也更加重視，如果出現(xiàn)了治理霧霾的方法，并在法律上予以保護(hù)和支持，那么該項(xiàng)目就需要從新的角度進(jìn)行改革和創(chuàng)新，否則使用力將下降導(dǎo)致市場(chǎng)危機(jī)。但就目前城市污染治理情況來看，空氣污染是治理難度最高、所需時(shí)間最長(zhǎng)的一類污染，尤其中國目前是發(fā)展中國家，重工業(yè)的發(fā)展是經(jīng)濟(jì)支柱不能怠慢，由此而來的環(huán)境問題也會(huì)成為一個(gè)長(zhǎng)期存在的問題。

針對(duì)現(xiàn)階段存在的問題，我們將著重以改善、提高生活質(zhì)量入手，普及空氣污染對(duì)人體的危害，以智能化、自動(dòng)化為關(guān)鍵字眼，從消費(fèi)者出發(fā)，實(shí)現(xiàn)消費(fèi)者利益最大化，配合完善的售后來吸引消費(fèi)人群。

該智能窗戶換氣系統(tǒng)性價(jià)比高、操作簡(jiǎn)單，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有廣闊的前景。